Создан сверхчувствительный к газам материал на основе карбида вольфрама
Ученые Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина (СГТУ) совместно с коллегами из российских университетов разработали материал для обнаружения веществ, которые не способен распознать человек. В основе разработки инновационное соединение карбид вольфрама, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки России.
Результаты исследования, выполненного при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.
«Физики и химики СГТУ имени Ю. А. Гагарина совместно с коллегами из Национального исследовательского университета «МИЭТ» и Института неорганической химии имени А. В. Николаева Сибирского отделения РАН представили разработку в области сенсорных технологий. Ими был создан двумерный материал на основе карбида вольфрама (W1.33C i-MXene) для обнаружения и распознавания различных газов и влажности в концентрациях ниже порога восприятия человека», — сообщили в министерстве.
Изобретение позволит быстро определять наличие вредных или опасных веществ в системах мониторинга окружающей среды, «умного дома» и «умного города», в интернете вещей и интеллектуальной электронике. Разработанный материал планируется использовать на экспериментальной установке «электронный нос», которая распознает газовые среды в атмосфере подобно биологическому обонянию.
Функцию рецептора в установке выполняет нанесенный на мультиэлектродный чип материал, который изменяет электрические характеристики при контакте с молекулами газа. Ученые полагают, что разработка открывает перспективы для создания нового поколения малогабаритных «умных»датчиков, которые будут потреблять минимум энергии, отличаться высокой чувствительностью и возможностью гибкой настройки под различные прикладные задачи.
«Нам удалось доказать повышение сопротивления W1.33C i-MXene при воздействии паров разных веществ, включая кетоны, спирты, ароматические соединения и влагу. При этом точность различения достигается благодаря одновременному считыванию показаний множества датчиков и применению методов искусственного интеллекта, обрабатывающих сигналы. Этот процесс похож на то, как головной мозг млекопитающих сортирует запахи», — приводятся слова ведущего научного сотрудника научно-исследовательской лаборатории сенсоров и микросистем, руководителя гранта Российского научного фонда Ильи Плугина.
В Минобрнауки подчеркнули, что группа ученых из СГТУ впервые в России смогла успешно синтезировать i-MXene. Сверхчувствительный материал получен методом селективного травления из объемных кристаллов и содержит слои из атомов металла и углерода. Главная особенность — наличие в структуре пустот на атомных позициях металла, благодаря которым материал эффективнее захватывает молекулы на своей поверхности.
«Упорядоченные пустоты в структуре i-MXene играют решающую роль. Они не только существенно увеличивают площадь активной поверхности, но и изменяют ее электронные свойства, облегчая взаимодействие с молекулами анализируемых газов», — объяснил доцент кафедры «Химия и химическая технология материалов» физико-технического института СГТУ Алексей Цыганов.
Источник: ТАСС