В Калининграде физики Балтийского федерального университета имени И. Канта совместно с коллегами из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ, Москва) создали датчики для определения водорода в смеси газов.
В качестве подобных устройств выступили тонкие пленки оксида вольфрама с разными добавками, характеристики которых сравнивали ученые. Один из датчиков показал увеличение чувствительности в 100 раз по сравнению с исходным образцом. Статья об исследовании опубликована в журнале Thin Solid Films, прокомментировали собкору KaliningradToday в Калининграде сегодня, 27 декабря 2018 года, в БФУ.
Водород – один из самых используемых в мире газов. Его молекулы имеют наименьшие возможные массу и размер. Именно благодаря последнему свойству водород очень сложно удержать в каком-либо сосуде: он способен проникать практически через любые отверстия. Утечки водорода представляют большую опасность на производствах, ведь с кислородом он образует взрывоопасную смесь, которая называется «гремучий газ». С развитием водородной энергетики предотвращение утечек этого газа стало особенно актуальным. Кроме того, он активно используется на химических производствах и для экспериментов по созданию управляемого термоядерного синтеза.
Чтобы не допустить утечек водорода, необходимо постоянно следить за его концентрацией в воздухе производственного помещения. Для этого на предприятиях используют газоанализаторы. Существует большое количество типов этих устройств, но чаще всего используются амперометрические анализаторы. Они основаны на свойстве газов при взаимодействии с каким-либо материалом менять его электропроводность. При измерении на концы металлической пластинки подается фиксированное напряжение и устанавливается прибор, измеряющий силу тока, проходящего через нее. Так как сила тока напрямую зависит от проводимости материала, то с ростом концентрации газа эта характеристика также будет меняться. Чувствительность измерения полностью зависит от свойств датчика – пластинки, на которую подается напряжение.
Ученые БФУ совместно с коллегами из НИЯУ МИФИ провели исследования новых материалов на основе оксида вольфрама (WOx). Один из них получили осаждением WOx на подложке из карбида кремния (SiC). Другой материал создали точно так же, но нанесли на оксид вольфрама дополнительный слой платины. Затем ученые определили чувствительность двух полученных пленок. Для этого исследователи подали на датчики напряжение и поместили их в воздушную среду. Затем в нее добавили 2% водорода. Материал без слоя платины показал увеличение силы проходящего тока в 15 раз по сравнению с чистым оксидом вольфрама. Измерение аналогичной характеристики у второго материала дало значение, в 100 раз превышающее начальное.
«Мы исследовали наноматериалы, на основе которых принципиально возможно создание датчиков утечки водорода. В ходе работы мы выявили требования к структурным характеристикам таких материалов для обеспечения высокой эффективности детектирования газа», – прокомментировал в Калининграде один из авторов работы, кандидат физико-математически наук, руководитель НОЦ «Функциональные наноматериалы» Александр Гойхман.