Отзыв оппонента 2 (Многокомпонентные оксидные наноматериалы с фрактальной структурой для чувствительных элементов адсорбционных сенсоров)

отзывофициального оппонентана диссертацию Карманова Андрея Андреевича на тему<<Многокомпонентные оксидные наноматериалы с фрактальнойструктурой для чувствительных элементов адсорбционных сенсо ров>>,представленную на соискание уrеной степени кандидата физикоматематических наук по специаJIьности 01.04.10 - Физика полупроводниковРазвитие рынка отечественных химических датчиков в настоящее BpeMlIявляется актуаJIьными перспективным направлением.

Основу таких сенсорныхсистем составляют, как шравило, широкозонные полупроводниковые оксиды(например, SnO2, ZпО, TiOz, IпzОз и т.д.), а также многокомпонентные оксидные соединения на их основе, обладающие уникzLJIъными электрофизическими,каталитическими, адсорбционными, оптическими, магнитными и другимисвойствами.

В направлении использоваIiия пористых оксидных наноматериаловв качестве адсорбционных датчиков хиI\{ического состава имеется хороший научно*технический задел, в том числе и в нашей стране. Несмотря FIa это, до сихгIор остается ряд нерешенных проблем, связанных с управлением их чувствительностью, селективностыо и термодинамической стабилъностъю электрофизических свойств.flиссертационная работа Карманова А.А. направлена на поиск многокомпонентных оксидных наноматериалов с фрактальной структурой и разработкучувствительных элементов адсорбционных сенсоров хеморезистивного типа,которые могут использоваться при нормальном давлении в качестве газовыхсенсоров, а при пониженном в качестве вакуумметров, что представляет науч-ный и практический интерес и деJIает тему диссер,гационной работы актуальной.!ля достижения поставленной цели автор диссертации решал следующиеосновные ноуt1l1о-rехнические задачи:- разработка методики получения многокомпонентных оксидных нанома-териалов с фрактальной структурой для чувствительных эJIементов адсорбционных сенсоров хеморезистивного типа,- моделирование электрофизических, адсорбционных и сенсорных свойствмногокомпонентных оксидных наноматериалов с фрактальной структурой;- установление взаимосвязи между качественным и количественным составом чувствительных элементов адсорбционных сенсоров хеморезистивноготипа на основе многокомпонентных оксидных наноматериаJIов и их морфологией, структурой, электрофизическими, адсорбционными и сенсорными свой-ствами;- оценка возможности применения многокомгIонентных оксидных нанома-териалов с фрактальной структурой в качестве чувствительных элементов датчиков вакуума;_ разработка способа исследования процессов самоорганизации,ПроТе-кающих при формировании фрактальIJых агрегатов в золь-гелъ сисТеМах.объектами исследований выбраны многокомпонентные оксидные наноматериЕuIы с фрактальной структурой оостава SiOz-MerOy, SiO2-Me*lOrl,Me"zOyz,SiOz-Me*rOy,l-...

N{e*,,,O},rn l где VIе,lОч1... N4e*nOl,n - широкозонные полупроводниковые оксидЫ п- и р-тИпа электРопроводНостИ (включаЯ SnO2, Iп2Оз, ZпО), m- порядковый номер молификатора).на этапе решения поставлеIiных задач автороN.,1 проведен большой объемтеоретических и экспериментальных исследований, и полученЫ следующиезначимые результаты:- разработана методика синтеза многокомпонентных оксидных наноматериаJIовдля чувствительных элементов адсорбционных сенсоров хеморезистивного типа, ключевой особенностью, которой является технологический контроль процесса формирования наноматериалов на различных стадиях синтеза за счет исполъзования современных аналитических методов;- установлена взаимосвязь между качестВенныI\{ и количественным составомчувствительных элементов адсорбционных хеN{орезистивных сенсороВ и иХморфологией, структурой, электрофизическими, адсорбционныN4и и сенсорными свойствами;- разработан способ определения концентрации и среднего размера наночастицв золь-гель системах по данным Ик-спектроскопии и резулътатам решенияпроуравнения Смолуховского с учетом реакций совместной поликонденсациидуктов гидролиза;- предложено использоватъ многокомпонеtIтные оксидные наноматериалы наоснове SiO2-Snor-Me*Or, синтезируемых золь-геJIъ методом, в качестве чувствителъных эJIемеНтов датЧикоВ вакуума; установлено, что изменение их электрофизиЧескиХ свойств зависиТ от типа образовавшейся структуры (сферической, лабиринтной, перколяционной сетчатой) и массовой доли легирующихкомпонентов;- экстrериментаJIьно доказано, что десорбция паров воды приводит к увеличению сопротивления чувствитеJIьных элементов датчиков вакуума, а десорбцияпричем IIредопреде_углекислого г€ва и кислорода приводит к его уменьшению,ляющеевлияниеоказываеткислород,ов форме"2,- разработана динамическая модель газочувствительности, учитывающая молекулярную и кнудсеновскую диффузию газов-восстановителей иlили окислителей в пористых пленках на основе многокомпонентных оксидных наноматериа-лов с фрактальной структурой;- разработаны математические модели, учитываюLцие связь фракталъного типаструктурной организации многокомпонентных оксидных наноматериалов с ихэлектрофизическими и сенсорными свойствами, которые применимы для моделирования чувствителъных эпементов газовых и вакуумных сенсоров.Оценка содержания диссертации.

,.Щиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 2|0 наименований, содер}кит 208 страниц машинописного текста, 94 иллюстрации и 11 таблиц.Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, обозначены задачи исследованшй, дан анализ научной новизны полученных результатов и их практической значимости, сформулированы положениL выносимые на заLциту.В первой главе на основании аналитического обзора научных публикацийпо теме диссертации рассмотрены особенности синтеза одно- и двухкомпонентных оксидных наноматериалов из пленкообразующих золей на основе алкоксисоединений кремния в paN,IKax золь-гель технологии. Обозначены основные принципы анализа и моделирования свойств таких материалов с точки зрения теории фракталов, рассмотрены особенности их использования в качествечувствительных элементов адсорбционных сенсоров хеморезистивного типа,используемьlхпри нормальномдавлении в качестве датчиков газа и чувстви-тельных элементов вакуумметров.

Сформулированы выводы, на основании которых поставлены основные задачи диссертационной работы.Во второй главе рассмотрена методика золь-гель технологии синтеза мно-гокомпонентных оксидных наноматериалов с фрактальной структурой. YIeToдом ИК-спектроскопии исследован качественный и количественный составпленкообразующих золей ортокремневой кислоты, в том числе содержащихмодифицирующие соединения.Представлены результаты исследования количественного состава двухкомпонентных оксидных систем на основе Sioz-Sno2, прещставJUIющих собоЙтонкие пJIенки на поверхности подложек из окисленного монокристаJIлического кремния, и трехкOмпонентных пленкообразующих золей на основе SiO2SnOz-ZnO с постоянным содержанием диокаида кремния 60 масс.O/о и переменной массовой допей диоксида олова и оксида цинка.

Установлены корреляционные зависимости, связывающие коэффициент пропускания ИК-изл}чениячерез исследуемые материаJIы и массовую долю диоксида оJIова.В третьей главе изJIожен оригинаJIъный способ определениJI концентрациии среднего размера наночастиц в пленкообразующих золях ортокремневой ки-слоты по данным ИК-спектроскопии и результатам решения уравнения СмолУховского с у{етом реакций совместной поликонденсации продуктов ГиДроЛИЗапленкообразующих золей в золь-гель системах. Проведена его верифиКаЦИЯ.Получены зависимости, связывающие концентрацию и средниЙ размер НанОчастиц в пленкообразуюrцих золях ортокремневой кислоты и коэффиЦиеНТ ПРОпускания на шике поглоrцения 965 cM-l.Рассмотрено использование многокомпонентных оксидных наноматериалов в качестве чувствительных элементов датчиков вакуума.

Установлено, чТов основе их работы лежит десорбция остаточных газов, а именно COz, О2, Н2О.Использование вместо двухкомпонеFIтных оксидных наноматериалов на основеSiOz-SnO2 трехкомпонентных на основе SiOz-SnO2-N4e"Ou (где Ме - атомы dметаплов, непример, In, Zпи т.д.) открывает большие возможности по упраВле-нию характеристиками вакуумметров. Разработана конструкция датчикОВВа-куума при реализации в корпусном и тонкопленочном исполнении,реализациякоторой возможна с помощью ЗD печати.В четвертой главе тrриведены результаты моделирования электрофиЗическихи сенсорных характеристик адсорбшионных сенсоров хеморезистивного ТИПа наоснове многокомпонентных оксидных наноматериапов с фрактальнОЙ СТРУКТУрой. Представлена динамическая моделъ газочувствительности, учитываюrцаямолекулярную и кнудсеновскую диффузию газов-восстановителей иlиllи окислителей в порах наноматериала.

Разработанная модель позволяет прогнозировать динамику сеЕсорного отклика чувствительных элементов адсорбционныхсенсоров хеморезистивного типа при воздействии на них газов, как с постоянной конЦентрацией, таК и прИ её изменении с постоянной скоростъIо.

Следуетотметить, что данная модель справедлива только при нормальном давлении, иее использование при давлениях ниже атмосферного не представляется возможным. .щля уточнения динамической модели сенсорного отклика с )л{етомфрактальной структуры пленок и механизмов взаимодействия газоввосстановителей и окислителей с чувствительными элементами сенсоров создана математическая модель, основанная на анаJIизе поверхностных реакций,протекающих при взаимодействии анаJIизируемых газов с наноматериыIом, коToparl использОвана для опиСаниЯ температурной зависимости проводимости.предложена также математическая модель сенсорного отклика вакуумметров С чувствительными элементами на основе многокомпонентных оксидныхс фрактальноЙ структуроЙ.