Автореферат диссертации (1105626), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Потребление мощности светодиодом составило 1 мВт.Достоверность результатов При определении состава, структуры и свойств материалов использован комплекс взаимодополняющих методов. Достоверность информации о величине сенсорного сигнала подтверждена многократными воспроизводимымиизмерениями, проведёнными с использованием аттестованных газовых смесей. Исследования газочувствительных свойств каждого из нанокомпозитов проводили не менеечем на 10–20 различных сенсорах.Основные положения, выносимые на защиту1. Методика воспроизводимого синтеза нанокомпозитных сенсорных материаловна основе нанокристаллических ZnO, SnO2 , In2 O3 и квантовых точек CdSe.2.
Результаты комплексного исследования влияния квантовых точек CdSe нафотопроводимость нанокомпозитов MOx /QD_CdSe, MOx – ZnO, SnO2 , In2 O3 .3. Результаты комплексного исследования влияния квантовых точек CdSe насенсорные свойства нанокомпозитов MOx /QD_CdSe, MOx – ZnO, SnO2 , In2 O3 кNO2 при комнатной температуре и подсветке.4. Модель формирования сенсорного отклика нанокомпозитов MOx /QD_CdSe(MOx – ZnO, SnO2 , In2 O3 ) по отношению к NO2 в воздухе, при комнатной температуре и подсветке.Личный вклад автора В основу диссертации положены результаты исследований,проведённых непосредственно автором в период 2012—2015 гг в лаборатории химиии физики полупроводниковых и сенсорных материалов Химического факультетаМГУ имени М.В. Ломоносова.
Автором проведён критический анализ литературных4данных, а также синтезированы все исследованные в настоящей работе образцы.Лично автором выполнено определение удельной площади поверхности порошковнанокристаллических оксидов; проведено исследование оптических свойств образцовв видимом и ИК диапазонах; определён состав нанокомпозитов методом рентгенофлуоресцентного анализа; исследована стационарная фотопроводимость образцов икинетика релаксации фотопроводимости; исследованы газочувствительные свойстваобразцов. Ряд инструментальных исследований выполнен при участии к.
ф.-м. н.Дроздова К. А. (спектральная зависимость фотопроводимости нанокомпозитов),к. х. н. Абакумова А.М. (электронная микроскопия), к. х. н. Филатовой Д. Г.(определение состава нанокомпозитов методом ICP-MS), к. х. н. Козловского В. Ф.(рентгеновская дифракция), к. х. н. Шаталовой Т. Б. (термический анализ). Вбольшинстве случаев автор лично проводил подготовку образцов к измерениям, атакже самостоятельно анализировал и интерпретировал полученные данные.Работа выполнена в рамках проектов РФФИ 12–03–00524а, 15–03–03026а;ГК № 11.519.11.6047 («Создание фото и газочувствительных нанокомпозитов на основе нанокристаллических полупроводниковых оксидов, сенсибилизированных квантовыми точками А2В6»), совместного проекта с LG Electronics («Разработка прототиповсенсоров газов для детектирования газов в воздухе при комнатной температуре (безнагревания)»).Апробация работы Основные результаты работы были представлены на 9 конференциях: «CIMTEC 2016 — 5th International Conference on Smart and multifunctionalmaterials, structures and systems» (Италия, 2016); «9th Workshop on SemiconductorGas Sensors», (Польша, 2015); «II Байкальский материаловедческий форум», (Россия,2015); «4th GOSPEL Workshop on Gas sensors based on semiconducting metal oxides:basic understanding and applications», (Германия, 2015); «Ломоносов» (Москва, 2014–2015 г); II Всероссийская конференция «Экологобезопасные и ресурсо-сберегающиетехнологии и материалы» (Россия, 2014); IV конференция молодых учёных по общейи неорганической химии (ИОНХ РАН, Москва, 2014); «XII International Conference onNanostructured Materials (NANO 2014)», (Москва, 2014); «CIMTEC 2014 — 6th Forumon New Materials» (Италия, 2014).Публикации Результаты работы изложены в 5 статьях в рецензируемых научныхжурналах, а также тезисах 6 докладов на конференциях.Объём и структура работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, заключения, выводови списка литературы.
Работа изложена на 140 страницах, содержит 89 рисунков,7 таблиц, 121 ссылку на литературные источники.52.Содержание работы2.1.ВведениеВо введении обоснована актуальность темы, поставлена цель, сформулировананаучная новизна и практическая значимость исследования.2.2.Литературный обзорЛитературный обзор состоит из трёх разделов. В первом разделе рассмотрены общие принципы функционирования полупроводниковых газовых сенсоров иперспективы применения фотоактивации для улучшения рабочих параметров газовыхсенсоров.
Второй раздел посвящён обзору основных физико-химических свойстввыбранных в качестве объектов исследования оксидов — SnO2 , In2 O3 и ZnO. Рассматривается кристаллическая структура данных оксидов и возникающие в ней дефекты,оптические свойства, зонная структура. Существенное внимание уделено обзоруданных по фотопроводимости выбранных оксидов и её зависимости от состава газовойфазы.
В третьем разделе кратко изложены основные подходы к сенсибилизацииполупроводников. Сделан акцент на сенсибилизации оксидов металлов полупроводниковыми квантовыми точками, и рассмотрены основные вопросы, касающиеся даннойтематики: способы синтеза квантовых точек и сенсибилизированных материалов, атакже модель фотоиндуцированного переноса носителей заряда в носителей зарядав данных системах. Раздел завершается сведениями о влиянии квантовых точек нафотопроводимость широкозонных оксидов металлов.2.3.2.3.1.Экспериментальная частьСинтез нанокристаллических ZnO, SnO2 , In2 O3Нанокристаллические оксиды металлов синтезировали методом осаждения изводных растворов соответствующих растворимых солей с использованием NH3 · H2 Oили NH4 HCO3 .Полученные из водного раствора осадки отделяли на центрифуге, промывалиот примесей деионизованной водой, высушивали, и отжигали при 300◦ C на воздухе втечение 24 ч.2.3.2.Синтез квантовых точек CdSeНанокристаллы CdSe получали методом высокотемпературного коллоидногосинтеза в некоординирующем растворителе.
В качестве источника кадмия использова-6ли олеат кадмия, в качестве источника селена — TOPSe (три-н-октилфосфинселенидв качестве стабилизатора — олеиновую кислоту.Синтез проводили при 230◦ C в инертной атмосфере (Ar) в течение 35 с.Полученные нанокристаллы CdSe выделяли из реакционной смеси при добавленииацетона и отделяли центрифугированием при 5000 об/мин.Для получения золей, устойчивых в водной среде, к золю нанокристалловCdSe в гексане по каплям добавляли 1%-ный раствор 3-меркаптопропионовой кислоты(MPA) в ацетоне.
Полученную смесь выдерживали в течение 2 ч при периодическомперемешивании, затем выпавшие в осадок нанокристаллы отделяли на центрифугепри 3000 об/мин, промывали этиловым спиртом и диспергировали в водном 0.05 %ном растворе NaOH (pH=12) на ультразвуковой ванне. Перед использованием полученный золь снова подвергали центрифугированию при 3000 об/мин для отделениянебольшого количества возникающего осадка.2.3.3.Синтез нанокомпозитов MOx /QD_CdSe (MOx =ZnO, SnO2 , In2 O3 )В настоящей работе исследовано шесть типов нанокомпозитов, синтезированных на основе трёх оксидных матриц (ZnO, SnO2 , In2 O3 ) с использованием золейнанокристаллов CdSe в полярной и неполярной фазах.
Обозначение нанокомпозитовприведено в таблице 1.Таблица 1ЗольQD_CdSe(ole)QD_CdSe(MPA)Обозначения синтезированных нанокомпозитовZnOZnO/QD_CdSe(ole)ZnO/QD_CdSe(MPA)МатрицаSnO2SnO2/ QD_CdSe(ole)SnO2/ QD_CdSe(MPA)In2 O3In2 O3/ QD_CdSe(ole)In2 O3/ QD_CdSe(MPA)Для определения элементного состава, измерения оптических спектров и исследования методом электронной микроскопии нанокомпозиты готовили следующимобразом: к навеске соответствующего оксида металла массой 0.05 г добавляли 5 млзоля нанокристаллов CdSe с их концентрацией 5 · 10−4 моль/л. Полученную смесьвыдерживали 24 ч при периодическом встряхивании, затем отделяли нанокомпозитот жидкости центрифугированием, промывали и высушивали при 50◦ C на воздухе.Для исследования фотопроводимости и сенсорных свойств нанокомпозитовпредварительно сформированную толстую проводящую плёнку соответствующегооксида металла погружали в золь CdSe на 24 ч, затем смывали избыток золяи высушивали при 50◦ C на воздухе.
Толстые плёнки изготавливали следующимобразом: навеску нанокристаллического оксида металла смешивали с α-терпениолом,растирали в ступке до пастообразного состояния и полученную смесь переносили надиэлектрическую подложку с платиновыми контактами, которая являлась частью измерительного чипа.
Формирование проводящего слоя происходило при отжиге плёнки7на воздухе при 300◦ C в течение 24 ч. При данном методе синтеза нанокомпозитовсодержание в них CdSe контролировали с помощью рентгенофлуоресцентного анализа,проводя измерения непосредственно на плёнках, нанесённых на измерительный чип.Отклонение массового содержения CdSe в плёнках от значений, полученных дляпорошков методом ICP-MS, составляло не более ±10%.2.3.4.Методы исследованияСостав и структура материалов Для определения состава и структуры материалов использовали методы рентгеновской дифракции; низкотемпературной адсорбцииазота; темнопольной просвечивающей растровой электронной микроскопии, полученной в электронах с большими углами рассеяния; энергодисперсионной рентгеновскойспектроскопии в режиме картирования; масс-спектрометрии с индуктивно-связаннойплазмой.
Для получения информации о гидратно-гидроксильном слое на поверхности оксидов металлов использовали термогравиметрический анализ, совмещённый смасс-спектрометрическим определением состава газообразных продуктов разложенияпробы и спектроскопию поглощения в ИК диапазоне.Фотопроводимость и оптические свойства материалов Кинетику нарастанияи спада фотопроводимости изучали при возбуждении светодиодом с λmax = 530 нм.Измерения проводили при комнатной температуре, в потоке сухого воздуха.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
