Больше не получится списать на «кефир». Представлен алкотестер, который не обмануть

Контроль за содержанием этанола в воздухе даже в ничтожных концентрациях критически важен из-за широкого применения этого вещества в промышленности, производстве продуктов питания, медицинской диагностике и на транспорте, а также из-за его летучести и потенциальных рисков для здоровья.

Традиционные газовые сенсоры на основе оксидов металлов популярны благодаря низкой стоимости и простоте, но для их работы часто требуются высокие температуры, а чувствительность и избирательность при обнаружении следовых количеств этанола оставляют желать лучшего. Реальные условия — колебания влажности и нестабильность сигнала — делают задачу ещё сложнее.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи изучают передовые материалы, способные усилить поверхностные реакции и электрические отклики при минимальном энергопотреблении, стремясь кардинально улучшить характеристики датчиков этанола.

Команда из Университета Йонсей и партнёрских учреждений разработала новый энергоэффективный газовый сенсор, способный обнаруживать этанол в предельно малых концентрациях. Датчик объединяет ультратонкие наноленты диоксида рутения с тонкой плёнкой диоксида олова, образуя гибридную структуру, которая обеспечивает сверхчувствительное обнаружение вплоть до концентраций в миллиардные доли.

Устройство эффективно работает в широком диапазоне уровней этанола при минимальном энергопотреблении. Помимо лабораторных испытаний, сенсор успешно отслеживал содержание алкоголя в выдыхаемом воздухе в режиме реального времени, демонстрируя перспективность применения в мониторинге здоровья и системах безопасности.

Ключевой прорыв связан с добавлением ультратонких нанолент диоксида рутения к стандартному чувствительному слою из оксида олова. Эти наноленты обладают очень большой площадью поверхности и мощными каталитическими свойствами, благодаря чему молекулы этанола быстрее вступают в реакцию на поверхности датчика. Одновременно взаимодействие между двумя материалами усиливает слой электронного обеднения, что многократно увеличивает изменения электрического сопротивления при обнаружении этанола, пишет Nanowerk.

Вместе эти эффекты делают датчик более чем в три раза отзывчивее обычного немодифицированного устройства. Исследователи создали сенсор на подвесной мембране с микронагревателем, что снижает потери тепла и позволяет ему работать непрерывно, потребляя менее 30 милливатт. Испытания показали, что он надёжно обнаруживает этанол в диапазоне от 10 миллионных долей до примерно 5 миллиардных долей, что делает его одним из самых чувствительных хеморезистивных датчиков этанола из когда-либо созданных.

Датчик продемонстрировал устойчивость к помехам от распространённых газов и сохранял стабильную работу почти месяц. Он также показывал стабильные результаты в многочисленных циклах тестирования. В контролируемых испытаниях устройство успешно отслеживало изменения содержания алкоголя в выдыхаемом воздухе в реальном времени, выдавая показания, которые точно совпадали с результатами стандартного коммерческого алкотестера.

Исследователи подчеркнули, что наноразмерное проектирование материалов может радикально улучшить традиционные газовые сенсоры. Сочетая каталитическую активность с электронной сенсибилизацией, их датчик достигает редкого сочетания сверхвысокой чувствительности, низкого энергопотребления и стабильной работы. Учёные также отметили, что добавление нанолент к платформе на основе тонких плёнок делает конструкцию совместимой с существующими методами микрофабрикации, открывая путь для превращения лабораторных экспериментов в реальные устройства.

Сверхчувствительный датчик этанола может найти широкое практическое применение за пределами лаборатории. На заводах он способен рано обнаруживать утечки или пары этанола, помогая предотвращать пожары и защищать работников. В здравоохранении и на транспорте его компактные размеры и низкое энергопотребление делают его подходящим для продвинутых анализаторов выдыхаемого воздуха, предлагая практичный инструмент для мониторинга в реальном времени и управления безопасностью.