Российские ученые подобрали материалы на основе вольфрама для датчиков, определяющих уровень водорода в смеси газов, увеличив их чувствительность до 100 раз по сравнению с аналогами. Подобные устройства смогут заранее сигнализировать об утечке водорода на производствах и в водородных топливных элементах, препятствуя образованию взрывоопасной смеси, сообщила в четверг пресс-служба Министерства науки и высшего образования РФ.
"Физики Балтийского федерального университета имени И. Канта (БФУ) совместно с коллегами из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) 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", - говорится в сообщении.
Водород - один из самых используемых в мире газов. Его молекулы имеют наименьшие возможные массу и размер, за счет чего его сложно удержать в каком-либо сосуде: он способен проникать практически через любые отверстия. Утечки водорода представляют большую опасность на производствах, так как с кислородом он образует взрывоопасную смесь, которая называется "гремучий газ". Кроме того, с развитием водородной энергетики предотвращение утечек этого газа также особенно актуально.
Чтобы не допустить утечек водорода, необходимо постоянно следить за его концентрацией в воздухе. Для этого на предприятиях используют газоанализаторы. Чаще всего используются амперометрические анализаторы, которые основаны на свойстве газов при взаимодействии с каким-либо материалом менять его электропроводность.
При измерении на концы металлической пластинки подается напряжение и устанавливается прибор, измеряющий силу тока. 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.
Исследование
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 - точно так же, но нанесли на оксид вольфрама дополнительный слой платины. Затем ученые определили чувствительность двух полученных пленок. 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", - сказал один из авторов работы Александр Гойхман, слова которого приводятся в сообщении.