Синтез и физико-химическое исследование высоко-дисперсных порошков и пленочных газовых сенсоров на основе оксидов металлов

• Автор: Накусов, Ахсарбек Таймуразович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 179 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ГЛАВА 1. Кристаллические структуры, полиморфизм и диаграммы фазовых состояний

оксидов кобальта, никеля, кадмия, индия, празеодима и диспрозия.

1.1. Оксиды кобальта и никеля . .

1.2. Оксид кадмия

1.3. Оксид индия.

1.4. Оксиды РЗЭ

ГЛАВА 2. Физикохимические свойства керамики, порошков и тонких пленок на основе СоОх, ИЮ, СЖ, 1П2О3, РгОх и Оу2Оз

2.1. Оксиды кобальта и никеля

2.2. Оксид кадмия
2.3. Оксид индия
2.4. Оксиды РЗЭ
2.5. Классификация, принципы действия и применение газочувствительных датчи
ков. Выбор материала для газовых сенсоров. .
2.6. Электрофизические и сенсорные свойства тонких пленок на основе оксидов ме
Выводы из обзора литературы и формулировка задач исследования.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
ГЛАВА 3. Методы синтеза и исследования
3.1. Методы синтеза порошков и тонких оксидных пленок
3.1.1. Методы синтеза поликристаллических оксидных пленок СоОх, ЬЮ, СЮ, 1пз, РЮХ и Пуз
3.1.2. Метод синтеза порошков.
3.2. Методы исследования синтезированных образцов
3.2.1. Электронномикроскопические методы исследования
3.2.2. Рентгенофазовый анализ
3.2.3. Дифференциальнотермический анализ
3.2.4. Метод исследования элеюрических свойств.
3.2.5. Исследование сенсорных свойств и расчет коэффициентов чувствительности
ГЛАВА 4. Исследование физикохимических свойств пленок на основе оксидов металлов с
переменной валентностью СоОх и ЫЮХ.
4.1. Экспериментальные данные
4.1.1. Первичные частицы, начальные стадии формирования и морфология пленок СоОх и ИЮХ.
4.1.2. Кристаллические структуры и химический состав.
4.1.3. Сопротивление пленок СоОх и ЫЮХ в воздушной атмосфере.
4.1.4. Сенсорные свойства и чувствительность пленок к средам аргона, парам этилового и метилового спиртов.
4.1.5. Физикохимические свойства пленок на основе двухкомпонентных оксидных систем СоОх 8п и ЫЮх 8п
4.1.6. Электропроводность, сенсорные свойства и временные зависимости формирования адсорбционного отклика пленок СоОх8п и МЮх8п к среде аргона
4.2. Анализ результатов эксперимента
ГЛАВА 5. Исследование физикохимических свойств пленок СЮ и 1пз
5.1. Экспериментальные данные.
5.1.1. Первичные частицы, начальные стадии формирования и морфология пленок СсЮ и 1пз синтезированных различными методами.
5.1.2. Кристаллические структуры и химический состав
5.1.3. Электропроводность пленок С и 1пз в воздушной атмосфере
5.1.4. Сенсорные свойства и чувствительность пленок к средам с понижешшм содержанием кислорода, Оз, С2Н5ОН и СНзОН.
5.1.5. Физикохимичсскис свойства пленок на основе двухкомпонентных оксидных систем Сс1пз, 1пз2г и 1пз8п
5.2. Анализ результатов эксперимента.
ГЛАВА 6. Исследование физикохимических свойств пленок на основе оксидов РЗМ РгОх
иБугОз
6.1. Экспериментальные данные.
6.1.1. Морфологические особенности, кристаллические структуры и химический состав порошков и пленок РгОх и ЭугОз.
6.1.2. Электропроводность пленок РЮХ и ОугОз в атмосфере воздуха, сенсорные свойства и чувствительность пленок к средам озона, парам СНзОН и С2Н5ОН.
6.1.3. Физикохимические свойства пленок на основе двухкомпонентных оксидных систем ЭугОзгЮг и ЭугОзРгО
6.2. Анализ результатов эксперимента.
ГЛАВА 7. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Искусственная окись кадмия получается окислением металлического кадмия на воздухе в присутствии водяных паров или окислением его сульфида, а так же в результате термической диссоциации гидрата окиси, карбоната, нитрата или сульфата кадмия . При нагревании до температуры красного каления аморфная СсЮ образует кристаллы кубической системы. Структура кристаллической решетки оксида кадмия кубическая типа ЫаС1. Оксид кадмия полученный, при низких температурах имеет бурый цвет. При прокаливании в интервале температур К оксид кадмия приобретает темнокоричневый цвет со слабым металлическим блеском. К, имеет зеленоватожелтый цвет, при К темносиний. Размеры частиц оксида, прокаленного при 3 К, составляют около 0 , при К А. Разность в теплоте растворения между первой и второй формой оксида кадмия составляет 0 ккал моль . По данным плотность оксида кадмия 8,2 гсм2. Размер элементарной ячейки решетки , составляет 4, А. Так же на основании данных теплоемкость оксида кадмия, равна , калмоль град при 8 К. Теплоемкость оксида кадмия, в зависимости от температуры выражается уравнением Ср 9, 2. Данные о температуре плавления не имеются при атмосферном давлении она возгоняется без плавления. Заметное улетучивание оксида кадмия наблюдается при К. Температура сублимации при атмосферном давлении около К. Теплота сублимации равна ,2 кал. К . Растворимость оксида кадмия в воде составляет 5,1 мольл. Оксид кадмия адсорбирует углекислоту из воздуха и ведет себя как сильное основание. Условия восстановления оксида кадмия углеродом изучались рядом исследователей. Отмечено, что температура начала заметного восстановления оксида в зависимости от вида углерода составляет 3, 3 и К. В работе приводятся данные об исследовании восстановления оксида кадмия древесным углем, измерением количества и проведением анализа состава выделенного при реакции газа. Ниже 3 К создаются условия для окисления кадмия окисью углерода с выделением сажистого углерода. Однако, поскольку при низких температурах реакция протекает медленно, скорость окисления кадмия окисью углерода будет весьма незначительна. Согласно исследованиям авторов , интенсивное восстановление оксида кадмия окисью углерода имеет место при 3 3 К. Начало заметного восстановлешя оксида кадмия водородом отмечается при температуре 3 3 К. Г. Френц исследовала реакцию взаимодействия с сернистым газом при исходном давлении 0 мм. К и продолжительностью мин. В таблице 1. Таблица 1. Взаимодействие окиси кадмия с сернистым газом. К. давления, БОг, мм. Меньшая величина падения давления при К объясняется тем, что при этой температуре образующийся сульфид кадмия испарялся тем самым, увеличивая общее давление в системе. Как видно, при уменьшении температуры на 3 К фазовый состав продуктов реакции изменяется. Оксид кадмия при комнатной температуре медленно реагирует с хлором. СЮ бурно реагирует с хлористой серой при комнатной температуре с выделением тепла. Оксид кадмия легко растворяется в разбавленных кислотах соляной, серной, азотной, уксусной, в растворе сернистого газа, а так же в расплавленных щелочах. Оксид кадмия ядовит. Для человека смертельной дозой является вдыхание в течении I минуты воздуха содержащего мгм3. Авторы работы 2В и считают довольно перспективной изучение системы оксид кадмияоксид индия. Они полагают, что физикохимические свойства данной системы могут оказаться весьма интересными и для научных, и для прикладных целей. Каждый из оксидов в равновесном стационарном состоянии классифицируется как вырожденный пполупроводник с высокой проводимостью полуметаллического типа и поэтому велика вероятность, что их комбинация может дать материалы с новыми перспективными свойствами. Оксид индия ГпОУ. П2О3 порошок желтого цвета. Показатель преломления оксида 2,. Твердость по шкале Мооса 7. Температура плавления оксида К. Он малолетуч, только выше К начинается сублимация с диссоциацией на 1пгО Ог . В вакууме его разложение начинается выше К. Температура кипения К . Оксид не растворим в воде, легко растворяется в минеральных кислотах, если не был, подвергнут сильному и продолжительному прокаливанию.