Источник фото — news.flinders.edu.au
Одним из наиболее распространенных способов детекции газообразного водорода является использование сенсоров термокаталитического типа, которые применяются на протяжении нескольких десятилетий. Принцип действия таких сенсоров достаточно прост: активный элемент датчика разогревается до 400 градусов Цельсия, в результате чего начинается реакция беспламенного окисления горючего газа на катализаторе. Термокаталитические датчики отличаются высокой энергоемкостью, из-за чего их снабжение осуществляется за счет общей электросети, тогда как автономное питание от аккумулятора сильно затруднено.
Ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова попытались снизить энергопотребление за счет методов фотолитографии и магнетронного напыления, которые используются в микроэлектронике. Они позволяют создавать не объемные, а планарные (плоские) структуры, которые востребованы в интегральных микросхемах и полупроводниках. Это позволило уменьшить размер активной зоны устройства до 150х150 микрон в латеральных направлениях и до 30 микрон в толщину, что в 3-4 раза меньше, чем в датчиках, которые используются сегодня. Благодаря тому, что уменьшенный элемент нагревается быстрее обычных датчиков, электропотребление газового сенсора снизилось в 50 раз, а для его питания стало можно использовать импульсный режим, который широко распространен в накопителях энергии.
«В производстве используемых сегодня сенсоров велика доля ручного труда. Многие этапы создания объемных структур сложно поддаются автоматизации. Мы же используем весь инструментарий микроэлектронной промышленности, который потенциально позволяет масштабировать производство. Планарные технологии позволяют на одной пластине получить сотни чипов и в автоматическом режиме провести над ними все необходимые операции», – цитирует МГУ им. М.В. Ломоносова кандидата химических наук, одного из авторов исследования Кирилла Напольского.
Новый сенсор может быть востребован не только на энергетических предприятиях, но и в быту, в том числе для определения концентрации метана. Однако для массового внедрения датчика ученым предстоит обеспечить его долговременную стабильность.
