Автореферат диссертации (1105626)
Текст из файла
На правах рукописиЧижов Артём СергеевичНанокомпозиты на основеполупроводниковых оксидов металлови квантовых точек CdSe для газовых сенсоровСпециальность 02.00.21 — химия твёрдого телаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата химических наукНаучный руководительд.х.н., профессор Румянцева М.Н.Москва — 2016Работа выполнена на кафедре неорганической химии Химического факультета Московского государственного университета имени М.
В. ЛомоносоваНаучный руководительдоктор химических наук, профессорРумянцева Марина НиколаевнаОфициальные оппонентыРемпель Андрей Андреевичдоктор физико-математических наук,член-корреспондент РАН, профессор,Институт химии твёрдого телаУральского отделенияРоссийской академии наук,заведующий лабораториейнестехиометрических соединенийДобровольский Юрий Анатольевичдоктор химических наук, профессор,Институт проблем химической физикиРоссийской академии наук,заведующий лабораториейионики твёрдого телаВедущая организацияСанкт-Петербургский государственныйэлектротехнический университет«ЛЭТИ» имени В.
И. Ульянова (Ленина)Защита состоится «__» февраля 2017 года в __:00 на заседании диссертационного советаД 501.002.05 по химическим и физико-математическим наукам при Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991 Москва, Ленинские горы, дом1, строение 73 (Лабораторный корпус Б), Факультет наук о материалах, аудитория 235.С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале Фундаментальной библиотеки МГУимени М.В. Ломоносова (119234, Москва, ГСП-1, Ломоносовский проспект, д. 27) и на сайтеФакультета наук о материалах МГУ имени М.В.
Ломоносова (http://www.fnm.msu.ru/).Автореферат разослан «__» декабря 2016 годаУчёный секретарьДиссетационного совета Д 501.002.05кандидат химических наукЕрёмина Е.А.11.Общая характеристика работыАктуальность работы Обнаружение низких концентраций (на уровне миллионных объёмных долей) токсичных газов и паров в воздухе является одной из насущных задач мониторинга окружающей среды. Соответствующая чувствительностьможет быть достигнута, например, при анализе газовой пробы на современных массспектрометрах. Однако реальные задачи требуют, чтобы приборы для выявлениятоксичных газов в атмосфере удовлетворяли, по меньшей мере, следующим условиям:невысокая стоимость и простота конструкции, позволяющая массовое тиражирование;малая масса, для возможности лёгкого перемещения; невысокое энергопотребление,делающее возможным долгую работу от автономных источников энергии; экспрессность, позволяющая производить измерения с достаточной быстротой.
Ясно, что такиедорогие и сложные приборы как масс-спектрометры с такими требованиями не совместимы. Поэтому много усилий направлено на создание портативных газоанализаторов.Большое распространение получили газоанализаторы, в которых чувствительнымэлементом является сенсор резистивного типа. Основу такого сенсора составляет слойполупроводникового оксида металла, изменяющий своё электрическое сопротивлениев зависимости от состава атмосферы.
Однако на пути к созданию миниатюрныхавтономных газоанализаторов на основе сенсоров резистивного типа стоит проблема,связанная с высоким энергопотреблением, поскольку в процессе детектированиягазов необходимо поддерживать температуру чувствительного оксидного слоя науровне нескольких сотен градусов Цельсия. К тому же электрический нагревательныйэлемент сенсора несёт потенциальную взрыво- и пожароопасность.Одним из возможных способов, позволяющих избежать использование нагревачувствительного слоя сенсора является замена теплового воздействия маломощнымсветовым облучением [1]. К настоящему моменту в литературе накоплено большоеколичество сведений о применении такого подхода, причём в качестве подсветкииспользуются в основном источники УФ излучения.
Согласно опубликованным работам, воздействие УФ излучения на чувствительный металлоксидный слой позволяетактивировать процессы детектирования газов и снизить рабочую температуру вплотьдо комнатной. Несмотря на большое число накопленного фактического материала,в данном направлении ещё не до конца выработан общий подход к описанию иобъяснению процессов активации сенсорной чувствительности с помощью света.В настоящей работе исследован новый тип материалов, обладающих газовой чувствительностью при комнатной температуре в условиях облучения светомвидимого диапазона. Материалы представляют собой нанокомпозиты на основенанокристаллических оксидах металлов, на поверхности которых иммобилизованыполупроводниковые квантовые точки. При поглощении фотонов с энергией, существенно меньшей ширины запрещенной зоны оксида металла, в таких материалахпроисходят процессы генерации неравновесных носителей заряда и их переноса2между квантовыми точками и оксидной матрицей.
Роль источника неравновесныхносителей заряда выполняют квантовые точки, которые поглощают свет, переходятв возбуждённое состояние и инжектируют фотовозбуждённые носители заряда воксидную матрицу. Фотовозбуждение квантовых точек может быть вызвано квантамисвета, энергия которых соответствует видимому участку оптического спектра. Такимобразом, квантовые точки выступают в качестве сенсибилизатора, т.
е. обеспечиваютфоточувствительность материала в том диапазоне длин волн, где сама оксиднаяматрица не поглощает излучение. В свете вышесказанного, крайне интересным представляется исследование сенсорных свойств таких сенсибилизированных материалов.Неравновесные фотогенерированные носители заряда в данных системах являютсяпотенциальными участниками многих процессов, которые могут быть ответственныза формирование сенсорного сигнала.
К моменту выполнения работы в литературеотсутствовали данные о подобных исследованиях.Целью настоящей работы является выявление основных закономерностей вовзаимодействии нанокристаллических оксидов металлов, сенсибилизированных квантовыми точками, с газовой фазой при комнатной температуре в условиях облучениясветом видимого диапазона.Для достижения поставленной цели в работе решали следующие задачи:1. Определение условий получения нанокомпозитных материалов на основе нанокристаллических ZnO, SnO2 и In2 O3 , сенсибилизированных к видимому участкуспектра квантовыми точками CdSe.2. Определение состава и структуры синтезированных материалов и распределения в них компонентов.3.
Определение влияния квантовых точек CdSe на фотопроводимость и оптическиесвойства широкозонных оксидов металлов.4. Определение влияния квантовых точек CdSe на взаимодействие широкозонныхоксидов металлов с газовой фазой при активации видимым светом, установлениевзаимосвязи между сенсорными свойствами и физико-химическими характеристиками материалов.Объектами исследования являются порошки и толстые плёнки нанокристаллических оксидов ZnO, SnO2 , In2 O3 , а также нанокомпозитов на основе указанных оксидови квантовых точек (КТ или QD, Quantum dots) CdSe.Научная новизна В работе впервые синтезированы нанокомпозитные сенсорныематериалы на основе нанокристаллических ZnO, SnO2 , In2 O3 и квантовых точек CdSe.Проведено систематическое исследование взаимосвязи между условиями синтеза,3составом, фотоэлектрическими и газочувствительными свойствами нанокомпозитов.Для нанокомпозитов на основе In2 O3 и ZnO впервые продемонстрирована корреляциямежду спектральной зависимостью фотопроводимости и оптического поглощения.Впервые показано, что нанокомпозиты MOx /QD_CdSe могут быть использованыдля детектирования NO2 в воздухе на уровне ПДК, при комнатной температуреи подсветке маломощным источником видимого излучения.
Предложена модельформирования сенсорного сигнала, основанная на преставлениях о взаимодействиифотовозбуждённых носителей заряда с хемосорбированными молекулами газов наповерхности оксидной матрицы.Практическая значимость работы Создан лабораторный прототип газовогосенсора, позволяющий детектировать NO2 в воздухе на уровне ПДК при комнатнойтемпературе и подсветке маломощным светодиодом видимого излучения (λmax =530 нм).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
