С.В. Дробышев1, Т.М. Шайхаттаров2, И.Р. Низамеев3

1-3 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева (г. Казань, Россия)

3 ИОФХ им. А.Е. Арбузова - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН (г. Казань, Россия)

1 sergejdrobysev.bass@gmail.com; 2 tagir80.40@gmail.com; 3 inizameyev@iopc.ru

Постановка проблемы. Высокий уровень загрязнения воздуха приводит к различным негативным последствиям, в том числе к ухудшению здоровья населения. Одним из основных загрязнителей атмосферы в промышленных городах является диоксид азота (NO2), который образуется в результате различных промышленных процессов. Он обладает высокой токсичностью и может вызывать такие заболевания, как бронхит, астма, а также другие респираторные заболевания. Несмотря на все усилия по снижению его выбросов, проблема загрязнения атмосферы остается актуальной. Поэтому необходимы новые методы непрерывного мониторинга атмосферы и своевременного обнаружения его выбросов. В связи с этим одна из основных задач развития системы мониторинга заключается в разработке чувствительного, надежного и недорогого газового сенсора, реагирующего на NO2 в атмосфере. Однако для такого чувствительного кондуктометрического датчика (сенсора) с широким диапазоном детектирования требуется система управления с автоподстройкой диапазонов измерения под условия окружающей среды.

Цель. Представить новый оригинальный электронный блок управления и измерения для разработанного ранее кондуктометрического сенсора на наличие NO2 в атмосфере, который способен регистрировать и интерпретировать сигнал в виде числового отклика с его отображением на экране.

Результаты. Предложен новый оригинальный электронный блок управления и измерения для разработанного ранее кондуктометрического газового сенсора на наличие NO2 в атмосфере, который способен регистрировать и интерпретировать сигнал в виде числового отклика и отображать его на индикаторе (ЖК-экран). Проведены испытания разработанного устройства в системе с газовым сенсором с полупроводниковым газочувствительным элементом p-типа. Установлено, что для модельной атмосферы 50 ppm NO2+N2 отклик сенсора, зарегистрированный предложенным устройством, равен (10,4±0,2)∙10-3, а для модельной атмосферы 10 ppm NO2+N2 – (6,2±0,2)∙10-3.

Практическая значимость. Полученные с помощью представленного электронного блока управления и измерения значения могут быть использованы для определения концентрации NO2 при мониторинге атмосферы в реальных условиях.

Дробышев С.В., Шайхаттаров Т.М., Низамеев И.Р. Электронный блок управления и измерения для кондуктометрического сенсора на диоксид азота в атмосфере // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 1. С. 111−120. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202401-10

1. Garshick E. Effects of short-and long-term exposures to ambient air pollution on COPD. European Respiratory Journal. 2014.
   V. 44. P. 558-561. https://doi.org/10.1183/09031936.00108814.
2. Bălă G., Râjnoveanu R., Tudorache E., Motișan R., Oancea C. Air pollution exposure-the (in) visible risk factor for respiratory diseases. Environmental Science and Pollution Research. 2021. V. 28. P. 19615-19628. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13208-x.
3. Chen T.M., et al. Outdoor air pollution: nitrogen dioxide, sulfur dioxide, and carbon monoxide health effects // The American journal of the medical sciences. 2007. V. 333. № 4. С. 249-256.
4. Liu X., Cheng S., Liu H., Hu S., Zhang D., Ning H. A survey on gas sensing technology. Sensors. 2012. V. 12. P. 9635-9665. https://doi.org/10.3390/s120709635.
5. Raju P., Li Q. Semiconductor materials and devices for gas sensors. Journal of The Electrochemical Society. 2022. V. 169.
   P. 057518. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac6e0a.
6. Zhao H., Wang Y., Zhou Y. Accelerating the Gas–Solid Interactions for Conductometric Gas Sensors: Impacting Factors and Improvement Strategies. Materials. 2023.V. 16. P. 3249. https://doi.org/10.3390/ma16083249.
7. Korotcenkov G., Brinzari V., Ham M. H. Materials acceptable for gas sensor design: Advantages and limitations. Key Engineering Materials. 2018. V. 780. P. 80-89. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.780.80.
8. Gomaa M.M., Sayed M.H., Patil V.L., Boshtaa M., Patil P.S. Gas sensing performance of sprayed NiO thin films toward NO2 gas. Journal of Alloys and Compounds. 2021. V. 885. 160908. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160908.
9. Kaur N., Zappa D., Comini E. Shelf life study of NiO nanowire sensors for NO2 detection. Electronic Materials Letters. 2019.
   V. 15. P. 743-749. https://doi.org/10.1007/s13391-019-00172-5.
10. Liu B., Yang H., Zhao H. An L., Zhang L., Shi R., Wang L., Bao L., Chen Y. Synthesis and enhanced gas-sensing properties of ultralong NiO nanowires assembled with NiO nanocrystals. Sensors and Actuators B: Chemical. 2011. V. 156. P. 251-262. https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.04.028.
11. Nizameeva G.R., Gainullin R.R., Lebedeva E.M., Nizameev I.R. Gas sensing element of a conductometric nitrogen dioxide sensor based on oriented nickel oxide networks. High Energy Chemistry. 2023. V.57. S45-S49. https://doi.org/10.1134/S0018143923070299.
12. Nizameeva G.R., Gainullin R.R., Nizameev I.R., Kadirov M.K. Cetyltrimethylammonium bromide as a soft template for the synthesis of a conductometric gas sensor’s active substance. St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics. 2022.  V.15 (3.3). P. 86-92. https://doi.org/doi.org/10.18721/JPM.153.316.
13. Nizameev I.R., Nizameeva G.R., Kadirov M.K. Doping of Transparent Electrode Based on Oriented Networks of Nickel in Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Polystyrene Sulfonate Matrix with P-Toluenesulfonic Acid. Nanomaterials. 2023. V.13(5). Р. 831. https://doi.org/10.3390/nano13050831.
14. Nizameev I.R., Muscat A.J., Motyakin M.V., Grishin M.V., Zakharova L.Y., Nizameeva G.R., Kadirov M.K. Surfactant templated oriented 1-D nanoscale platinum and palladium systems on a modified silicon surface. Nano-Structures & Nano-Objects. 2019.
    V. 17. P. 1-6. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2018.10.004 .
15. Nizameev I.R., Nizameeva G.R., Faizullin R.R., Kadirov M.K. Oriented nickel nanonetworks and its submicron fibres as a basis for a transparent electrically conductive coating. ChemPhysChem. 2021. V.22. P. 288-292. https://doi.org/10.1002/cphc.202000876.
16. Muravev A., Yakupov A., Gerasimova T., Nugmanov R., Trushina E., Babaeva O., Nizameeva G., Syakaev V., Katsyuba S., Selektor S., Solovieva S. Antipin, I. Switching ion binding selectivity of thiacalix [4] arene monocrowns at liquid–liquid and 2D-confined interfaces. International Journal of Molecular Sciences. 2021. V.22(7). Р. 3535. https://doi.org/10.3390/ijms22073535.
17. Nizameeva G.R., Nizameev I.R., Kadirov M.K. Determination of a transparent conductive composite coating’s conductivity
    type based on oriented platinum networks. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki. 2023. V. 165.
    P. 23-36. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2023.1.23-36.
18. Nizameev I., Nizameeva G., Kadirov M. The influence of the surface density of oriented nickel networks on the conducting electrode's optical transparency. Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2086. Р. 012028. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2086/1/012028