Ученые СГТУ создали сверхчувствительный чип для химической и пищевой промышленности

Он может применяться для мониторинга газовых выбросов в окружающей среде и на производственных объектах, качества воздуха в городах, на заводах, в отопительных системах и других стационарных объектах, где требуется постоянный контроль за содержанием вредных веществ в атмосфере или других газообразных средах.

Ученые Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. изобрели и запатентовали газоаналитический чип, предназначенный для обнаружения и анализа газов, а также сложных газовых смесей. Это уникальное сенсорное устройство разработано на основе лазерно-модифицированного оксида олова.

Чип может применяться на предприятиях химической и пищевой промышленности для мониторинга газовых выбросов в окружающей среде и на производственных объектах, качества воздуха в городах, на заводах, в отопительных системах и других стационарных объектах, где требуется постоянный контроль за содержанием вредных веществ в атмосфере или других газообразных средах. Кроме того, может использоваться, например, для определения паров спиртов и кетонов в концентрациях меньше 1 молекулы на миллион.

Устройство представляет собой небольшое устройство размером 9x10 мм. Важная его особенность – обнаружение очень низких концентраций газов в окружающем воздухе и селективное их распознавание. Созданный прибор способен обнаружить 1 молекулу газа на 10 миллионов частиц воздуха, что существенно превышает порог детектирования человека, и близко по возможностям к обонятельной системе животных.

Авторы проекта: доктор технических наук, профессор кафедры «Физика» Физико-технического института СГТУ Виктор Сысоев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории «Сенсоры и микросистемы» ФТИ СГТУ Алексей Варежников, младший научный сотрудник лаборатории «Сенсоры и микросистемы» ФТИ СГТУ Максим Соломатин, кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории «Сенсоры и микросистемы» ФТИ СГТУ Михаил Васильков, ученые из Сербии Марко Радович и Дюбур Жорж.

«Самым популярным материалом для изготовления сенсоров (хеморезисторов) является оксид олова, который отличается высокой газочувствительностью при нагреве до 300-350°С и долговременной стабильностью. К настоящему времени изучено множество методов изготовления сенсоров на основе оксида олова и чипов на их основе. Все эти методы требуют применения, как правило, дорогостоящего оборудования, в том числе вакуумного, и могут быть применены для создания газовых сенсоров с низкой себестоимостью, главным образом, при производстве больших серий. Наша цель была создать способ изготовления газоаналитического чипа на основе оксида олова, свойства которого модифицированы лазерной обработкой. Благодаря такому способу газоаналитический чип обладает улучшенными свойствами по сравнению с имеющимися аналогами. В частности, он более чувствителен к сложным газовым смесям, имеет низкую себестоимость», – рассказывает Соломатин.

В результате учеными СГТУ был разработан газоаналитический чип на основе кремниевой подложки, на фронтальной поверхности которой размещен набор электродов из благородных металлов, а также тонкопленочные терморезисторы и нагревательные элементы. В качестве чувствительного материала используется поликристаллический слой диоксида олова, модифицированный с помощью лазерной обработки при различных плотностях излучения. Это позволяет сформировать набор сенсорных элементов на одном чипе, имеющие различные функциональные свойства, что требуется для возможности различения воздействующих газов. В частности, векторный сигнал полученной мультисенсорной системы позволяет селективно определять наличие кетонов и спиртов в окружающем воздухе.

В настоящее время протестирован прототип газоаналитического чипа.

Весной этого года по разработке получен патент RU 2 818 679 C1 «Газоаналитический чип на основе лазерно-модифицированного оксида олова».