Ученые Томского государственного университета при поддержке Российского научного фонда разработали новый газовый датчик, который может работать в самых горячих и агрессивных средах – выхлопных системах двигателей, на ТЭЦ и в доменных печах. Многослойная структура на основе оксида галлия способна определять метан, пропан, бутан и другие газы, сообщает пресс-служба вуза.
Контроль за выхлопными газами – важнейшая задача для экологии и промышленности. Чтобы двигатели работали эффективно, а вредных выбросов было меньше, нужны датчики, которые выдерживают температуры в сотни градусов и агрессивную химическую среду. Долгое время создание таких приборов упиралось в свойства материалов.
Томские ученые выбрали для датчика оксид галлия – он очень стабилен и термостоек. Однако у чистого материала есть серьёзный минус: он почти не проводит ток, а чувствительность у него низкая. Чтобы решить эту проблему, в структуру нужно добавить оксид олова, объясняет заведующий лабораторией металлооксидных полупроводников ТГУ Алексей Алмаев.
Обычный способ нанесения тонких плёнок – магнетронное распыление – не позволял точно контролировать количество добавки. Тогда исследователи пошли другим путём: они создали «сэндвич» - слой оксида галлия, сверху тонкий слой оксида олова, и снова слой оксида галлия. После высокотемпературного нагрева атомы перемешались, и получился стабильный композит с нужными свойствами .
Но возникла новая проблема. Плёнку наносили на сапфировую подложку – она дешёвая, термостойкая и производится в России. Однако при нагреве атомы алюминия из подложки проникали в чувствительный материал и портили его характеристики: сопротивление росло, датчик работал нестабильно.
Чтобы защитить структуру, учёные добавили барьерный слой из диоксида кремния между подложкой и чувствительным материалом. Он заблокировал проникновение алюминия. Ещё один такой же слой нанесли сверху, чтобы датчик лучше распознавал нужные газы в сложной смеси.
Новый датчик показал высокую стабильность при нагреве и хорошую чувствительность к газам. Его можно использовать в автомобилях – для контроля выхлопов, на ТЭЦ – чтобы следить за полнотой сгорания топлива, и в промышленности – для анализа газов в доменных печах и мусоросжигательных заводах.
Фото: ТГУ
