Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), работая вместе с зарубежными партнерами, создали уникальный сенсор. Его основу составляют усовершенствованные наночастицы диоксида титана, украшенные золотом. Инновационный прибор открывает новые возможности для выявления вредных химических веществ в атмосфере. Это крайне важно для экологического мониторинга и обеспечения безопасности на промышленных объектах.
Работа при обычной температуре и простота синтеза
Новая разработка отличается тем, что действует эффективно уже при комнатной температуре, без необходимости нагрева веществ. Она представляет собой сложный наноматериал (нанопорошок), объединяющий вещества с противоположными свойствами: диэлектрик (диоксид титана) и металл (золото). Успеха удалось добиться благодаря применению экологичной и простой технологии – лазерной абляции в жидкости. Исследователи обработали лазером наночастицы диоксида титана в водном растворе и добавили соединение ионов золота. В результате на крупных частицах основы сформировались наночастицы золота.
Экологичный и многофункциональный метод: взгляд Станислава Гурбатова
«Лазерная абляция в жидкости – это высокоэффективный способ получения химически чистых наноматериалов с самыми разнообразными свойствами, – подчеркнул Станислав Гурбатов, научный сотрудник ИШ ДВФУ и руководитель проекта по гранту РНФ. – Метод привлекает своей простотой, экологической безопасностью и экономичностью. Синтезированные таким путем материалы перспективны не только для создания газовых сенсоров, но и для множества других задач: от хемо- и биосенсоров до инновационных солнечных элементов. Ключевое преимущество – сама жидкость служит барьером, защищающим окружающую среду от попадания наночастиц». Этому проекту была оказана поддержка в рамках Президентской программы Российского научного фонда (РНФ).
Технология создания и настройка
Для получения сенсорного элемента был взят коммерчески доступный диоксид титана, который тщательно измельчили в воде. Получившуюся взвесь подвергли лазерному облучению с очень короткими импульсами (тысячные доли секунды). Затем в раствор ввели соединение, содержащее ионы золота, что привело к образованию частиц металлического золота на поверхности оксида титана. Ученые смогли точно контролировать количество золотых наночастиц на носителе. Это позволило калибровать чувствительность прибора к молекулам таких распространенных в промышленности опасных веществ, как аммиак, ацетальдегид и бензол.
Преимущества для практики: мнение Сергея Кулинича
«Принцип действия сенсора основан на изменении его электропроводности при взаимодействии с молекулами газа, – объяснил Сергей Кулинич, старший научный сотрудник ИШ ДВФУ. – Это легко отследить обычным электрометром при обычных условиях. Наши наноструктуры демонстрируют исключительно высокую отзывчивость к целевым газам. В сочетании с простотой изготовления и возможностью работы без нагрева это делает их крайне перспективными для реального применения».
Начало нового перспективного направления
Эта разработка открывает новое важное направление в Инженерной школе ДВФУ – «Синтез наноматериалов методом лазерной абляции в жидкостях», осуществляемое при поддержке РНФ. Прорывной газовый сенсор стал его первым значимым достижением.
