Ученые России совершили значительный шаг в обеспечении безопасности, разработав инновационные материалы на основе вольфрама для детекторов водорода. Эти сенсоры демонстрируют феноменальную чувствительность, превосходящую существующие аналоги в 100 раз. Подобные устройства станут ключевым элементом для заблаговременного обнаружения утечек водорода на промышленных комплексах и в топливных элементах, эффективно предотвращая формирование взрывоопасных смесей.
Сотрудничество вузов приносит результаты
Физики Балтийского федерального университета им. И. Канта (БФУ) совместно с исследователями Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) представили датчики нового поколения для анализа газовых смесей на содержание водорода. Основой устройств стали тонкопленочные структуры из оксида вольфрама с различными модификациями. Сравнительный анализ показал, что один из вариантов датчиков обеспечивает стократное увеличение чувствительности по сравнению с базовым образцом.
Значение водорода и риски утечек
Водород, обладая уникальной легкостью и малыми размерами молекул, широко применяется в промышленности, но крайне сложен в удержании. Его способность проникать через мельчайшие поры делает утечки серьезной проблемой. Контакт водорода с кислородом приводит к образованию "гремучего газа" – высоко взрывоопасной смеси. Активное развитие водородной энергетики только повышает актуальность надежного мониторинга его концентрации.
Принцип работы и роль материалов
Контроль за уровнем водорода в воздухе осуществляется с помощью газоанализаторов. Наиболее распространенные амперометрические анализаторы фиксируют изменения электропроводности материала под воздействием газа. Ключевым компонентом такой системы является чувствительный элемент (датчик): приложение напряжения к его контактам и измерение тока позволяет судить о концентрации газа, так как сила тока прямо зависит от проводимости материала, а она меняется при взаимодействии с газом. Эффективность всего измерения напрямую определяется свойствами самого датчика.
Инновационные материалы на основе оксида вольфрама
Ученые БФУ и НИЯУ МИФИ провели глубокое исследование новых материалов на базе оксида вольфрама (WOx). Первый вариант был получен осаждением WOx на подложку из карбида кремния (SiC). Второй, улучшенный вариант, создан аналогично, но с нанесением дополнительного тонкого слоя платины поверх оксида вольфрама. Тестирование чувствительности выявило впечатляющие результаты: материал без платины увеличил ток в 15 раз, а покрытый платиной – в целых 100 раз относительно чистого оксида вольфрама.
Перспективы новых разработок
Как отметил один из ведущих авторов исследования Александр Гойхман, работа была посвящена поиску перспективных наноматериалов для создания высокочувствительных детекторов утечек водорода. "Нам удалось установить ключевые требования к структурным характеристикам таких материалов, что открывает путь к разработке исключительно эффективных сенсоров для обеспечения безопасности", – подчеркнул ученый.
Изображение: Фотобанк Freepik
Источник: scientificrussia.ru
