Bezpaládiový senzor vodíka z dielne SAV

Martin Gróf

Vodík je plyn bez farby a zápachu, ktorý tvorí s kyslíkom a so vzduchom výbušnú zmes. Hoci prah výbušnosti sa pohybuje okolo 4% vodíka vo vzduchu, pre zabezpečenie bezpečnosti je v mnohých prípadoch potrebná detekcia omnoho menších koncentrácií. Vodík je významným palivom budúcnosti, keďže je ho možné získať z obnoviteľných zdrojov a ponúka vysokú hustotu uloženej energie.

Bezpaládiový senzor vodíka z dielne SAV

Bezpaládiový senzor, foto: Gas sensor

Autor príspevku je manažér pre transfer technológií, jr. v Kancelárii pre transfer technológii SAV. Text bol publikovaný aj v mesačníku Bratislavskej regionálnej komory SOPK, Prešporský podnikateľ. Výskumná skupina Gas sensor z Elektrotechnického ústavu SAV, ktorá sa bezpaládiovým senzorom vodíka venuje, získala v súťaži Startup Awards.SK 2013 prvé miesto v kategórii veda.

Mnohé senzory vodíka využívajú na jeho detekciu drahé kovy, predovšetkým paládium, ktoré má schopnosť selektívne absorbovať vodík. Plynový senzor je však prakticky možné vyrobiť aj z plastu, presnejšie z tzv. vodivého polyméru. Napriek tomu, že pri organických látkach sme obyčajne zvyknutí, že sa jedná o dobré izolanty, existuje relatívne malá skupina vodivých polymérov, ktoré bežne dosahujú elektrickú vodivosť na úrovni polovodičov a niekedy až kovov.

Na Elektrotechnickom ústave Slovenskej akadémie vied (ElU SAV) v Bratislave sme pred niekoľkými rokmi začali pracovať s vodivými polymérmi. Skúmame možnosti použitia takýchto polymérov, najmä polyanilínu, práve v oblasti detekcie plynov. Polyanilín má medzi vodivými polymérmi významné miesto, najmä vďaka veľkému počtu foriem, v ktorých sa môže vyskytovať. Tieto formy súvisia so zmenami v jeho chemickej štruktúre a môžu byť spôsobené napríklad oxidáciou alebo redukciou. Spomínané procesy vplývajú na niektoré vlastnosti polyanilínu, napríklad na jeho farbu, ale najmä na elektrickú vodivosť. To je dôležité z hľadiska senzoriky, keďže elektrickú vodivosť vieme jednoducho premeniť na výstupný elektrický signál senzora. Ten môže súvisieť s chemickým zložením okolitého prostredia, ktoré môže štruktúru polyanilínu ovplyvňovať. To nám umožňuje napríklad určiť prítomnosť niektorých plynov.

    Ukázalo sa, že použitím kyslíkovej plazmy sme schopní upraviť vlastnosti polyanilínu tak, aby bol vhodný aj na detekciu vodíka. Výsledkom je senzor vodíka využívajúci kyslíkovou plazmou upravenú vrstvu polyanilínu, ktorej hrúbka je len niekoľko desiatok nanometrov. Vratné zmeny elektrického odporu takéhoto senzora je možné ľahko pozorovať už pri koncentrácii vodíka na úrovni 10 ppm (0.001 %).

Výhodou jedinečného senzora vyvinutého na ElU SAV oproti iným známym typom senzorov je jeho rádovo nižšia cena. Ďalšou veľkou výhodou je, že pracuje pri izbovej teplote. To je podstatné pre jeho bezpečné použitie vo výbušnom prostredí, ako aj pre mobilné aplikácie, ktoré si vyžadujú nízku energetickú náročnosť. Naproti tomu, napríklad senzory plynov, ktoré využívajú polovodivé oxidy, pracujú bežne pri teplotách niekoľko stoviek stupňov. Senzor dosahuje tiež vynikajúcu citlivosť na amoniak (už od koncentrácie 0.5 ppm).

Ďalšou úpravou senzora, napríklad s využitím nanokompozitov, je možné dosiahnuť dobrú citlivosť aj na ďalšie plyny. Okrem toho, jednoduchá zmena technologických parametrov pri príprave senzora navyše vedie k odlišnému pomeru citlivostí na jednotlivé plyny. Takto je napríklad možné získať sadu senzorov, ktorá bude tvoriť tzv. „elektronický nos“ schopný rozlišovať viaceré plyny a komplexnejšie analyzovať plynné prostredie.

Odporučiť e-mailom

Komentáre

Prihláste sa na odber noviniek zo sveta vedy priamo do Vášho e-mailu

* povinné polia