Исследователи из ETH Zurich разработали инновационный сенсор кислорода, активируемый светом, который обещает значительно превзойти существующие технологии по целому ряду параметров. Результаты этой работы, опубликованные в престижном журнале Advanced Science, демонстрируют прорыв в технологии измерения кислорода, открывая новые возможности для множества практических применений.
Измерение концентрации кислорода имеет критическое значение во многих областях. От анализа выхлопных газов автомобилей до обеспечения бескислородной обработки пищевых продуктов и лекарств, от мониторинга содержания кислорода в воздухе и крови до экологического контроля — точное определение уровня кислорода необходимо для множества процессов, связанных с нашей повседневной жизнью и промышленностью.
Традиционные сенсоры кислорода сталкиваются с рядом существенных ограничений. Они обычно громоздки, энергоемки и дороги, что делает их неподходящими для мобильных приложений или непрерывного использования на открытом воздухе. Часто приходится жертвовать чувствительностью ради других характеристик, а такие факторы окружающей среды, как влажность, могут искажать показания. Кроме того, многие существующие сенсоры имеют ограниченный срок службы.
Новый сенсор, разработанный в ETH Zurich, предлагает впечатляющие преимущества. Он обладает высокой чувствительностью, способной обнаруживать молекулы кислорода среди миллиона частиц других газов, сохраняя при этом надежность при более высоких концентрациях. Устройство отличается селективностью, что позволяет ему функционировать в присутствии влаги и других мешающих газов. Кроме того, сенсор компактен, недорог, прост в использовании, имеет низкое энергопотребление и длительный срок службы.
«Наш сенсор объединяет преимущества, которые обычно не встречаются вместе в одном устройстве», — отмечает Лионель Веттштейн, аспирант группы Бездека и первый автор исследования.
Потенциальные области применения нового сенсора обширны. Он может использоваться в портативных устройствах для мобильных измерений в реальном времени, анализе выхлопных газов автомобилей, раннем обнаружении испорченных продуктов питания и непрерывном мониторинге озер, рек и почв с помощью сенсорных сетей.
С технической точки зрения, устройство представляет собой хеморезистор, основой которого служит композит из диоксида титана и углеродных нанотрубок. Принцип работы сенсора весьма инновационен: углеродные нанотрубки позволяют ему функционировать при комнатной температуре без необходимости нагрева. Устройство использует фотосенсибилизаторы, вдохновленные красителями солнечных элементов. Зеленый свет активирует фотосенсибилизатор, который передает электроны композитному материалу. Кислород специфически препятствует этому переносу заряда, изменяя электрическое сопротивление, что и регистрируется сенсором.
Профессор Мате Бездек, руководитель группы функциональной координационной химии в ETH Zurich, подчеркивает: «Мы разработали сенсор, который может обнаруживать кислород с исключительной точностью и надежностью, преодолевая ограничения существующих технологий».
Команда уже подала заявку на патент и активно ищет промышленных партнеров для дальнейшей разработки и коммерциализации технологии. Оценочный объем рынка для подобных сенсоров составляет примерно 1,4 миллиарда долларов США ежегодно, что подчеркивает коммерческий потенциал изобретения.
В настоящее время исследователи работают над расширением концепции сенсора для обнаружения других экологически значимых газов. Особое внимание уделяется разработке сенсоров для обнаружения азотсодержащих загрязнителей в сельском хозяйстве, что может иметь значительное влияние на экологический мониторинг и устойчивое земледелие.
Изображение носит иллюстративный характер
Измерение концентрации кислорода имеет критическое значение во многих областях. От анализа выхлопных газов автомобилей до обеспечения бескислородной обработки пищевых продуктов и лекарств, от мониторинга содержания кислорода в воздухе и крови до экологического контроля — точное определение уровня кислорода необходимо для множества процессов, связанных с нашей повседневной жизнью и промышленностью.
Традиционные сенсоры кислорода сталкиваются с рядом существенных ограничений. Они обычно громоздки, энергоемки и дороги, что делает их неподходящими для мобильных приложений или непрерывного использования на открытом воздухе. Часто приходится жертвовать чувствительностью ради других характеристик, а такие факторы окружающей среды, как влажность, могут искажать показания. Кроме того, многие существующие сенсоры имеют ограниченный срок службы.
Новый сенсор, разработанный в ETH Zurich, предлагает впечатляющие преимущества. Он обладает высокой чувствительностью, способной обнаруживать молекулы кислорода среди миллиона частиц других газов, сохраняя при этом надежность при более высоких концентрациях. Устройство отличается селективностью, что позволяет ему функционировать в присутствии влаги и других мешающих газов. Кроме того, сенсор компактен, недорог, прост в использовании, имеет низкое энергопотребление и длительный срок службы.
«Наш сенсор объединяет преимущества, которые обычно не встречаются вместе в одном устройстве», — отмечает Лионель Веттштейн, аспирант группы Бездека и первый автор исследования.
Потенциальные области применения нового сенсора обширны. Он может использоваться в портативных устройствах для мобильных измерений в реальном времени, анализе выхлопных газов автомобилей, раннем обнаружении испорченных продуктов питания и непрерывном мониторинге озер, рек и почв с помощью сенсорных сетей.
С технической точки зрения, устройство представляет собой хеморезистор, основой которого служит композит из диоксида титана и углеродных нанотрубок. Принцип работы сенсора весьма инновационен: углеродные нанотрубки позволяют ему функционировать при комнатной температуре без необходимости нагрева. Устройство использует фотосенсибилизаторы, вдохновленные красителями солнечных элементов. Зеленый свет активирует фотосенсибилизатор, который передает электроны композитному материалу. Кислород специфически препятствует этому переносу заряда, изменяя электрическое сопротивление, что и регистрируется сенсором.
Профессор Мате Бездек, руководитель группы функциональной координационной химии в ETH Zurich, подчеркивает: «Мы разработали сенсор, который может обнаруживать кислород с исключительной точностью и надежностью, преодолевая ограничения существующих технологий».
Команда уже подала заявку на патент и активно ищет промышленных партнеров для дальнейшей разработки и коммерциализации технологии. Оценочный объем рынка для подобных сенсоров составляет примерно 1,4 миллиарда долларов США ежегодно, что подчеркивает коммерческий потенциал изобретения.
В настоящее время исследователи работают над расширением концепции сенсора для обнаружения других экологически значимых газов. Особое внимание уделяется разработке сенсоров для обнаружения азотсодержащих загрязнителей в сельском хозяйстве, что может иметь значительное влияние на экологический мониторинг и устойчивое земледелие.
