Разработка технологии изготовления и исследование характеристик неподогревных сенсоров газов на основе кобальт - и медьсодержащего полиакрилонитрила

• Автор: Коноваленко, Светлана Петровна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Органические материалы для сенсоров газов резистивного типа

1.1. Сенсоры газа, основанные на органических материалах

1.1.1. Применение органических полупроводников в элементах электроники

1.1.2. Электропроводность органических полупроводников

1.1.3. Обоснование выбора полиакрилонитрила как материала для сенсора газов

1.1.4. Применение модификации органических полупроводников для газочувствительного слоя сенсора газов
1.2. Методы моделирования процессов формирования газочувствительных пленок органических материалов
1.2.1. Метод моделирования «структура-свойство» для свойств органических соединений

1.2.2. Нейросетевое моделирование

1.2.3. Исследование материалов с помощью теории самоорганизации и теории информации
1.2.4. Выводы
2 Формирование пленок кобальт- и медьсодержащего полиакрилонитрила и исследование их свойств
2.1. Разработка технологии формирования газочувствительного материала на основе полиакрилонитрила, кобальт- и медьсодержащего полиакрилонитрила
2.2. Исследование пленок полиакрилонитрила и кобальтсодержащего полиакрилонитрила
2.3. Исследование электрофизических свойств пленок полиакрилонитрила и кобальтсодержащего полиакрилонитрила
2.4. Разработка модели электрофизических свойств пленок полиакрилонитрила, кобальт- и медьсодержащего полиакрилонитрила
2.5. Исследование пленок медьсодержащего полиакрилонитрила
2.6. Выводы
3 Исследование газочувствительных свойств пленок кобальт- и медьсодержащего полиакрилонитрила
3.1. Исследование газочувствительности пленок полиакрилонитрила и кобальтсодержащего полиакрилонитрила
3.1.1. Зависимость коэффициента газочувствительности пленок
кобальтсодержащего полиакрилонитрила от технологических параметров формирования материала
3.1.2. Зависимость коэффициента газочувствительности пленок
кобальтсодержащего полиакрилонитрила от рабочей температуры
3.1.3. Зависимость коэффициента газочувствительности пленок
кобальтсодержащего полиакрилонитрила от величины удельного сопротивления
3.2. Исследование газочувствительных характеристик пленок медьсодержащего полиакрилонитрила
3.3. Зависимость сенсоров от концентрации анализируемого газа
3.4. Выводы
4. Разработка технологии изготовления неподогревных сенсоров газов и исследование их характеристик
4.1. Разработка технологии изготовления сенсоров газов
4.2. Исследование характеристик сенсоров газов
4.3. Выводы
Заключение
Список литературы
Документы о внедрении и использовании результатов диссертационной работы Приложения

ВВЕДЕНИЕ
В связи с загрязнениями атмосферы токсичными газами важной является проблема измерения их концентрации в воздухе. Также обнаружение газов в воздухе имеет важное значение в системах пожароохранной безопасности, вентиляции и кондиционирования помещений, бытовой и промышленной безопасности и контроля выбросов от транспорта. Для решения этой проблемы необходимы сенсоры, которые должны быть не только надежными, но и высоко чувствительными, селективными и обратимыми в благоприятных температурных условиях. В настоящее время одной из наиболее распространенных и перспективных систем мониторинга газового состава атмосферы являются
полупроводниковые резистивные сенсоры. Использование пленок
полупроводникового полиакрилонитрила (ПАН) и металлсодержащего ПАН в качестве газочувствительного материала позволяет обеспечить
чувствительность к широкому спектру токсичных газов (N02, ИН3, С12, СО), находящихся в воздушной среде. Процесс адсорбции газов на поверхности газочувствительного материала таких пленок зависит от температуры и реализуется в диапазоне 15 45 °С
Таким образом, пленки ПАН и металлсодержащего ПАН представляют интерес в качестве чувствительного слоя при создании неподогревного сенсора газа, функционирующего при комнатной температуре.
Целью диссертационной работы является разработка технологии изготовления и исследование характеристик неподогревных сенсоров газов на основе пленок кобальт- и медьсодержащего полиакрилонитрила.
В соответствии с поставленной целью, необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать технологию формирования материала пленок кобальт- и медьсодержащего ПАН и изготовить образцы пленок для создания неподогревных сенсоров газа.
технологически целесообразно при нанесении растворов на поверхность подложек малых размеров.
Для целей сенсорной электроники наиболее подходящим является метод центрифугирования, который дает возможность формировать сравнительно однородную пленку толщиной 0,1-1 мкм при однократном нанесении [195-196]. Метод центрифугирования - метод нанесения тонких пленок, основанный на покрытии подложки раствором материала с последующим быстрым ее вращением, приводящим к испарению растворителя и образованию тонкой пленки. Данный метод позволяет жидкости равномерно растечься по поверхности подложки с небольшим разбросом по толщине. Экспериментальным путем была подобрана оптимальная скорость вращения центрифуги, которая обеспечивает образование равномерной по толщине пленки (3000-4000 об/мин.). Подложки из поликора предварительно обезжиривали кипячением в изопропиловом спирте в течение 10 минут. Размер подложки был 0,8Х0,8 см2. Приготовленный пленкообразующий раствор (0,1 мл) наносили с помощью шприца в центр подложки (подложки предварительно обезжиривали в изопропиловом спирте кипячением в течении 10 мин.). Затем часть полученных образцов выдерживали в термошкафу при Т = 160 °С в течение 30 минут. Далее образцы выдерживали в течение 24 часов для удалении растворителя при комнатной температуре до полного их обесцвечивания. Другую часть образцов в термошкафу не сушили, а только выдерживали на воздухе в течение 24 часов при комнатной температуре.
ИК-отжиг пленок ПАН, ПАН(Со) и ПАН(Си) проводили в ИК-камере
лабораторной установки (рис. 2.1). Источником ИК-излучения служили
галогенные лампы КГ-220 и мощностью 1000 Вт каждая, установленные по
наружной поверхности цилиндрического кварцевого реактора, в который
помещали образец в графитовой кассете. Для обеспечения равномерного
нагрева образца внутренняя поверхность камеры выполнена из нержавеющей
стали. Интенсивность ИК-излучения контролировали по температуре нагрева