Лазерный мир

Российские ученые разработали лазерный детектор на базе аналогов природного минерала перовскита, позволяющий за короткое время выявлять почти незаметные утечки хлористого водорода, токсичного газа, широко применяемого в промышленном производстве. Об этом в четверг сообщила пресс-служба Минобрнауки России.

«Команде российских ученых удалось разработать простой и чувствительный фотонный дизайн для обнаружения галогеноводородов на основе перовскитных нанолазеров. Сейчас технология помогает всего за несколько минут определять утечку одного из самых часто используемых на производстве соединения — хлористого водорода (хлороводорода)», — говорится в сообщении.

Перовскиты представляют собой гибкие и легкие полупроводниковые материалы с достаточно необычными свойствами и структурой. Они похожи по уюбстройству на природный минерал перовскит, хорошо поглощающий свет и превращающий его в другие формы энергии благодаря тому, что внутри него расположены «кубы» из атомов металлов и восьмигранники из атомов кислорода.

Перовскиты сейчас активно используются для производства солнечных батарей, а также их можно применять для создания других типов фотонных устройств, в том числе нанолазеров. Группа российских исследователей под руководством Анатолия Пушкарева, доцента Университета ИТМО (Санкт-Петербург), приспособила перовскитные лазеры для разработки высокочувствительных детекторов токсичных газов, содержащих в себе хлор и другие галогены, элементы группы фтора в таблице Менделеева.

Лазерный датчик токсичных газов

Создание этого детектора стало возможным после того, как ученые обратили внимание на то, что перовскитные нанопровода, из которых изготовляют подобные лазеры, способны активно взаимодействовать с соединениями водорода и галогенов и поглощать их молекулы. В свою очередь, реакции между перовскитами и хлороводородом и его аналогами приводят к формированию наноструктур, содержащих в себе оригинальные компоненты перовскита и поглощенные молекулы галогенов.

В результате этого меняется коэффициент преломления материала и некоторые другие оптических свойства лазера. Эти сдвиги, как обнаружили Пушкарев и его коллеги в ходе опытов с прототипом нанолазера на базе перовскита из цезия, свинца и брома, приводят к тому, что структура спектра лазера меняется. Это позволяет выявлять присутствие хлороводорода в окружающей среде, а в перспективе и других соединений водорода и галогенов.

Замеры на базе прототипа лазерного датчика хлороводорода показали, что созданное ими устройство способно улавливать следы этого токсичного газа даже в том случае, если на каждый миллион молекул воздуха приходится лишь пять молекул токсичного газа. Это позволяет использовать его для раннего обнаружения утечек вещества на промышленных предприятиях.

По словам исследователей, в перспективе сенсоры можно сделать более чувствительными и адаптировать их для обнаружения других видов галогеноводородов. Проект реализован в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030», которая является одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты», а также поддержан Российским научным фондом.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/17067387