Анализ состояния проблемы и выбор направления исследований

Объект исследования - проводящие полимер-матричные композиты, представляющие собой полимерные матрицы с проводящей дисперсной фазой в виде наночастиц металлов (золота, платины, палладия) и наночастиц оксида олова и оксида цинка. Цель исследования - разработка методик синтеза наночастиц металлов (золота, платины, палладия) и полупроводниковых оксидов (олова, цинка) при их концентрациях в полимерной матрице вблизи порога перколяции, предназначенных для получения полимер-матричных композитных газочувствительных материалов для детектирования Н₂,С₂Н₅ОН и NH₃. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по методам получения и газочувствительным характеристикам полимер-матричных композитных хеморезистивных сенсоров. Детально описаны выбранные направления исследований по разработке методов синтеза наночастиц металлов, полупроводниковых оксидов, а также методов функционализации поверхности наночастиц, обеспечивающей селективную чувствительность к газам-аналитам. Проведены подготовка и отладка оборудования, необходимого для синтеза наночастиц металлов и оксидов. Выполнены подготовка и отладка оборудования для анализа свойств индивидуальных наночастиц размером от 2 до 20 нм и свойств полимер-композитов с концентрацией наночастиц вблизи порога перколяции. Подготовлен отчет о патентных исследованиях по теме «Разработка нанокомпозитных материалов на основе органических полимерных матриц для создания на их основе газовых мультисенсоров типа "электронный нос"». Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели разрабатываемых полимер-матричных композитных хеморезистивных сенсоров ожидаются на уровне лучших достижений в данной области согласно проведенным обзорам и будут достигнуты комбинацией сенсорной матрицы (e-nose) с дополнительными элементами. Композитные хеморезистивные сенсоры на основе полимеров и наночастиц являются хорошими кандидатами для достижения этой цели, так как они химически стабильны, стойки к загрязнениям, работают при низкой температуре и недороги. Изготовление сенсорной матрицы будет производиться с использованием печати различными чернилами с высоким сродством к тем или иным аналитам, что позволит получать матрицы сенсоров, способных различать множество газов и их смесей. Принимая во внимание возможность гибкой вариации состава полимерных композитов и относительную простоту изготовления газовых сенсоров на их основе (с применением аддитивных технологий) в сочетании с возможностью работы таких сенсоров при умеренной температуре, можно ожидать широкую область применения разрабатываемых сенсоров типа «электронный нос» для экологического мониторинга, предупреждений аварий и пожаров, контроля качества продуктов питания, мониторинга состояния здоровья человека по составу выдыхаемого воздуха. Возможными потребителями данных изделий являются службы экологического мониторинга, МЧС, предприятия железнодорожного и авиационного транспорта, пищевой промышленности, медицинские учреждения. Результаты работы планируется использовать на российских и зарубежных предприятиях, производящих газоаналитическое оборудование: НПО «Аналитприбор», г. Смоленск; ФГУП НПП «Дельта», г. Москва; НПО «Авангард», г. Санкт-Петербург; НПО «Старт», Пензенская обл.; ООО «Практик-НЦ», г. Зеленоград, Москва; EADS, Германия; Optoelectronica Italia, Италия, а также на других российских и зарубежных предприятиях.