Экология/6.экологический мониторинг

Абдурахманов И.Э.,

Тургунов Д.Э.,

Кабулов Б.Д.

Самаркандский госуниверситет. г. Самарканд.

Влияние природы газочувствительного слоя на селективность полупроводниковых газовых сенсоров.

В настоящее время для применения в качестве первичных элементов полупроводниковых сенсоров широко исследуются возможности различных металлооксидов n-типа электропроводности. Одним из наиболее перспективных материалов является оксид цинка, оксид меди, диоксид олова, оксид железа и др. Уникальность этих материалов при использовании в качестве чувствительных элементов полупроводниковых сенсоров вызвана рядом их фундаментальных физических и химических свойств.

Целью исследований приведенной в данной работе является изучение процессов протекающих при синтезе газочувствительных наноматериалов на основе ТЭОС и полупроводниковых оксидов металлов меди, и цинка. а также изучение кинетики созревания пленкообразующего раствора и влияния технологических параметров этого процесса на структуру формируемых пленок.

Общим недостатком нанодисперсных материалов является их склонность к кристаллизации при эксплуатации датчика в области повышенных температур. Стабилизация их размеров и структуры достигается путем создания смешанных композитных материалов при введении нанокристаллитов оксидов металлов (ZnO, SnO₂, FeO, CuO и др.) в прочную матрицу другого материала. Такой нанокомпозит, имеющий термоустойчивую фазу, например, диоксида кремния, не изменяет структуры и свойств в диапазоне рабочих температур газочувствительных сенсоров. Наиболее дешевым, экономичным и удобным методом, обеспечивающим получение заданной структуры нанокомпозитов, является золь-гель метод.

В области исследований процессов формирования газочувствительных элементов на основе тонких пленок смешанного состава недостаточно изученными остается целый ряд вопросов, например, механизм физико-химических процессов, протекающих при формировании тонкопленочных слоев золь-гель методом; влияние технологических режимов формирования пленок на их структуру, а, следовательно, и на их электрофизические и газочувствительные свойства; причины возникновения различных структур тонких пленок, откуда следует проблема воспроизводимости характеристик сенсорных элементов на их основе.

Золь-гель метод потенциально способен обеспечить смешение компонентов на молекулярном уровне, создавать структуры с регулируемой пористостью и с управляемой геометрией газочувствительной фазы, иммобилизованной внутри неорганического полимера.

Таким образом, исследование связанное и изучением закономерности процессов формирования по золь-гель технологии газочувствительных тонких пленок и разработка на их основе высокочувствительных, селективных сенсоров и автоматических газоанализаторов представляется современной и актуальной. Обычный состав исходного раствора-золя, используемый для получения пленок нанокомпозитов на основе оксидов металлов и кремния, содержит прикурсор-алкоксисоединения (ТЭОС), соли металла, воду, органическая растворителей, в которых хорошо растворяется алкоксисоединения и кислый катализатор. Процесс получения газочувствительных наноматериалов золь-гель методом состоит из следующих технологических этапов:

-стадия созревания золя (приготовления пленкообразующего раствора и его созревания);

- стадия образования первичной структуры (нанесение раствора центрофугерованием и его сушка);

-стадия уплотнения структуры (отжиг).

Каждый из этих этапов оказывает существенное влияние на свойства формируемых пленок. Реакции гидролиза и конденсации ТЭОС лежат в основе процесса получения используемого газочувствительного неорганического полимера, в котором оксиды металлов или кремния образуют основу его скелета. В работе к повышению селективности полупроводниковых сенсоров применены следующие подходы:

-нанесение на поверхность чувствительного слоя тонких газообразных покрытий;

-использование нестационарных температурных режимов;

-использование чувствительных элементов обладающих различной активностью компонентом смеси газов.

В ходе экспериментов исследован кинетики и механизм реакции окисления горючих газов на поверхности металлооксидных нанодисперсных катализаторов, легированных благородными металлами. Определены оптимальные условия, сочетающие долговременную стабильность и достаточно высокой чувствительностью полученных сенсоров. Изучено кинетика процесса сорбции и десорбции газов на поверхности тонких пленок оксидов металлов, а также процессов диффузии газа в пленке оксида. Установлено характеристики полупроводниковых сенсоров каталитическими покрытиями: чувствительность к отдельным газам, а также селективность. В результаты опытов предложен состав газочувствительного материала, предназначенного для селективного определения концентрации СО и водорода в режиме непрерывного нагрева сенсора, и исследованы эксплуатационные характеристики этих полупроводниковых сенсоров.