Investigadores rusos han desarrollado un mecanismo para detectar hidrógeno molecular utilizando luz verde para iluminar un sensor compuesto nanocristalino basado en óxidos de zinc e indio. Esto permite que un sensor de gas funcione a temperatura ambiente. El artículo fue publicado en la revista Informes científicos .

Se están desarrollando conjuntos de sensores múltiples para determinar la composición de la mezcla de gases. Estos son sistemas de monitoreo que incorporan múltiples sensores que apuntan a gases individuales. Estos sensores se pueden utilizar para analizar la calidad del aire tanto en exteriores como en espacios cerrados. El seguimiento de la contaminación atmosférica sigue siendo una preocupación vital para muchos países desarrollados. Debido a que las comunidades residenciales tienden a agruparse alrededor de áreas industriales, es necesario contar con un mecanismo para controlar las emisiones nocivas de plantas y fábricas.

Adicionalmente, se requieren mediciones de la composición del aire en las centrales nucleares, en submarinos y estaciones espaciales, y en otras instalaciones donde el acceso al aire fresco no está disponible de inmediato. Si aumenta la concentración de dióxido de carbono o se filtra una sustancia tóxica en el sistema de ventilación, esto podría poner en riesgo la vida del personal.

Las mezclas de gases comerciales, como los combustibles gaseosos, también necesitan un control preciso de la composición. Entre ellos se encuentra el hidrógeno. Utilizado como combustible de gas, posiblemente podría reemplazar a los hidrocarburos. Es un combustible limpio que no libera nada más que vapor de agua cuando se quema. Además, la eficiencia de la combustión de hidrógeno es de un 10 a un 20 por ciento más alta que la de los hidrocarburos. Algunos fabricantes de automóviles ya han comenzado a introducir gradualmente el hidrógeno, viéndolo como un combustible del futuro. Y, sin embargo, el desastre del dirigible Hindenburg es un triste recordatorio de lo peligroso que puede ser el hidrógeno.

Hasta hace poco, Los sensores de gas basados ​​en óxidos metálicos nanocristalinos tenían temperaturas de funcionamiento entre 300 y 500 grados Celsius. Esto los hizo inseguros para la detección de sustancias explosivas o combustibles. Es más, para mantener estas altas temperaturas, se requiere mucha potencia, lo que hace que sea imposible incrustar dichos sensores de gas en las placas de circuito de los dispositivos portátiles.

Para resolver este problema, El profesor Leonid Trakhtenberg de MIPT; Pavel Kashkarov, director del Instituto de Nano-, Bio-, Información, Ciencia y Tecnología Cognitiva y Socio-Humanística; Alexander Ilin y Pavel Forsh de la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov; y sus colegas del Instituto Semenov de Física Química propusieron sensores capaces de funcionar a temperatura ambiente. Sus nuevos sensores de nanocompuestos se basan en óxidos de zinc e indio, y su eficiencia se maximiza mediante la iluminación con luz verde. El dispositivo propuesto podría usarse para detectar combustibles, explosivo, o sustancias venenosas en la atmósfera incluso a bajas concentraciones.

"El mecanismo consiste en la transición inducida por la luz de los componentes del sensor nanocristalino a un estado de no equilibrio y el cambio resultante en la fotoconductividad del sensor que interactúa con el hidrógeno molecular. Este efecto está relacionado con la dependencia de la fotoconductividad de la tasa de recombinación del portador de carga en no equilibrio. , "explica Maria Ikim, estudiante de doctorado en el Laboratorio de nanocompuestos funcionales del Instituto Semenov de Física Química de la Academia de Ciencias de Rusia.

"Los detectores que hemos desarrollado se diferencian de los sensores semiconductores convencionales en que operan a temperatura ambiente. Esto elimina el peligro de combustión o explosión, cuando se trata de sustancias inflamables o explosivas, "dice Leonid Trakhtenberg del Departamento de Física Química, MIPT, quien tiene un doctorado en física y matemáticas. "La mayoría de los artículos sobre fotoactivación de sensores discuten los efectos de la luz ultravioleta en los sensores y se centran en la detección de gases oxidantes. Pero la eficiencia de los diodos de luz ultravioleta es baja, mientras que su costo es mucho mayor que el de sus contrapartes que emiten en la parte visible del espectro. Al trabajar con hidrógeno, exploramos las posibilidades de detección de gases reductores ".

El artículo propone un mecanismo novedoso de fotoactivación de la respuesta del sensor, que se ilustra en la imagen de arriba. Representa la transición de los portadores de carga a un estado de no equilibrio. El proceso involucrado es universal:se puede utilizar para interpretar los resultados de detección en gases oxidantes y reductores.

Los sensores propuestos por los autores podrían usarse para monitorear la composición del aire atmosférico y analizar la composición química de los gases usados ​​en procesos industriales. Aunque el estudio se centra en los gases, los mismos sensores podrían modificarse para apuntar a líquidos.