Российские ученые разработали новый сенсорный материал на основе трехмерных фотонных кристаллов, предназначенный для определения паров токсичных веществ на химических производствах. Метод позволяет за минуты точно определить наличие разных классов летучих веществ. Статья опубликована в журнале Beilstein Journal of Nanotechnology.
Фотонные кристаллы — это уникальные упорядоченные структуры, которые придают окраску крыльям бабочек, коже хамелеона, перьям павлина, перламутровым раковинам и камням опалам. Такие кристаллы отражают излучение разных длин волн в зависимости от параметров структуры, показателя преломления и от угла падения света. На рубеже 80–90-х годов ХХ века начались работы по созданию искусственных фотонных кристаллов для оптических приложений — создания многоцелевых отражателей и фильтров. Оказалось, что изменение структуры кристаллической решетки фотонного кристалла меняет и длину волны света, который он отражает. Это может служить аналитическим сигналом на различные виды воздействия, например изменение температуры, кислотности или воздействие химических веществ.
Ученые из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Российского технологического университета МИРЭА впервые исследовали свойства и возможности применения уникальных сенсорных материалов на основе 3D фотонных кристаллов.
«В нашей работе были получены фотонно-кристаллические сенсорные матрицы и исследованы их свойства, в частности возможность их многократного применения. В нашей работе показано, насколько селективными могут быть такие фотонно-кристаллические сенсоры в зависимости от своей структуры и как долго их можно использовать, — говорит соавтор статьи Александр Иванов. — Мы обнаружили, что фотонные кристаллы обладают селективностью, которая выражается в том, что для сдвига спектра отражения требуется различное время. Чем более летуч органический растворитель и чем меньше размер его молекул, тем он легче проникает в фотонный кристалл и тем быстрее регистрируется спектральный отклик. В результате по времени отклика можно на качественном уровне судить, пары какого растворителя присутствуют в анализируемом образце».
Такие фотонно-кристаллические сенсоры можно использовать многократно. При этом обнаруживать наличие летучих веществ можно даже визуально, по изменению цвета сенсора. Использование метода оптической спектроскопии позволяет быстрее получить точный результат.
Ученые составили базу данных, описывающую отклик фотонных кристаллов на разные классы веществ в зависимости от летучести и размера молекул растворителя. Новые датчики найдут применение на химических производствах, где возможны утечки паров растворителей, которые даже в малых концентрациях опасны для человека.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
