Unikátny senzor vodíka

29. máj. 2015 • Fyzikálne vedy

Unikátny senzor vodíka

Skupina prof. Plecenika z Katedry experimentálnej fyziky vyvinula unikátny senzor vodíka, využiteľný napríklad v automobilovom priemysle. Štúdia bola publikovaná v časopise Sensors and Actuators B: Chemical.

V súvislosti s očakávaním širšieho využitia vodíka ako ekologického paliva napríklad v automobilovom priemysle vzniká potreba mať k dispozícii jednoduchý a spoľahlivý systém detekcie prítomnosti aj malého množstva vodíka. Vodík je totiž veľmi výbušný a pri jeho úniku hrozí explózia. Vedcom z Katedry experimentálnej fyziky pod vedením prof. Andreja Plecenika sa takýto senzor podarilo vyvinúť. Oproti doteraz známym senzorom pracujúcich na podobnom princípe sa vyznačuje najmä vysokou citlivosťou pri veľmi malej spotrebe elektrickej energie. Je teda vhodný aj do prenosných, batériou napájaných, prístrojov.

Srdcom senzora je tenká vrstvička oxidu titánu (TiO2), ktorej elektrická vodivosť závisí od obsahu plynov vo vzduchu. Pri normálnom zložení vzduchu je oxid titánu dobrým izolantom. Ak sa však vo vzduchu nachádza hoci len malé množstvo redukčných plynov (napríklad vodíka alebo metánu), dochádza na povrchu vrstvy k reakcii plynu s atómami kyslíka, čím sa prudko zmení jej elektrická vodivosť. Nevýhodou doteraz známych senzorov pracujúcich na tomto princípe bolo, že vrstvu bolo treba vyhrievať na vysokú teplotu (stovky stupňov Celzia), aby spomínaná reakcia prebiehala dostatočne účinne. Takéto senzory mali pomerne vysokú spotrebu energie a aj nižšiu životnosť. Podstatou nového riešenia senzora je zvýšenie jeho citlivosti  vhodnou štruktúrou (zrnitosťou) vrstvy, zmenšením jeho rozmerov na nanometrovú škálu a netradičným "sendvičovým" usporiadaním senzora. Ako sa ukázalo, vhodným nastavením týchto parametrov sa dá vyrobiť senzor, ktorý dosahuje vysokú citlivosť aj pri izbových teplotách bez potreby vyhrievania. Ak sa napríklad v okolitej atmosfére vyskytne 1% vodíka, klesne elektrický odpor tohoto senzora až milión krát. Táto citlivosť plne postačuje na zistenie už veľmi nízkej koncentrácie vodíka, pri ktorej ešte nehrozí jeho vznietenie a výbuch.

Technológia výroby senzora je založená na naprašovaní tenkých vrstiev a ich tvarovaní optickou a elektrónovou litografiou, čo je bežná technológia využívaná pri výrobe integrovaných obvodov pre spotrebnú elektroniku. To robí výrobu jednoduchou, a tým lacnou. Dá sa preto očakávať, že vyvinutý senzor by mohol nájsť široké uplatnenie všade tam, kde treba zisťovať prítomnosť malého množstva redukčných plynov vo vzduchu, napríklad v automobilovom priemysle alebo v baníctve.

Autor: doc. František Kundracik, FMFI UK

Foto: Viera Fábryová, CVTI SR

Uverejnila: BK

Súvisiace:

Články
Hore
TVT2020 prihlasovanie
Veda v CENTRE / Vedecká kaviareň 6/2020
TVT2020 súťaže
Vedec roka SR
Vedecká cukráreň video
VC 6/2020 železany
Quark_2020
Veda v CENTRE máj
Vedecká cukráreň 5/2020
Aurelium - centrum vedy
Vírusy, vakcíny, imunita
Quark 25 rokov
kúpa časopisov jún 2016
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Publikácie Veda v CENTRE
Zaujímavosti vo vede
Baktérie majú významnú úlohu pri udržiavaní optimálneho ekosystému našej planéty Zem.
Zistite viac