Des chercheurs russes ont mis au point un mécanisme de détection de l'hydrogène moléculaire utilisant la lumière verte pour éclairer un capteur composite nanocristallin à base d'oxydes de zinc et d'indium. Cela permet à un capteur de gaz de fonctionner à température ambiante. L'article a été publié dans la revue Rapports scientifiques .

Des réseaux multicapteurs pour déterminer la composition du mélange gazeux sont en cours de développement. Il s'agit de systèmes de surveillance intégrant plusieurs capteurs qui ciblent des gaz individuels. De tels capteurs peuvent être utilisés pour analyser la qualité de l'air à la fois à l'extérieur et dans des espaces clos. Le suivi de la pollution atmosphérique reste une préoccupation vitale pour de nombreux pays développés. Parce que les communautés résidentielles ont tendance à se regrouper autour des zones industrielles, il est nécessaire d'avoir un mécanisme en place pour contrôler les émissions nocives des usines et des usines.

En outre, des mesures de la composition de l'air sont nécessaires dans les centrales nucléaires, sur les sous-marins et les stations spatiales, et dans d'autres installations où l'accès à l'air frais n'est pas immédiatement disponible. Si la concentration de dioxyde de carbone augmente ou si une substance toxique s'infiltre dans le système de ventilation, cela pourrait mettre la vie du personnel en danger.

Les mélanges de gaz commerciaux tels que les carburants gazeux nécessitent également une surveillance précise de la composition. Parmi eux se trouve l'hydrogène. Utilisé comme combustible gazeux, il pourrait éventuellement remplacer les hydrocarbures. C'est un carburant propre qui ne libère que de la vapeur d'eau lorsqu'il est brûlé. En outre, l'efficacité de la combustion de l'hydrogène est de 10 à 20 pour cent supérieure à celle des hydrocarbures. Certains constructeurs automobiles ont déjà commencé à introduire progressivement l'hydrogène en le considérant comme un carburant du futur. Et pourtant, la catastrophe du dirigeable Hindenburg est un triste rappel de la dangerosité de l'hydrogène.

Jusque récemment, les capteurs de gaz à base d'oxydes métalliques nanocristallins avaient des températures de fonctionnement comprises entre 300 et 500 degrés Celsius. Cela les rendait dangereux pour la détection de substances explosives ou combustibles. De plus, pour maintenir ces températures élevées, il faut beaucoup de puissance, rendant impossible l'intégration de tels capteurs de gaz dans les circuits imprimés des appareils portables.

Pour résoudre ce problème, le professeur Leonid Trakhtenberg du MIPT; Pavel Kashkarov, directeur de l'Institut de Nano-, Bio-, Informations, Sciences et technologies cognitives et socio-humaines ; Alexander Ilin et Pavel Forsh de l'Université d'État Lomonossov de Moscou; et leurs collègues de l'Institut de physique chimique Semenov ont proposé des capteurs capables de fonctionner à température ambiante. Leurs nouveaux capteurs nanocomposites sont à base d'oxydes de zinc et d'indium, et leur efficacité est maximisée par l'éclairage de la lumière verte. Le dispositif proposé pourrait être utilisé pour détecter des combustibles, explosif, ou des substances toxiques dans l'atmosphère même à de faibles concentrations.

"Le mécanisme consiste en la transition induite par la lumière des composants du capteur nanocristallin dans un état hors d'équilibre et le changement résultant de la photoconductivité du capteur interagissant avec l'hydrogène moléculaire. Cet effet est lié à la dépendance de la photoconductivité sur le taux de recombinaison des porteurs de charge hors d'équilibre , " explique Maria Ikim, doctorant au Laboratoire des nanocomposites fonctionnels de l'Institut Semenov de physique chimique de l'Académie des sciences de Russie.

"Les détecteurs que nous avons développés diffèrent des capteurs semi-conducteurs classiques en ce qu'ils fonctionnent à température ambiante. Cela élimine le danger de combustion ou d'explosion, lorsqu'il s'agit de substances inflammables ou explosives, " dit Leonid Trakhtenberg du Département de physique chimique, MIPT, qui détient un ScD en physique et mathématiques. "La plupart des articles sur la photoactivation des capteurs discutent des effets de la lumière ultraviolette sur les capteurs et se concentrent sur la détection des gaz oxydants. Mais l'efficacité des diodes à lumière ultraviolette est faible, alors que leur coût est bien supérieur à celui de leurs homologues émettant dans la partie visible du spectre. En travaillant avec de l'hydrogène, nous explorons les possibilités de détection des gaz réducteurs."

L'article propose un nouveau mécanisme de photoactivation de la réponse du capteur, qui est illustré par l'image ci-dessus. Il rend compte de la transition des porteurs de charge dans un état de non-équilibre. Le processus impliqué est universel :il peut être utilisé pour interpréter les résultats de détection dans les gaz oxydants et réducteurs.

Les capteurs proposés par les auteurs pourraient être utilisés pour surveiller la composition de l'air atmosphérique et analyser la composition chimique des gaz utilisés dans les procédés industriels. Bien que l'étude se concentre sur les gaz, les mêmes capteurs pourraient être modifiés pour cibler les liquides.