Newswise — Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS, президент доктор Хо Сон Ли) разработал датчик токсичных газов с самой высокой в ​​мире чувствительностью. Этот датчик может точно контролировать диоксид азота (NO2), токсичный газ в атмосфере, при комнатной температуре с низким энергопотреблением и сверхвысокой чувствительностью. Его можно применять в различных областях, таких как обнаружение остаточных газов в процессе производства полупроводников и исследования катализаторов электролиза.

NO2, образующийся при высокотемпературном сжигании ископаемого топлива и выбрасываемый в основном через выхлопные газы автомобилей или заводской дым, способствует увеличению смертности из-за загрязнения воздуха. В Южной Корее указом президента среднегодовая концентрация NO2 в воздухе регулируется на уровне 30 частей на миллиард* или ниже. Поэтому для точного обнаружения газов в чрезвычайно низких концентрациях необходимы высокочувствительные датчики.
^{* ppb: частей на миллиард.}

В последнее время в связи с развитием высокотехнологичных производств, в том числе производства полупроводников, возросло использование токсичных газов, потенциально смертельных для человека. Хотя некоторые лаборатории и фабрики в целях безопасности используют датчики полупроводникового типа, проблема заключается в их низкой чувствительности, что делает их неспособными обнаруживать токсичные газы, которые могут быть даже ощутимы человеческим носом. Для повышения чувствительности они в конечном итоге потребляют много энергии, поскольку должны работать при высоких температурах.

Недавно разработанный датчик — датчик токсичных газов полупроводникового типа следующего поколения, основанный на современных материалах, — демонстрирует значительно улучшенные характеристики и удобство использования по сравнению с обычными датчиками. Благодаря своей выдающейся чувствительности к химическим реакциям новый датчик может обнаруживать NO2 гораздо более чувствительно, чем ранее сообщавшиеся датчики полупроводникового типа, чувствительность которого в 60 раз выше. Более того, новый датчик потребляет минимальную мощность при работе при комнатной температуре, а его оптимальный процесс производства полупроводников обеспечивает синтез большой площади при низких температурах, тем самым снижая затраты на производство.

Ключом к технологии является материал нановетвей MoS2, разработанный KRISS. В отличие от обычной двумерной плоской структуры MoS2, этот материал синтезируется в трехмерной структуре, напоминающей ветви дерева, что повышает чувствительность. Помимо прочности однородного синтеза материала на большой площади, он может создавать трехмерную структуру, регулируя соотношение углерода в сырье без дополнительных процессов.

Группа интегрированной метрологии KRISS Semiconductor экспериментально продемонстрировала, что их газовый датчик может обнаруживать NO2 в атмосфере при концентрациях всего 5 частей на миллиард. Расчетный предел обнаружения датчика составляет 1,58 ppt**, что означает самый высокий в мире уровень чувствительности.
^{** ppt: частей на триллион.}

Это достижение позволяет осуществлять точный мониторинг NO2 в атмосфере при низком энергопотреблении. Датчик не только экономит время и деньги, но также обеспечивает превосходное разрешение. Ожидается, что он внесет вклад в исследования по улучшению атмосферных условий путем определения среднегодовых концентраций NO2 и мониторинга изменений в реальном времени.

Еще одной особенностью этой технологии является ее способность регулировать содержание углерода в сырье на этапе синтеза материала, тем самым изменяя электрохимические свойства. Это можно использовать для разработки датчиков, способных обнаруживать газы, отличные от NO2, например остаточные газы, образующиеся в процессе производства полупроводников. Превосходная химическая активность материала также может быть использована для повышения эффективности катализаторов электролиза для производства водорода.

Доктор Джихун Мун, старший научный сотрудник группы интегрированной метрологии KRISS Semiconductor, сказал: «Эта технология, которая преодолевает ограничения обычных газовых датчиков, не только будет соответствовать государственным нормам, но и будет способствовать точному мониторингу атмосферных условий в стране. Мы продолжим последующие исследования, чтобы эту технологию можно было применить для разработки различных датчиков токсичных газов и катализаторов, выходя за рамки мониторинга NO2 в атмосфере».

###

Являясь национальным метрологическим институтом (НМИ) Кореи, основанным в 1975 году, KRISS (Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки) разработал технологию эталонов измерений и сыграл ключевую роль в выводе основных отраслей промышленности Кореи на мировой уровень.

Результаты этого исследования, поддержанного фундаментальным проектом KRISS и Проектом развития технологий наноматериалов Министерства науки и информационных технологий, были опубликованы в августовском номере журнала. Маленькие Структуры (IF: 15.9), престижный академический журнал в области материаловедения.