В лаборатории металлооксидных полупроводников Томского государственного университета разработали прототипы кислородных сенсоров для лямбда-зондов автомобилей. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе университета.
Основой новых датчиков стали микрокристаллы бета-фазы оксида галлия (β-Ga2O3), полученные путем высокотемпературного отжига эпитаксиальных пленок каппа-фазы оксида галлия (κ-Ga2O3). Эти микрокристаллы продемонстрировали повышенную чувствительность к кислороду по сравнению с материалами, применяемыми в современных резистивных датчиках, что открывает перспективы замены импортной продукции.
Лямбда-зонд — ключевой элемент в выхлопных системах, измеряющий содержание кислорода в газах для контроля эффективности сгорания топлива. Датчики должны надежно работать при температурах 600-900°C и реагировать на содержание кислорода от 0 до 10%.
Оксид галлия ценится за свои термическую и химическую устойчивость, высокую технологичность и быстрый отклик, что делает его отличным материалом для газочувствительных сенсоров. В ТГУ уже шесть лет изучают различные полиморфы оксида галлия и создают приборы на их основе, сотрудничая с петербургской лабораторией ФТИ им. Иоффе, которая выращивает пленки каппа-фазы.
Исследования показали, что пленки, сочетающие две фазы — каппа и бета, обладают более высокими характеристиками. Поэтому ученые применили высокотемпературный отжиг при 1000°C, что привело к переходу каппа-фазы в бета-фазу и образованию микрокристаллической структуры с развитой поверхностью и высокой чувствительностью к кислороду. Это новый метод получения материала с улучшенными свойствами.
Испытания проводились в условиях, имитирующих работу лямбда-зонда: в газовой смеси, близкой к выхлопным газам, и при температуре до 900°C. Сенсоры на микрокристаллах β-Ga2O3 показали значительно лучшую чувствительность и более широкий диапазон рабочих температур, чем существующие аналоги, что делает разработку перспективной для промышленного применения.
Новый катализатор превращает CO2 в ценные химические вещества. Новая разработка способствует снижению уровня углекислого газа в атмосфере и одновременно обеспечивает производство полезного химического сырья.