Источник фото — news.itmo.ru
Галогеноводороды представляют собой соединения галогенов – хлора, брома, йода и других элементов семнадцатой группы периодической системы – с водородом, в результате которых образуются бесцветные и токсичные для человека газы, в том числе хлористый, бромистый и йодистый водород. Эти химические соединения используются в обрабатывающей промышленности, например, при производстве соды или моющих средств. Галогеноводороды опасны для человека: их попадание в организм может привести к отравлению, поэтому на предприятиях востребованы сенсорные датчики, способные фиксировать не только высокое (свыше 1000 молекул на миллион молекул воздуха), но и низкое содержание этих веществ (менее 10 молекул на тысячу молекул воздуха).
Наиболее распространенными являются электрохимические датчики, которые выдают измерения с высокой погрешностью и при этом зачастую не реагируют на слишком низкое или, наоборот, слишком высокую концентрацию газа. Альтернативой являются оптические анализаторы на основе фотонных кристаллов (материалов, способных управлять светом благодаря своей физической структуре) и кольцевых микрорезонаторов, т.е. кремниевых оптических элементов, представляющих собой ловушки для света. Ключевое преимущество таких датчиков – более высокая чувствительность – компенсируется сложностью производства.
Исследователи из Нового физтеха ИТМО и Северо-Осетинского государственного университета им. К.Л. Хетагурова разработали альтернативу – простой и чувствительный фотонный датчик на основе перовскитных нанолазеров. Ученые использовали неорганический свинцово-галогенидный перовскит (CsPbBr3) в качестве нанолазера, который имеет форму нитевидного нанокристалла и выглядит как маленькая спичка.
«Перовскит — это оптически активный материал, поэтому перовскитные наноструктуры правильной формы одновременно являются и резонаторами, и активной средой, позволяющей генерировать лазерное излучение. А особенность лазерного излучения в том, что его линия спектрально очень узкая, в отличие от широкого пика спонтанной люминесценции. Поэтому у нас появилась идея, что, если узкая линия начнет как-то видоизменяться, например спектрально смещаться в пределах даже десятых долей нанометра, таким образом можно лучше заметить, что изменяются какие-либо внешние параметры. А дальше мы стали думать, где мы можем использовать такую особенность, и поняли, что эти особенности позволяют сделать очень чувствительный газовый детектор», – цитирует Университет ИТМО участника исследования Дарью Маркину.
Эксперименты, проведенные в ходе исследования, продемонстрировали, что новый метод позволяет находить утечки хлористого водорода (HCI) в концентрации от 5 до 500 молекул HCI на миллион молекул воздуха. При этом сенсор можно адаптировать для обнаружения других видов галогеноводородов.
