Анализ газочувствительных наноструктур с варьируемым типом и концентрацией адсорбционных центров

• Автор: Налимова, Светлана Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДАТЧИКОВ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ
ОБЗОР)
1.1. Физические основы адсорбционных полупроводниковых датчиков
1.2. Электронная теория катализа на полупроводниках
1.3. Основные этапы развития адсорбционных полупроводниковых датчиков
1.4. Мультисенсорные системы типа «электронный нос»
1.5. Управление кислотно-основными и окислительно-восстановительными свойствами сенсорных материалов как способ повышения чувствительности и селективности
1.6. Выводы к главе
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ И СВОЙСТВАМИ АДСОРБЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ СЛОЕВ
2.1. Синтез бинарных и смешанных оксидов металлов методом химического соосаждения из водных растворов солей металлов
2.2. Синтез металлооксидов золь-гель методами из растворов с органическими прекурсорами
2.3. Модель взаимодействия двухкомпонентных оксидов металлов с восстанавливающими газами
2.4. Анализ газочувствительности металлооксидов при взаимодействии с парами ацетона и спиртов

2.5. Фрактальная модель пористых сенсорных материалов

2.6. Выводы к главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДИК ДНА- 80 ГНОСТИКИ ЭНЕРГЕТИКИ И КОНЦЕНТРАЦИИ АДСОРБЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ РАЗНОГО ТИПА
3.1. Количественный анализ донорно-акцепторных центров поверхно- 80 сти методом адсорбции кислотно-основных индикаторов
3.2. Диагностика химического состава поверхности методом рентгенов- 92 ской фотоэлектронной спектроскопии
3.3. Диагностика электрофизических и газочувствительных свойств ме- 103 тодом спектроскопии импеданса в переменной газовой атмосфере
3.4. Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ СЕН- 113 СОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКЕ
4.1. Физические основы явлений при радиационном модифицировании 113 поверхности металлооксидов
4.2. Влияние электронно-лучевой обработки на сенсорные и кислотно- 127 основные свойства металлооксидов
4.3. Возможности использования полученных результатов в других об- 131 ластях науки и техники
4.4. Выводы к главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время полупроводниковые адсорбционные сенсоры на основе оксидов металлов широко востребованы в экологическом мониторинге, медицинской неинвазивной диагностике, экспресс-мониторинге качества продуктов, криминалистике, военном деле, машиностроении, горном деле и других областях. Низкая стоимость и коммерческая доступность этого типа сенсоров определили их широкое практическое использование. В целом, в сенсорике газовых сред наметился круг наиболее актуальных задач, связанных с целенаправленным изменением адсорбционных свойств и каталитической активности нанокристаллических материалов. Это связано с тем, что процесс взаимодействия оксида металла с детектируемым газом является многостадийным и включает как окислительновосстановительные, так и кислотно-основные реакции. Площадь поверхности и микроструктура сенсорного слоя, наличие добавок и примесей, температура, влажность и многие другие факторы определяют характер взаимодействия материала с детектируемым газом. Одним из актуальных требований является повышение газочувствительности адсорбционных сенсоров. В настоящее время наряду с бинарными оксидами металлов исследуются многокомпонентные оксиды, в том числе ферриты. Повышение газочувствительности принципиально возможно при возникновении кооперативного эффекта в результате разделения функциональных свойств по адсорбции и полному окислению восстанавливающих газов на разных поверхностных центрах в многокомпонентных системах. Представляется актуальным развитие модельных представлений о газочувствительных свойствах слоев с фрактальной структурой вблизи порога протекания, а также развитие способов контроля газочувствительных слоев при изменении соотношения между концентрациями центров с различным значением кислотности.
Целью работы являлось развитие модельных представлений о механизмах взаимодействия восстанавливающих газов с оксидами металлов, а также разработка методик анализа поверхностных адсорбционных центров и управления газочувствительностью.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

Рис. 1.12. «Электронный нос» типа КАМЕЧА (Германия): а - внешний вид прибора; б - мультисенсорный чип, состоящий из полупроводниковой оксидной пленки, сегментированной металлическими электродами [76]
Рис. 1.13. Сигналы датчиков, составляющих мультисенсорную систему, нормированные к концентрациям примесей: а - этанола, б - ацетона, в - аммиака в открытом воздухе. Нормирование проведено на величину максимального отклика одного из датчиков системы.