Плазма, графен и газ: как ученые улучшили чувствительность датчиков

Технологии обнаружения газов сегодня важны как никогда: они помогают обеспечивать безопасность дома и на работе, контролировать загрязнение воздуха и улучшать промышленные процессы.

Обычные датчики газа работают хорошо, но у них есть проблемы: они не всегда достаточно чувствительны, медленно реагируют и потребляют много энергии.

Чтобы решить эти проблемы, ученые обратили внимание на углеродные наноматериалы, особенно на графен. Этот материал дешевый, универсальный и очень чувствительный к газам даже при комнатной температуре, при этом он почти не тратит энергию. Графен может полностью изменить то, как мы обнаруживаем газы.

Группа ученых из Университета Чиба в Японии под руководством доцента Томонори Охба решила улучшить свойства графена для обнаружения газов. В своей статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, они рассказали, как обработка графена плазмой с разными газами повышает его чувствительность к аммиаку (NH3) — токсичному газу. Исследование вышло онлайн 26 декабря 2024 года, а в печати — 8 января 2025 года.

Ученые сделали графеновые листы и обработали их плазмой с аргоном (Ar), водородом (H2) или кислородом (O2). Это изменило поверхность графена, добавив на нее химические группы и создав дефекты, которые помогают лучше улавливать молекулы газа, например, аммиака. После обработки ученые изучили, как именно изменились графеновые листы.

Оказалось, что разные газы создают разные дефекты на графене.

Обработка кислородом превращает графен в графоксид, а водородом — в графан, — объясняет Томонори Охба.

Графоксид имеет дефекты в виде пустот, а графан — в виде измененных связей между атомами углерода. Графен, обработанный аргоном, имеет оба типа дефектов.

Эти дефекты сделали графен более чувствительным к аммиаку. Молекулы NH3 лучше прилипают к дефектам, чем к чистому графену, поэтому электропроводность листов менялась сильнее при контакте с газом. Это можно использовать в датчиках для обнаружения аммиака. Графоксид показал лучшие результаты: его сопротивление менялось на 30% при контакте с NH3.

Ученые также проверили, как графеновые листы ведут себя при многократном контакте с аммиаком. Некоторые изменения в сопротивлении оказались необратимыми, но большинство — обратимыми.

Функционализация графена плазмой сделала его гораздо более чувствительным к газам, чем чистый графен, — говорит Охба.

Это исследование — важный шаг к созданию новых датчиков газа.

Графен — очень тонкий и газопроницаемый материал, поэтому его можно использовать в носимых устройствах, — добавляет Охба. — В будущем каждый сможет легко обнаруживать вредные газы вокруг себя.

Ранее ученые сообщили о попытках выращивать графен без швов.

25.02.2025


Подписаться в Telegram



Нано

Холодный ритм: что происходит с наноматериалами при -160°C
Холодный ритм: что происходит с наноматериалами при -160°C

Когда вода замерзает или кипит, она ...

Наночастицы в движении: ученые увидели невидимое
Наночастицы в движении: ученые увидели невидимое

Группа ученых придумала новый способ, который ...

Плазма, графен и газ: как ученые улучшили чувствительность датчиков
Плазма, графен и газ: как ученые улучшили чувствительность датчиков

Технологии обнаружения газов сегодня важны как...

Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк

Ученые Томского политехнического университета ...

Казанские ученые научились «готовить» наноалмазы в плазме
Казанские ученые научились «готовить» наноалмазы в плазме

Ученые придумали умную математическую модель, ...

Nano Letters: Валлитроника открывает новые возможности обработки данных
Nano Letters: Валлитроника открывает новые возможности обработки данных

Транспорт электронов в двухслойном графен...

Свет — повелитель молекул: ученые совершили прорыв в химии
Свет — повелитель молекул: ученые совершили прорыв в химии

Ученые из Болонского университета под&nbs...

Наночастицы селена помогут укрепить иммунитет и защитить сердце
Наночастицы селена помогут укрепить иммунитет и защитить сердце

Ученые создали наночастицы селена, которые мож...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Буровая установка на лыжах: в Татарстане ученые ускорили добычу нефти
Буровая установка на лыжах: в Татарстане ученые ускорили добычу нефти
Открытие, которое притягивает: новая технология производства магнитов
Открытие, которое притягивает: новая технология производства магнитов
Точка кипения: почему никелевые аккумуляторы могут быть опасны
Точка кипения: почему никелевые аккумуляторы могут быть опасны
Невидимый враг в тарелке: чем опасны микотоксины
Невидимый враг в тарелке: чем опасны микотоксины
Умные бактерии: как микрофлора кишечника управляет нашим мозгом
Умные бактерии: как микрофлора кишечника управляет нашим мозгом
Природа как лекарство: как деревья и горы успокаивают боль
Природа как лекарство: как деревья и горы успокаивают боль
Небесный дуэт: две звезды, которые перевернули представление о радиосигналах
Небесный дуэт: две звезды, которые перевернули представление о радиосигналах
Математику и металл объединили для идеальных труб
Математику и металл объединили для идеальных труб
Шепот мозга: что голос может рассказать о когнитивном здоровье
Шепот мозга: что голос может рассказать о когнитивном здоровье
PRL: Иридий усиливает магнитные свойства сплава Fe-Co
PRL: Иридий усиливает магнитные свойства сплава Fe-Co
Красный свет науки: как химики создали идеальный люминофор
Красный свет науки: как химики создали идеальный люминофор
Ген скорости: вот почему африканские спринтеры бегают быстрее
Ген скорости: вот почему африканские спринтеры бегают быстрее
Проснись, фолликул: ученые нашли ключ к лечению алопеции
Проснись, фолликул: ученые нашли ключ к лечению алопеции
Ученые нашли способ обмануть травму спинного мозга
Ученые нашли способ обмануть травму спинного мозга
Клеточные алхимики: ученые создают нейроны из клеток кожи
Клеточные алхимики: ученые создают нейроны из клеток кожи

Новости компаний, релизы

ЦОДы в центре внимания: встречаемся в Москве весной 2025
Гонки без границ: как студенты борются за титул лучшего симрейсера
Медицинские инновации: как стать архитектором будущего здравоохранения
Протоны, нейтроны и наночастицы: как наука помогает онкологии
Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки