Влияние состава чувствительного слоя, условий синтеза и микроструктуры на селективность и эффективность нанокомпозитных кондуктометрических сенсоров

Проект направлен на решение важной научной и практической задачи: выяснению условий получения высокоэффективных сенсорных материалов, предназначенных для мониторинга окружающей среды с целью обнаружения и контроля в атмосфере вредных и взрывоопасных веществ. Кондуктометрические сенсоры, содержащие в качестве чувствительного слоя металлоксидную пленку, в настоящее время являются наиболее распространенным средством детектирования различных химических соединений в газовой фазе благодаря превосходным сенсорным характеристикам: быстрому отклику и времени восстановления, а также высокой чувствительности. Однако плохая селективность является одной из самых серьезных проблем при определении гомогенных газов, что связано с перекрестной чувствительностью. Фактором, определяющим селективность сенсорного отклика, является преимущественная адсорбция детектируемого соединения на поверхности сенсора, которая зависит от природы этого соединения и структуры полупроводникового чувствительного слоя. В данном проекте планируется исследования селективности и интенсивности сенсорного отклика при детектировании угарного газа в смеси с водородом в сенсорах на основе оксидов металлов с особым акцентом на гетеропереходы. Предполагается, что гетеропереход может эффективно улучшить чувствительность к газам, обеспечивая высокую удельную площадь поверхности и большее количество мест адсорбции кислорода. В целях выполнения проекта будут синтезированы сенсорные материалы на основе оксида индия, являющийся оксидом n-типа, с добавками оксида кобальта, обладающий p-типом проводимости. Интересным явлением, которое может произойти при использовании комбинации материалов n-типа и p-типа, является p-n-переключение сопротивления в восстановительном газе по мере добавления в сенсорный слой оксида p-типа, что будет влиять на селективность за счет предпочтительной адсорбции. Особое внимание будет уделено взаимосвязи между составом чувствительного слоя, условиями синтеза, структурой материала и сенсорными свойствами, такими как сенсорный отклик, селективность, время отклика и восстановления. Для синтезированных материалов будут проведены комплексные исследования структуры рентгеновским и электронно-микроскопическим методами. Для определения фазового состояния композита будут использованы методы рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии, содержание ионов металлов в наночастицах композита будет определяться с помощью рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии. Электронная структура композитов будет охарактеризована с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, позволяющей выяснить особенности электронного состояния, как ионов металлов, так и кислородных ионов. Сенсорные свойства композитов и их проводимость будут исследованы на специальной высокочувствительной установке, позволяющей определять сенсорный отклик и время его достижения и характеризующейся малым временем срабатывания. Результаты работ по проекту позволят найти оптимальные пути получения высокоэффективных сенсоров для селективного детектирования гомогенных газов.