Петербургские исследователи разработали уникальный газовый сенсор, превосходящий возможности человеческого обоняния. Устройство построено на микроэлектромеханической платформе с настраиваемыми чувствительными материалами. Оно быстро идентифицирует окислительные и восстановительные газы, включая метан, угарный газ и пары спиртов. В перспективе технология поможет оценивать качество продуктов, выявлять заболевания на ранних стадиях и предотвращать аварийные ситуации. Участие в проекте приняли специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Академического университета им. Ж.И. Алфёрова.
От инновационной идеи к практическому применению
«Умный нос» — это прорыв в области сенсорных технологий, открывающий новые возможности для анализа окружающей среды. Ученые во всем мире работают над повышением точности таких систем, однако петербургская команда предложила оригинальное решение. Изначально разработка фокусировалась на обнаружении сероводорода, критически важного для промышленной безопасности. Со временем функционал устройства расширили: теперь оно распознает широкий спектр веществ, обеспечивая защиту как на производствах, так и в быту.
Технология, вдохновленная прогрессом
Принцип работы сенсора основан на изменении электропроводности материала при контакте с молекулами газа. Используя микроэлектромеханические системы (МЭМС), ученые создали ультратонкую платформу толщиной менее 1 микрометра. Это позволило достичь мгновенного нагрева до 300℃ при минимальных энергозатратах (20 мВт). Высокая скорость реакции и точность делают устройство незаменимым инструментом для мониторинга безопасности и здоровья.
Будущее уже рядом
Среди авторов проекта — исследователи Илья Лаздин и Яков Эннс, чья работа открывает путь к созданию компактных и эффективных детекторов. Благодаря сотрудничеству ведущих вузов Санкт-Петербурга, «Умный нос» может стать частью умных городских систем, медицинских устройств и экологического мониторинга. Технология обешает изменить подход к диагностике и безопасности, делая мир умнее и безопаснее.
Прорыв в технологии сенсоров: инновационные материалы и доступные решения
«Наша команда создала уникальный чувствительный слой на базе оксида никеля (NiO) – полупроводника, который сочетает химическую стабильность с высокой эффективностью при обнаружении восстановительных газов. Используя метод магнетронного напыления и инновационную химико-термическую обработку, мы добились рекордной чувствительности материала. Регулируя мощность, уровень кислорода и температурные параметры, можно точно настраивать характеристики плёнки. Важно, что технология полностью совместима с текущими производственными процессами в микроэлектронике, что открывает быстрый путь к масштабированию и коммерциализации», – делится успехом Илья Лаздин, лаборант-исследователь СПбПУ.
Преимущества, которые меняют правила игры
Новый подход не только увеличивает чувствительность сенсоров в разы, но и снижает их энергопотребление. Оксид никеля в сочетании с металлическими наночастицами предотвращает износ материала, гарантируя долговечность устройств. «Мы объединили МЭМС-платформу с наноструктурированным слоем NiO, что обеспечило беспрецедентную точность детектирования газов, стабильность и экономию энергии. В отличие от других команд, мы разрабатываем каждый компонент с нуля – от чувствительных материалов до конструкции сенсора. Это даёт свободу для оптимизации и будущих инноваций», – подчеркивает Яков Эннс из Академического университета им. Ж.И. Алфёрова.
Уникальность разработки: от идеи к интеграции
Главная особенность технологии – полная независимость от готовых решений. Учёные создают всё самостоятельно: от многослойной архитектуры до молекулярной модификации материалов. Комбинация мемристорной платформы и усовершенствованного оксида никеля делает сенсоры не только точнее, но и компактнее аналогов, открывая двери для интеграции в миниатюрные устройства.
«Умный нос» будущего: от диагностики заболеваний до безопасности
Сейчас команда работает над мультисенсорным чипом, способным анализировать сложные газовые смеси в реальном времени. Такой «электронный нос» сможет распознавать мельчайшие концентрации веществ, определять свежесть еды, диагностировать болезни по составу дыхания и оперативно выявлять утечки опасных газов. Уже в ближайшие годы миниатюрные версии системы можно будет встроить в умные часы или фитнес-трекеры, делая технологии заботы о здоровье и безопасности доступными каждому!
Совместные усилия ведущих университетов
Новаторский проект стал возможен благодаря объединению потенциала двух легендарных научных школ Санкт-Петербурга — Академического университета им. Ж.И. Алфёрова и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Синергия знаний и ресурсов позволила вывести исследования на принципиально новый уровень, открывая горизонты для прорывных технологий.
Поддержка инновационных проектов
Исследовательская деятельность в Академическом университете получила мощный импульс благодаря реализации государственной программы «Новые подходы к получению гибридных микро- и наноструктур для нелинейной оптики и сенсорики» (FSRM-2023-0009). Коллеги из СПбПУ внесли свой вклад в разработки в рамках программ Научного центра мирового уровня, что подчеркивает международную значимость проекта. Создаваемые технологии не только расширяют границы науки, но и обещают революционные изменения в таких сферах, как медицина, экологический мониторинг и IT-индустрия.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
