Наноструктурная инженерия металлооксидных наноматериалов, предназначенных для использования в сенсорных технологиях

Настоящий Проект посвящен наноструктурной инженерия металлооксидных наноматериалов для сенсорных приложений, а также разработке моделей, объясняющих роль структурного фактора в формировании параметров газовых сенсоров хеморезистивного типа, созданных на основе такого рода материалов, и позволяющих сформировать критерии выбора оптимальной структуры с точки зрения величины сенсорного отклика и быстродействия. Актуальность данных исследований связана с тем, что свойства многих приборов, включая газовые сенсоры, контролируются структурными свойствами материалов, используемых для их производства. В частности, чувствительность и быстродействие газовых сенсоров хеморезистивного и потенциометрического типа на основе широкозонных металлооксидов зависят от толщины газочувствительного слоя (пленки), размера кристаллитов, размера пор, площади межкристаллитных барьеров, стехиометрии и поверхностной архитектуры кристаллитов. При этом для достижения приемлемых параметров сенсоров необходимо, чтобы пленки имели малый размер зерна, большую концентрацию пор различного размера и ранга (макро-, мезо- и микропор), низкую плотность поверхностных состояний, поверхностную архитектуру, обеспечивающую эффективное взаимодействие с детектируемым газом и быстрый электронный обмен между адсорбированными частицами и зоной проводимости и т.д. К сожалению, в настоящее время не существует методов, позволяющих целенаправленно оптимизировать все требуемые параметры газочувствительного материала. А это означает, что материалы, используемые при изготовлении приборов, как правило, не обладают полным набором параметров, оптимальных для данного применения. Поэтому, если удастся разработать технологии, позволяющие оптимизировать конкретный структурный параметр металлооксидных материалов, то появятся дополнительные возможности для улучшения характеристик сенсоров, таких как чувствительность, быстродействие и стабильность. Необходимо подчеркнуть, что указанная проблема свойственна всем приборам, разрабатываемым на основе металлооксидов, и потому результаты, полученных в ходе выполнения Проекта, будут полезны при изготовлении всех типов приборов, основанных на металлооксидных материалах. Основным задачами, решению которых будет посвящен Проект, являются: 1. Разработка новых методов и подходов синтеза металлоксидных наноматериалов (нанокомпозитов SiO2-MexOy, где Me -Zn, Sn), позволяющих обеспечить контроль требуемых структурных параметров, включая размер кристаллитов (зерен), пористость (концентрацию макро-, мезо- и микропор), а также площадь межкристаллических барьеров. 2. Комплексное исследование полученных наноматериалов современными методами нанодиагностики (включая атомно-силовую микроскопию, растровую электронную микроскопию, ИК-спектроскопию, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию и др.) для установления влияния структурных параметров на газочувствительность и быстродействие чувствительных элементов газовых сенсоров, созданных на основе такого рода материалов. 3. Изготовление экспериментальных образцов чувствительных элементов газовых сенсоров хеморезистивного типа на основе металлооксидных наноматериалов с управляемыми структурными параметрами, по своим характеристикам (включая газочувствительность и быстродействие) не уступающих и превосходящих известные мировые аналоги. 4. Разработка моделей, объясняющих роль структурного фактора в формировании параметров газовых сенсоров, созданных на основе металлоксидных наноматериалов (ZnO, SnO2 и нанокомпозитов SiO2-MexOy, где Me -Zn, Sn). Решение поставленных задач задаст не только важный базис в области наноструктурной инженерии металлооксидных наноматериалов для сенсорных приложений, но и имеет реальное практическое приложение в виде возможного создания высокочувствительных и быстродействующих газовых сенсоров.