Дешевле, но не хуже: в России создали оптические датчики для анализа газов, которые конкурируют с зарубежными
Российские ученые разработали ключевые элементы для высокоточных, быстродействующих и компактных газоанализаторов — компоненты оптических датчиков.
Оптические газоанализаторы — это приборы, которые позволяют определить качественный и количественный состав смесей газов по их способности поглощать или излучать свет в инфракрасном диапазоне. Такие приборы находят широкое применение в разных сферах жизни и отраслях экономики: от мониторинга дыхания пациентов в медучреждениях до обнаружения утечек опасных газов на промышленных объектах. Ученые из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН разработали высокоэффективные компоненты для оптических датчиков, которые соответствуют уровню мировых лидеров при гораздо более низкой стоимости.
Основой оптического датчика являются два элемента: светодиод, который генерирует излучение инфракрасного диапазона (длина волны 3–5 мкм) и фотоприемник, который регистрирует это излучение. Проходя через различные среды, излучение светодиода поглощается в разной степени, а фотоприемник фиксирует эти изменения. Поэтому, зная характерные спектральные линии поглощения ИК излучения такими веществами, как, например углекислый газ или этиловый спирт, можно зафиксировать в воздухе их присутствие и концентрацию.
—заведующий лабораторией инфракрасной оптоэлектроники ФТИ имени А. Ф. Иоффе Максим Ременный.
Для получения полупроводниковых материалов (гетероструктур) для таких датчиков ученые ФТИ имени А. Ф. Иоффе используют собственную технологию, которая позволяет создавать светодиоды с высокими значениями эффективности, а также высокочувствительные фотоприемники, способные фиксировать предельно низкие концентрации газов.
Светодиоды для кремниевой фотоники создаются на основе кремния с добавлением германия и олова. Эти элементы излучают свет в инфракрасном диапазоне, который используется для оптической связи и детектирования газов. Технология изготовления светодиодов была разработана учеными ФТИ имени А. Ф. Иоффе и позволяет получать высокую эффективность излучения.
Фотоприемники для анализа газов создаются на основе гетероструктур из соединений арсенида галлия и индия. Эти элементы обладают высокой чувствительностью и быстродействием, что позволяет фиксировать предельно низкие концентрации газов, таких как метан, углеводороды и углекислый газ. Технология создания фотоприемников также была разработана учеными ФТИ имени А. Ф. Иоффе и позволяет получать высокое качество детектирования.
— Максим Ременный.
Мелкосерийное производство датчиков будет запущено на базе индустриального партнера — ООО «ИоффеЛЕД» — малой инновационной компании, которая была создана при участии ФТИ имени А. Ф. Иоффе.
Газоанализаторы — не единственная область применения изобретений лаборатории. Ученые ФТИ имени А. Ф. Иоффе придумали новый способ делать светящиеся и светочувствительные приборы из особых материалов, которые называются твердотельными сплавами A2B4-A2B6. Эти материалы очень хорошо светятся и реагируют на свет, потому что у них есть большой зазор между энергиями электронов внутри них. Приборы, сделанные из этих материалов, хорошо работают при разных условиях, не ломаются и не теряют яркости. Они также потребляют мало энергии и могут быстро включаться и выключаться. Такие приборы можно использовать для разных целей, например, для подсветки экранов, передачи данных по свету, лечения болезней, получения энергии от солнца и других.
В настоящее время, сотрудники института разрабатывают датчики-газоанализаторы для систем пожаротушения нового российского пассажирского самолета МС-21, систем общей пожарной безопасности и контроля состава атмосферы для различных промышленных и медицинских применений.
Оптические газоанализаторы — это приборы, которые позволяют определить качественный и количественный состав смесей газов по их способности поглощать или излучать свет в инфракрасном диапазоне. Такие приборы находят широкое применение в разных сферах жизни и отраслях экономики: от мониторинга дыхания пациентов в медучреждениях до обнаружения утечек опасных газов на промышленных объектах. Ученые из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН разработали высокоэффективные компоненты для оптических датчиков, которые соответствуют уровню мировых лидеров при гораздо более низкой стоимости.
Основой оптического датчика являются два элемента: светодиод, который генерирует излучение инфракрасного диапазона (длина волны 3–5 мкм) и фотоприемник, который регистрирует это излучение. Проходя через различные среды, излучение светодиода поглощается в разной степени, а фотоприемник фиксирует эти изменения. Поэтому, зная характерные спектральные линии поглощения ИК излучения такими веществами, как, например углекислый газ или этиловый спирт, можно зафиксировать в воздухе их присутствие и концентрацию.
Мы разработали компактные источники и приемники инфракрасного излучения, которые могут использоваться для создания оптических газоанализаторов-капнографов — устройств, измеряющих концентрацию углекислого газа у пациента во время искусственной вентиляции легких. В последние годы аппараты ИВЛ стали особо актуальными при терапии тяжелой формы COVID-19. Кроме того, наши компоненты являются ключевыми элементами датчиков в составе специальных рамок для экспресс-тестов на алкоголь у сотрудников промышленных предприятий
—заведующий лабораторией инфракрасной оптоэлектроники ФТИ имени А. Ф. Иоффе Максим Ременный.
Для получения полупроводниковых материалов (гетероструктур) для таких датчиков ученые ФТИ имени А. Ф. Иоффе используют собственную технологию, которая позволяет создавать светодиоды с высокими значениями эффективности, а также высокочувствительные фотоприемники, способные фиксировать предельно низкие концентрации газов.
Светодиоды для кремниевой фотоники создаются на основе кремния с добавлением германия и олова. Эти элементы излучают свет в инфракрасном диапазоне, который используется для оптической связи и детектирования газов. Технология изготовления светодиодов была разработана учеными ФТИ имени А. Ф. Иоффе и позволяет получать высокую эффективность излучения.
Фотоприемники для анализа газов создаются на основе гетероструктур из соединений арсенида галлия и индия. Эти элементы обладают высокой чувствительностью и быстродействием, что позволяет фиксировать предельно низкие концентрации газов, таких как метан, углеводороды и углекислый газ. Технология создания фотоприемников также была разработана учеными ФТИ имени А. Ф. Иоффе и позволяет получать высокое качество детектирования.
По своим характеристикам наши оптические компоненты для газоанализаторов соответствуют уровню мировых лидеров при гораздо более низкой стоимости. Если же говорить об отечественном рынке, то наша разработка по ряду параметров превосходит существующие российские аналоги
— Максим Ременный.
Мелкосерийное производство датчиков будет запущено на базе индустриального партнера — ООО «ИоффеЛЕД» — малой инновационной компании, которая была создана при участии ФТИ имени А. Ф. Иоффе.
Газоанализаторы — не единственная область применения изобретений лаборатории. Ученые ФТИ имени А. Ф. Иоффе придумали новый способ делать светящиеся и светочувствительные приборы из особых материалов, которые называются твердотельными сплавами A2B4-A2B6. Эти материалы очень хорошо светятся и реагируют на свет, потому что у них есть большой зазор между энергиями электронов внутри них. Приборы, сделанные из этих материалов, хорошо работают при разных условиях, не ломаются и не теряют яркости. Они также потребляют мало энергии и могут быстро включаться и выключаться. Такие приборы можно использовать для разных целей, например, для подсветки экранов, передачи данных по свету, лечения болезней, получения энергии от солнца и других.
В настоящее время, сотрудники института разрабатывают датчики-газоанализаторы для систем пожаротушения нового российского пассажирского самолета МС-21, систем общей пожарной безопасности и контроля состава атмосферы для различных промышленных и медицинских применений.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Бомбы с орбиты: почему советская технология, воскрешенная Китаем, встревожила США?
Американцы слишком долго считали свои системы раннего предупреждения лучшими на планете. Теперь......
Битва под Каневом: почему на 350 лет замолчали сокрушительную победу России?
Неудобная победа, предательство и идеология. Мы бы могли вообще не узнать об этом триумфе русского оружия...
С Ноева ковчега сняли запрет: что покажут радары на Арарате?
История, которую больше всего высмеивали ученые, неожиданно становится все более реальной...
Дикий народ чучуна: Кто наводил ужас на коренное население Сибири?
Йети? Люди-изгои? Древнее племя? Пока что вопросов больше, чем ответов...
Мрачный прогноз для США из 1995 года сбылся: в чем великий ученый Саган оказался прав?
Исследователь говорил: все плохо, но еще не все потеряно. Его советы могут реально помочь всему человечеству...
Почему их ДНК не меняется уже 42 000 лет: определен самый древний народ на планете
Три раза предки жителей Океании встречались с исчезнувшими видами людей, и это в корне изменило их гены...
Тайна «косого глаза» Венеры раскрыта: что увидела нейросеть на картинах Боттичелли?
Художник нарисовал пять портретов прекрасной Симонетты Веспуччи. И каждое полотно еще больше подтверждает страшный диагноз...
Новая вселенная внутри звезды: почему Эйнштейн мог ошибаться насчет черных дыр
Больше 20 лет эта гипотеза в буквальном смысле раздирает мир науки. Но, возможно, именно она выведет ученых из тупика сингулярности...
Снегопады в Антарктиде становятся все аномальнее: и ученые, наконец-то, знают почему?
Ученым придется пересмотреть все климатические модели Шестого континента. Кстати, снега там будет выпадать с каждым годом все больше...
Еще одна тайна майя: археологи секрет алтаря в заброшенном городе
Выяснилось, что индейцы долгие столетия продолжали исповедовать, казалось бы, давно забытый древний культ...
Кипящая дыра в Йеллоустоуне: почему геологи «проморгали» опасный инцидент?
Геологический детектив: незамеченный взрыв, неожиданный провал и далеко идущие последствия...
Марс под вопросом: что может обнулить иммунитет у космонавтов?
И почему защита организма перестает видеть микробы, выжившие в космосе?...
43 — проклятый возраст Рюриковичей: почему многие князья не переживали этот роковой рубеж?
Генетики говорят: русская династия слишком поздно поняла, что попала в ловушку «чистой» крови...
Бельгийскую разведку снова взломали: хакеры целый год качали оттуда секретные данные
Эксперты говорят: проникновение было замечено совершенно случайно. И это пугает...
Доказана жизнь на спутнике Юпитера: как же бактериям удалось добраться с Земли на Европу?
За 3,5 миллиарда лет земные бактерии могли долететь до 105 звездных систем. Так что у Европы есть все шансы на «заражение»...
Сначала Стоунхендж был... не каменным: найден прототип легендарного святилища
Доисторическая религия оказалась старше на 500 лет, чем считали ученые. И она играла огромную роль в жизни древних людей...