Логин:
Пароль:

Работа №1757
Название работы
Создание высокочувствительных нанокристаллических полупроводниковых газовых сенсоров для мониторинга атмосферы окружающей среды на наличие токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов с целью предотвращения техногенных катастроф
Автор работы
Рудов Федор Валентинович
Дата начала работы Дата окончания работы
2011-06-17 2012-11-26
Аннотация
Цель работы: Разработка технологии, изготовление и испытание экспериментального образца нанокристаллических полупроводниковых газовых сенсоров для мониторинга атмосферы окружающей среды на наличие токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов с целью предотвращения техногенных катастроф. 1. Создание микроминиатюрного газового сенсора на основе нанокристаллических тонких пленок металлооксидных полупроводников (SnO2, WO3 и др.) 2. Исследование влияния режимов работы сенсора на динамику отклика и чувствительность к газам-загрязнителям NO2, CO, H2S, NH3 в диапазоне концентраций от 0,1 до 10 ПДК. 3. Теоретические и экспериментальные исследования динамики отклика сенсоров при скачкообразном изменении концентрации газа 4. Моделирование процессов адсорбции и десорбции газов на поверхности сенсоров при скачкообразном изменении концентрации исследуемых газов 5. Исследование влияния режимов термоциклирования сенсоров (т.е. периодического изменения температуры сенсора) на динамику отклика, чувствительность и селективность к исследуемым газам 6. Исследование эффективности режима работы и алгоритма обработки информации динамического отклика на метрологические характеристики сенсоров
Тип НИР Источник финансирования Объем финансирования Вид работы
ФЦП 1006600 Министерство образования и науки Российской Федерации Фундаментальная
Промежуточный реферат №1
Цель работы - разработка технологии, изготовление и испытание экспериментального образца нанокристаллических полупроводниковых газовых сенсоров для мониторинга атмосферы окружающей среды на наличие токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов с целью предотвращения техногенных катастроф. При проведении первого этапа НИР получены следующие результаты. Выполнен аналитический обзор современного состояния исследований по химическим газовым сенсорам на основе тонких пленок металлооксидных полупроводников. Сформулированы теоретические подходы для описания их характеристик, определено направление экспериментов для достижения поставленных целей.Показано, что при введении примеси золота в объем пленок триоксида вольфрама, полученных методами магнетронного напыления на постоянном токе и ВЧ магнетронного напыления, наблюдается снижение сопротивления пленок в чистом воздухе. Этот эффект обусловлен наличием в пленках, легированных золотом, фазы ?-WO2.72 с пониженной стехиометрией, что приводит к повышению концентрации вакансий кислорода, играющих роль донорных центров. Золото сегрегирует на поверхности микрокристаллов WO3, образуя частицы размером 9 – 15 нм, которые служат катализаторами адсорбции окислительных газов и способствуют увеличению значений отклика сенсоров.Определено, что для создания сенсоров на окислительные газы целесообразно использовать пленки толщиной 150 нм. Определены: времена напыления триоксида вольфрама, оптимальное соотношение SAu/SW,температуры и длительности стабилизирующих отжигов.Изучено влияние толщины пленок, типа и концентрации примесей в объеме диоксида олова на электропроводность и газочувствительные характеристики элементов.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201160486 Дата регистрации ИК: 2011-09-02
Промежуточный реферат №2
Цель работы - разработка технологии, изготовление и испытание экспериментального образца нанокристаллических полупроводниковых газовых сенсоров для мониторинга атмосферы окружающей среды на наличие токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов с целью предотвращения техногенных катастроф. При проведении второго этапа НИР получены следующие результаты. Моделирование процессов адсорбции и десорбции молекул газов на поверхности полупроводниковых сенсоров осуществлено на основе теории адсорбции Ленгмюра и теории Шоттки. Установлена связь между скоростью процессов адсорбции и десорбции проходящими при разных температурах и концентрациях исследуемого газа и энергиями активации реакций адсорбции и десорбции. Экспериментально исследованы электропроводность и динамический отклик на СО, Н2S, NH3 тонких пленок диоксида олова, легированных примесью сурьмы, с нанесенной каталитической платиной в зависимости от рабочей температуры и концентрации газов в воздухе, а также тонких пленок на основе триоксида вольфрама с золотом в качестве катлизатора на NO2. Исследованы динамические характеристики сенсоров (постоянная времени скорости адсорбции/десорбции, энергии активации процессов адсорбции и десорбции молекул газов, амплитуда отклика), установлено, что параметры переходного процесса, возникающие при скачкообразном изменении концентрации, зависят от температуры сенсора и несут информацию о типе и концентрации исследуемого газа. Установленные закономерности удовлетворительно описываются приведенной физико-химической моделью резистивного сенсора.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201162311 Дата регистрации ИК: 2011-11-21
Промежуточный реферат №3
Цель работы - разработка технологии, изготовление и испытание экспериментального образца нанокристаллических полупроводниковых газовых сенсоров для мониторинга атмосферы окружающей среды на наличие токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов с целью предотвращения техногенных катастроф. При проведении третьего этапа НИР получены следующие результаты. Выявлены основные положения для составления модели отклика тонкопленочного сенсора на окислительные и восстановительные газы. Составлена динамическая модель сенсора для импульсной подачи газа. Проведена верификация модели на основе экспериментальных данных для окислительных и восстановительных газов. Моделирование процессов адсорбции и десорбции молекул газов на поверхности полупроводниковых сенсоров проведено на основе теории адсорбции Ленгмюра и теории адсорбции Волькенштейна в предположении, что проводимость пленок определяется областью пространственного заряда и концентрацией свободных электронов в зоне проводимости полупроводника. Применение имитационной модели на основе Марковских процессов позволило удовлетворительно описать экспериментально полученные зависимости отклика сенсора при произвольном изменении температуры. Проведен патентный поиск. ОТЧЕТ О ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ (СТР.49-191)
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201260768 Дата регистрации ИК: 2012-08-09
Заключительный реферат
В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 4 этапу Государственного контракта № 14.740.11.1266 "Создание высокочувствительных нанокристаллических полупроводниковых газовых сенсоров для мониторинга атмосферы окружающей среды на наличие токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов с целью предотвращения техногенных катастроф" (шифр "2011-1.3.2-220-010") от 17 июня 2011 по направлению "Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф" в рамках мероприятия 1.3.2 "Проведение научных исследований целевыми аспирантами", мероприятия 1.3 "Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук и целевыми аспирантами в научно-образовательных центрах", направления 1 "Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий" федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы. Цель работы - разработка технологии, изготовление и испытание экспериментального образца нанокристаллических полупроводниковых газовых сенсоров для мониторинга атмосферы окружающей среды на наличие токсичных, отравляющих и взрывоопасных газов с целью предотвращения техногенных катастроф. При проведении четвертого этапа НИР получены следующие результаты: - установлены закономерности кинетики отклика полупроводниковых газовых сенсоров при импульсной подаче исследуемого газа; - произведен анализ воздействия паров воды на отклик сенсора, показано, что существует взаимное влияние паров воды и диоксида азота – диоксид азота вызывает увеличение чувствительности к влажности и наоборот; - изучены профили проводимость-время различных серий сенсоров в режиме термоциклирования в зависимости от температуры и длительности импульсов в циклах нагрева и охлаждения в чистом воздухе, при воздействии разных восстановительных газов; - разработаны электрическая принципиальная схема и программное обеспечение для управления работой мультисенсорной структуры.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201262482 Дата регистрации ИК: 2012-11-06
Заказчик
Министерство образования и науки Российской Федерации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» Мероприятие 1.3.2. Проведение научных исследований целевыми аспирантами, ГК № 14.740.11.1266 от 17 июня 2011 г.
ГРНТИ УДК Инвентарный номер Госшифр Госконтракт Договор
29.19.16 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Физика тонких пленок. Поверхности и границы раздела. )
29.19.22 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Физика наноструктур. Низкоразмер-ные структуры. Мезоскопические структуры. )
29.19.31 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Полупроводники. )
29.17.15 ( ФИЗИКА. Физика газов и жидкостей. Термо-динамика и статистическая физика. Газы. )
538.97; 585081 2011-1.3.2-220-010/047 14.740.11.1266
Ключевые слова
ГАЗОВЫЕ СЕНСОРЫ, ТОНКИЕ ПЛЕНКИ, ДИОКСИД ОЛОВА, ТРИОКСИД ВОЛЬФРАМА, КАТАЛИЗАТОР, ПРОВОДИМОСТЬ
Предполагаемый результат работы
Отчет
Организации соисполнители
Государственный учет результатов НИОКР в БД РНТД Минобрнауки РФ
Получить полный доступ
Основание к регистрации темы (электронный вариант)
Только для служебного пользования
   
2007 © ОНТИ НУ ТГУ
E-mail: onti@sun.lib.tsu.ru
Тел: 52-76-99