Pesquisadores russos desenvolveram um mecanismo para detectar hidrogênio molecular usando luz verde para iluminar um sensor composto nanocristalino baseado em óxidos de zinco e índio. Isso permite que um sensor de gás opere em temperatura ambiente. O artigo foi publicado na revista Relatórios Científicos .

Matrizes de multisensores para determinar a composição da mistura de gases estão em desenvolvimento. Esses são sistemas de monitoramento que incorporam vários sensores que visam gases individuais. Esses sensores podem ser usados ​​para analisar a qualidade do ar tanto ao ar livre quanto em espaços fechados. Rastrear a poluição atmosférica continua sendo uma preocupação vital para muitos países desenvolvidos. Como as comunidades residenciais tendem a se agrupar em torno de áreas industriais, é necessário ter um mecanismo para controlar as emissões prejudiciais de plantas e fábricas.

Adicionalmente, medições da composição do ar são necessárias em usinas nucleares, em submarinos e estações espaciais, e em outras instalações onde o acesso ao ar fresco não está imediatamente disponível. Se a concentração de dióxido de carbono aumentar ou uma substância tóxica vazar para o sistema de ventilação, isso pode colocar em risco a vida do pessoal.

As misturas de gases comerciais, como os combustíveis gasosos, também precisam de monitoramento preciso da composição. Entre eles está o hidrogênio. Usado como combustível de gás, ele poderia substituir os hidrocarbonetos. É um combustível limpo que não libera nada além de vapor d'água quando queimado. Além disso, a eficiência da queima do hidrogênio é de 10 a 20 por cento maior do que a dos hidrocarbonetos. Alguns fabricantes de automóveis já começaram a incorporar o hidrogênio, vendo-o como um combustível do futuro. Mesmo assim, o desastre do dirigível de Hindenburg é uma triste lembrança de como o hidrogênio pode ser perigoso.

Até recentemente, sensores de gás baseados em óxidos de metal nanocristalinos tinham temperaturas de operação entre 300 e 500 graus Celsius. Isso os tornava inseguros para a detecção de substâncias explosivas ou combustíveis. Além disso, para manter essas altas temperaturas, muita energia é necessária, tornando impossível incorporar tais sensores de gás nas placas de circuito de dispositivos portáteis.

Para resolver este problema, Professor Leonid Trakhtenberg do MIPT; Pavel Kashkarov, diretor do Instituto de Nano-, Bio-, Em formação, Ciência e Tecnologia Cognitiva e Sócio-Humanística; Alexander Ilin e Pavel Forsh, da Lomonosov Moscow State University; e seus colegas do Instituto Semenov de Física Química propuseram sensores capazes de operar em temperatura ambiente. Seus novos sensores nanocompósitos são baseados em óxidos de zinco e índio, e sua eficiência é maximizada pela iluminação de luz verde. O dispositivo proposto pode ser usado para detectar combustível, explosivo, ou substâncias tóxicas na atmosfera, mesmo em baixas concentrações.

"O mecanismo consiste na transição induzida por luz dos componentes do sensor nanocristalino para um estado de não-equilíbrio e a mudança resultante na fotocondutividade do sensor interagindo com o hidrogênio molecular. Este efeito está relacionado com a dependência da fotocondutividade na taxa de recombinação do portador de carga de não-equilíbrio , "explica Maria Ikim, um estudante de doutorado no Laboratório de Nanocompósitos Funcionais do Instituto Semenov de Física Química da Academia Russa de Ciências.

"Os detectores que desenvolvemos diferem dos sensores semicondutores convencionais porque operam em temperatura ambiente. Isso elimina o perigo de combustão ou explosão, quando substâncias inflamáveis ​​ou explosivas estão envolvidas, "diz Leonid Trakhtenberg do Departamento de Física Química, MIPT, que possui um ScD em física e matemática. "A maioria dos artigos sobre fotoativação de sensor discute os efeitos da luz ultravioleta nos sensores e enfoca a detecção de gases oxidantes. Mas a eficiência dos diodos de luz ultravioleta é baixa, enquanto seu custo é muito maior do que o de suas contrapartes que emitem na parte visível do espectro. Ao trabalhar com hidrogênio, exploramos as possibilidades de detecção de gases redutores. "

O artigo propõe um novo mecanismo de fotoativação de resposta do sensor, que é ilustrado pela imagem acima. É responsável pela transição dos portadores de carga para um estado de não equilíbrio. O processo envolvido é universal:pode ser usado para interpretar resultados de detecção em gases oxidantes e redutores.

Os sensores propostos pelos autores poderiam ser usados ​​para monitorar a composição do ar atmosférico e analisar a composição química dos gases usados ​​em processos industriais. Embora o estudo se concentre em gases, os mesmos sensores podem ser modificados para líquidos alvo.