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

В ПГУ представили уникальный метод моделирования графеновых устройств
В ПГУ представили уникальный метод моделирования графеновых устройств

В Пензенском государственном университете груп...

Красное свечение, которое не гаснет: прорыв в световых технологиях
Красное свечение, которое не гаснет: прорыв в световых технологиях

Ученые создали новый материал, который может и...

Питание через иглы: как ученые создают умные удобрения
Питание через иглы: как ученые создают умные удобрения

Ученые из Томского политехнического униве...

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

Вода вместо лазера: успешно испытан новый способ лечения увеличенной простаты
Вода вместо лазера: успешно испытан новый способ лечения увеличенной простаты
Тайна паразитов: как корнеголовые подчиняют себе ракообразных
Тайна паразитов: как корнеголовые подчиняют себе ракообразных
CINO: человек, который знает, куда идти
CINO: человек, который знает, куда идти
Секреты океана: кто такие археи Асгарда и почему они важны
Секреты океана: кто такие археи Асгарда и почему они важны
Лазерная магия: ученые создают невидимые метки для защиты от подделок
Лазерная магия: ученые создают невидимые метки для защиты от подделок
Войны бактерий: как микробы уничтожают друг друга ради выживания
Войны бактерий: как микробы уничтожают друг друга ради выживания
Теплицы без жары: как ученые охладили воздух и удвоили урожай
Теплицы без жары: как ученые охладили воздух и удвоили урожай
Сеть на грани: как глобальные сбои интернета меняют нашу жизнь
Сеть на грани: как глобальные сбои интернета меняют нашу жизнь
Кровь, любовь и искусство: что скрывает «Поцелуй» Климта
Кровь, любовь и искусство: что скрывает «Поцелуй» Климта
Скрутил — и работает: как угол поворота меняет сверхпроводимость
Скрутил — и работает: как угол поворота меняет сверхпроводимость
Пингвины на хвосте: как криль выживает в океане
Пингвины на хвосте: как криль выживает в океане
От фононов до туннелей: как тепло движется в сложных материалах
От фононов до туннелей: как тепло движется в сложных материалах
Пузырьки против дерматита: как душ может стать лекарством
Пузырьки против дерматита: как душ может стать лекарством
Ложная тревога: почему иммунитет атакует своих и как это остановить
Ложная тревога: почему иммунитет атакует своих и как это остановить
Ученые создали инструмент для множественного редактирования генов
Ученые создали инструмент для множественного редактирования генов

Новости компаний, релизы

Наука в поле: что скрывается за успехами современного животноводства
Камчатский университет взял курс на перемены: кто будет рулить развитием
Как готовят пилотов дронов в Москве
Юные защитники неба: детский слет по беспилотникам в Нижнем Новгороде
С понедельника или с Нового года? Как мы строим планы и бросаем их