Технологические основы создания твердотельных сенсоров газов на основе нанокомпозитных оксидных материалов

Технологические основы создания твердотельных сенсоров газов на основе нанокомпозитных оксидных материалов

Автор: Петров, Виктор Владимирович

Шифр специальности: 05.27.01

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2011

Место защиты: Таганрог

Количество страниц: 337 с. ил.

Артикул: 5523784

Автор: Петров, Виктор Владимирович

Стоимость: 250 руб.

Технологические основы создания твердотельных сенсоров газов на основе нанокомпозитных оксидных материалов  Технологические основы создания твердотельных сенсоров газов на основе нанокомпозитных оксидных материалов 

1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА
ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
1 Классификация газочувствительных материалов
ГЧМ на основе оксидов металлов и методов их синтеза
1.2. Вакуумные методы синтеза ГЧМ
1.3. Химические методы синтеза ГЧМ
1.3.1. Методы получения оксидных материалов в виде пленок
1.3.2. Методы получения оксидных материалов в
виде наноструктур
1.3.3. Зольгель метод получения пленок оксидов металлов.
1.4. Комбинированные методы синтеза ГЧМ.
1.5. Сравнительный анализ методов синтеза ГЧМ.
1.6. Синтез нанокомпозитных ГЧМ с заданными свойствами
1.6.1. Нанокомпозитные материалы на основе оксида кремния
1.6.2. Нанокомпозитные материалы на основе оксида олова
1.6.3. Нанокомпозитные материалы на основе оксидов меди
1.6.4. Нанокомпозитные материалы на основе оксидов серебра
1.6.5. Углеродные нанотрубки и нанокомпозитные материалы
на их основе.
1.7. Выводы.
2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ КРЕМНИЯ И
ОЛОВА ЗОЛЬГЕЛЬ МЕТОДОМ
2.1. Разработка теоретических основ формирования нанокомпозитных материалов на основе оксидов кремния и олова зольгель методом.
2.1.1. Модель образования частиц коллоидного раствора золя
состава тетраэтоксисил ап ТЭОС хлорид олова IV.
2.1.1.1. Строение частиц коллоидного раствора
2.1.1.2. Энергетический профиль образования частиц
коллоидного раствора.
2.1Л .3. Кинетика образования частиц коллоидног о раствора.
2.1.2. Модель созревания коллоидного раствора переход золя в гель состава ТЭОС хлорид олова IV
2.1.3. Формирование из геля пленок нанокомиозитных
материалов.
2.2. Технология формирования нанокомпозитных материалов
на основе кремния и олова зольгель методом
2.2.1. Выбор компонентов и составление рецептуры
коллоидного раствора.
2.2.2. Формирование пленки нанокомпозитного материала
2.2.3. Термическая обработка пленок нанокомиозитных
материалов.
2.2.4. Технологические схемы формирования
нанокомпозитных материалов.
2.3 Выводы.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКОМПОЗИТНЫХ
ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ СВОЙСТВА.
3.1. Влияние технологических параметров формирования нанокомпозитных оксидных материалов на их элементный
и фазовый составы
3.1.1. Материалы состава 8ЮпОх.
3.1.2. Материалы состава 8Юп0хА0.
3.1.3. Материалы составов 8ЮпОхСиОу и 8Ю2СиОу
3.1.4. Материалы составов 8Ю2УНТ и 8ЮпОхУНТ
3.2. Влияние технологических параметров формирования
нанокомпозитных оксидных материалов па морфологию их поверхности
3.2.1. Материалы состава 8ЮпОч.
3.2.2. Материалы состава пОчАОу
3.2.3. Материалы состава 8ЮпОхСиО.
3.2.4. Материалы состава 8СиОу
3.2.5. Материалы составов 8УНТ и 8ЮпОчУНТ.
3.3. Влияние технологических параметров формирования
нанокомпозитных оксидных материалов на их
электрофизические свойства.
3.3.1 Материалы составов 8ЮпООу, 8ЮпОхСиОу
и 8Ю2СиОу
3.3.2 Материалы составов 8Ю2УНТ и 8ЮпОхУНТ.
3.4. Влияние технологических параметров формирования нанокомпозитных оксидных материалов на их
газочувствительность.
3.4.1. Газочувствительность материалов состава ixЛ
3.4.2. Газочувствительность материалов составов 8ЮпОхСиОу
и 8Ю2СиОу
3.4.3. Газочувствительность материалов составов 8Ю2УНТ и 8ЮпОхУНТ
3.5. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
НАНОКОМПОЗИТНЫХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ГАЗАМИ
4.1. Современные представления о взаимодействии оксидных
материалов с газами
4.2. Концентрационные зависимости газочувствительности
оксидных материалов
4.3. Механизмы взаимодействия газочувствительных
материалов с газами
4.3.1. Механизм взаимодействия материалов состава
8ЮпОхАОу с аммиаком.
4.3.2. Механизм взаимодействия материалов состава
8ЮпОхСиОу с диоксидом азота.
4.3.3. Механизм взаимодействия материалов состава 8ЮпОхСиОу с изопропанолом
4.3.4. Механизм взаимодействия материалов состава
8ЮпОхУНТ с диоксидом азота
4.4. Выводы
5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУЮ ИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ
СЕНСОРОВ ГАЗОВ.
5.1. Чувствительный элемент сенсора газа.
5.2. Конструкции сенсоров газа.
5.3. Технологические процессы изготовления сенсоров газа.
5.4. Технологический процесс изготовления сенсоров газов на стандартных кристаллах, применяемых в системе КАМПМА
5.5. Выводы.
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СЕНСОРОВ ГАЗОВ
6.1. Методики, лабораторные стенды и оснастка,
разработанные для исследования газочувствительных характеристик сенсоров газа.
6.1.1. Лабораторные стенды и специализированная оснастка
6.1.2. Методика проведения исследования газочувствительных
характеристик сенсоров газа.
6.1.3. Методика исследования газочувствительных
характеристик сенсоров газа в системе I А.
6.2. Результаты исследований газочувствительных
характеристик твердотельных сенсоров газов
6.2.1. Сенсоры аммиака
6.2.1.1. Сенсоры на основе ГЧМ состава ixv.
6.2.1.2. Сенсоры на основе ГЧМ состава ЬСЬУНТ.
6.2.1.3. Сравнительный анализ сенсоров аммиака
6.2.2. Сенсоры диоксида азота.
6.2.2.1. Сенсоры на основе ГЧМ состава ix.
6.2.2.2. Сенсоры на основе ГЧМ состава iv.
6.2.2.3. Сенсоры на основе ГЧМ состава iiI
6.2.2.4. Сенсоры на основе ГЧМ состава ix УНТ
6.2.2.5. Сравнительный анааиз сенсоров диоксида азота.
6.2.3. Сенсор оксида углерода СО и паров изопропанола.
6.3. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список используемых источников


При избытке атомов кислорода в кристалле возникают вакансии атомов металла, при ионизации которых генерируется дырка и оксид приобретает ртип проводимости. При недостатке атомов кислорода возникают кислородные вакансии, ионизация которых приводит к генерации свободного электрона . В основном оксидные ГЧМ являются полупроводниками птипа проводимости. К известным ГЧМ ртипа проводимости относятся , СоО, РеО, РЬО, МпО, Сг3, гЮ2 . Л То о ХА и ю То и Д V о г с М О ХА о . Ю к о V и То о и ос 2 8 и Д Сч Г ЧО V. С О о м Д ь. О 0. X О 2. О о. О VI о Д уо 5 к О й. То о С О О р Т и с С о О о С г. В ряде случаев тип проводимости может зависеть от степени окисления металла в оксиде. Так оксид меди Си является полупроводником ртипа проводимости, а диоксид меди СиО, по данным разных авторов, может проявлять п, р и собственную проводимость . В связи с тем, что при воздействии газа ГЧМ изменяет удельную проводимость , то сенсоры газов, в большинстве случаев, представляют собой хеморезисторы, сопротивление которых зависит от концентрации анзизируемого газа. ГЧМ синтезируют в виде пленок, или в виде наноструктур, которые в дапьнейшем известными технологическими приемами наносят на подложку. На рис. ГЧМ. Следует отметить, что практически любой метод не обходится без использования термического отжига ГЧМ в определенной атмосфере и при определенных температуре и времени. В некоторых случаях термические операции являются определяющими в формировании структуры ГЧМ 5, в улучшении их газочувствительных характеристик и стабильности во времени . К вакуумным технологиям относятся магнетронное, катодное, электроннолучевое и реактивное ВЧ напыление пленок ГЧМ, термическое испарение металла в вакууме и напыление его на подложку с последующим термическим окислением и т. К этим же методам можно отнести методы получения ГЧМ, при которых химическими методами зольгель метод, методы соосаждения, гидротермальный метод, воздействие на растворы микроволновым излучением и др. С помощью комбинированных методов получают двух или реже трехслойные трехкомпонентные пленки ГЧМ, где каждый слой может наноситься с помощью любого из вышеперечисленных методов. Также к этим методам относятся методы, связанные с модификацией поверхности ранее созданного газочувствитсльного слоя. Например, пленку оксида олова получают с помощью вакуумной технологии, а модификацию поверхности пленки производят химическим способом, выдерживая определенное время в химическом растворе, содержащем ионы легирующего поверхность металла . После формирования каждого слоя требуется, как правило, термический отжиг. Выбор метода синтеза определяется химической природой исходных веществ, материалом подложки и условиями использования полученных ГЧМ. Наиболее простым, универсальным и производительным является метод термического испарения металлов в вакууме. Осаждаемая на подложке пленка метазла в дальнейшем окисляется. Испарением, например, двух металлов из разных испарителей можно получать многокомпонентные или многослойные оксидные материалы. Однако для некоторых оксидных систем методом термического испарения в вакууме с последующей температурной обработкой создают достаточно термостабильные оксидные пленки ГЧМ. Так, метод термического вакуумного осаждения был использован в работе при формировании пленок 8п, легированных Те и . Полученные образцы были чувствительны к парам толуола и этанола. Усовершенствованным вариантом метода термического испарения в вакууме является микропорционное испарение металлов . При этом пленки получают из смесей разнообразных веществ с различной температурой испарения. Испарение микропорции происходит мгновенно и на поверхности подложки образуется пленка из конденсированной смеси, соответствующая составу исходного раствора. Главное достоинство микропорционного метода возможность получения пленок с заданными характеристиками путем подбора смесей с изменяющимся соотношением компонентов. Недостатками, как и в предыдущем случае, являются невоспроизводимость характеристик пленок, а также необходимость подбора скорости подачи вещества на испаритель, температур испарителя и самой подложки при использовании новой смеси.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.187, запросов: 229