Vedci UK vyvinuli inovatívny senzor vodíka do áut

Bratislava 13. mája 2015: Experimentálni fyzici z Univerzity Komenského v Bratislave (UK) vyvinuli inovatívny polovodičový detektor vodíka s vysokou citlivosťou, ktorý pracuje pri izbovej teplote. Jeho význam dokazuje aj skutočnosť, že vodíkový pohon je v hľadáčiku veľkých svetových automobiliek a vodík je považovaný za palivo budúcnosti. A práve vyvinutý detektor môže zvýšiť bezpečnosť a zároveň znížiť náklady v tejto oblasti, keďže má predpoklad veľmi nízkych výrobných nákladov.


Schopnosť nového detektora vodíka pracovať pri bežnej (izbovej) teplote spolu s jeho vysokou citlivosťou ho robí široko použiteľným. V rámci dlhodobého výskumu od roku 2008 tím pod vedením fyzika prof. RNDr. Andreja Plecenika, DrSc., z Katedry experimentálnej fyziky Fakulty matematiky, fyziky a informatiky UK prekonal závažný nedostatok v súčasnosti bežne vyrábaných polovodičových detektorov plynov, ktorým je najmä ich vysoká pracovná teplota, ktorá sa zvyčajne pohybuje na úrovni 200 – 400 °C, respektíve veľmi nízka citlivosť pri izbovej teplote. Potreba zvýšenej pracovnej teploty doteraz existujúcich detektorov výrazne zvyšuje spotrebu energie a teda nie je možná ich dlhodobá prevádzka v malých prenosných zariadeniach. Taktiež má vplyv na ich dlhodobú stabilitu a v niektorých prípadoch obmedzuje ich použitie v zápalnom a výbušnom prostredí.

„Novovyvinutý detektor je založený na jednoduchom princípe,“ hovorí prof. A. Plecenik z Univerzity Komenského. „Meria sa elektrický odpor medzi dvoma elektródami, medzi ktorými je plynovocitlivá tenká vrstva s hrúbkou niekoľko desiatok nanometrov. Pre vysokú citlivosť tohto senzora aj pri izbovej teplote je dôležité, že šírka hornej elektródy je na úrovni približne 100 nanometrov, resp. menej. V takýchto nanoštruktúrach sa už výrazne prejavujú efekty prebiehajúce na nano-škále a práve vďaka tomu má tento senzor takéto výnimočné vlastnosti. Aj keď predpokladáme, že tento senzor bude selektívne citlivý najmä na vodík, dá sa očakávať, že po zmene niektorých parametrov bude schopný detekovať aj iné plyny, napr. metán v baniach,“ vysvetľuje fyzik UK.

Jednoduchosť riešenia nového senzora z UK má vplyv aj na to, že sa u neho predpokladajú veľmi nízke výrobné náklady (rádovo jednotky eur), pričom náklady na výrobu v súčasnosti produkovaných senzorov sú často mnohonásobne vyššie. Jeho použiteľnosť bude teda široká, keďže okrem áut sa vodík používa aj v potravinárskom, chemickom, elektronickom a farmaceutickom priemysle, pri zváraní a rezaní. Schopnosť detekovať aj iné plyny rozsah jeho použitia ešte rozširuje.
 
Unikátnosť technického riešenia a jeho priemyselnú využiteľnosť potvrdzuje aj priznanie ochrany vo forme úžitkového vzoru Úradom priemyselného vlastníctva SR (nižšie na webstránke je PDF s podrobnejšími informáciami).

„Nové technické riešenie senzora plynov s vysokým potenciálom praktického uplatnenia v priemysle je ďalším príkladom výskumu UK prepojeného na prax. Osobitne je cenné, že môže byť príspevkom k rozšíreniu ekologických vodíkových technológií,“ hovorí o prínose výskumu prof. RNDr. Karol Mičieta, PhD., rektor Univerzity Komenského v Bratislave.

Tieto výsledky boli spolu s fyzikálnym modelom vytvoreným v spolupráci s teoretickými fyzikmi zo Slovenskej akadémie vied publikované aj v renomovanom karentovanom časopise Sensors and Actuators B: Chemical.