Более чувствителен к кислороду: российские учёные создали замену импортным сенсорам для автомобилей

Научная группа Томского государственного университета (ТГУ) представила прототипы датчиков кислорода для автомобильных выхлопных систем, которые способны радикально изменить рынок автокомпонентов. Вместо использования традиционных материалов, ученые применили оксид галлия, добившись рекордной чувствительности к кислороду и устойчивости к экстремальным температурам. По оценкам разработчиков, внедрение таких сенсоров позволит снизить стоимость лямбда-зондов, сделав их доступными для массового потребителя и уменьшив зависимость от импортных поставок.

Замена импортным компонентам: новая технология производства

Ключевым элементом разработки стали полиморфы оксида галлия — соединения с одинаковым химическим составом, но разной кристаллической решеткой. В ходе экспериментов ученые выявили, что метастабильная форма этого вещества обладает уникальной способностью реагировать на малейшие изменения концентрации кислорода. Для создания рабочего слоя сенсора использовался метод высокотемпературного отжига при 1000 °C.

Как работает новый сенсор

В процессе отжига тонкая пленка оксида галлия трансформировалась в массив микрокристаллов с развитой поверхностью. Как пояснил заведующий лабораторией металлооксидных полупроводников ТГУ Алексей Алмаев, такая структура обеспечивает максимальную площадь контакта с выхлопными газами, что напрямую влияет на точность измерений. Испытания в условиях, имитирующих работу двигателя внутреннего сгорания, подтвердили: датчик сохраняет стабильность при температурах от 600 до 900 °C, что является критическим требованием для лямбда-зондов.

Преимущества перед аналогами

По сравнению с традиционными кислородными датчиками, новая разработка демонстрирует более высокую чувствительность в широком диапазоне рабочих температур. Это позволяет точнее контролировать состав топливно-воздушной смеси, снижая токсичность выхлопа и расход топлива. Кроме того, использование доступного сырья и относительно простого технологического процесса (отжиг) делает производство таких сенсоров экономически выгодным. Ученые отмечают, что текущие лямбда-зонды на рынке часто используют редкоземельные элементы или сложные керамические композиты, что удорожает их производство. Применение оксида галлия, напротив, позволяет отказаться от дорогих импортных компонентов, что критически важно в условиях санкционных ограничений.

От лаборатории до конвейера

Сейчас прототипы проходят цикл дополнительных тестов на долговечность и устойчивость к агрессивным средам. Если испытания подтвердят заявленные характеристики, технология может быть масштабирована для промышленного выпуска. В перспективе такие датчики могут быть интегрированы не только в легковые автомобили, но и в грузовую технику, а также в системы мониторинга промышленных выбросов. Ранее российские инженеры уже сталкивались с проблемой дефицита качественных лямбда-зондов из-за ухода западных производителей. Разработка ТГУ направлена на заполнение этой ниши, предлагая продукт, который не уступает, а по ряду параметров превосходит зарубежные аналоги. В случае успешного внедрения, это не только снизит затраты автовладельцев на ремонт, но и укрепит технологический суверенитет страны в области автомобильной электроники.