Регистрация / Вход
Прислать материал

Моделирование сенсорных процессов и пространственного и энергетического распределения зарядов в полупроводниковых наночастицах

Докладчик: Трахтенберг Леонид Израйлевич

Должность: гл.н.с, главный научный сотрудник

Цель проекта:
Быстрый рост промышленного производства и его воздействие на окружающую среду обусловливают необходимость разработки высокочувствительных селективных сенсоров для обнаружения различных загрязняющих веществ в атмосфере. Особенно важно иметь возможность определять наличие в атмосфере различных газов, способных оказывать вредное воздействие уже при самых малых их концентрациях в воздухе. Целью работ по проекту является разработка быстродействующих высокоэффективных кондуктометрических сенсорных материалов на основе бинарных смесей полупроводниковых металлоксидов для определения содержания в воздухе малых количеств водорода и аммиака.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения работы должен быть создан научно-технический задел в области создания функциональных наноматериалов для высокоэффективных энергосберегающих сенсоров, разработаны бинарные наноструктурированные полупроводниковые пористые сенсорные материалы, а также наработаны экспериментальные образцы таких материалов и проведены их испытания. Должна быть построена математическая модель электронной структуры полупроводниковых наночастиц различного размера с электронными ловушками на поверхности для разных объёмных плотностей электронов, различной природы и плотности поверхностных электронных ловушек и различных температур. Написана компьютерная программа расчёта электронных свойств полупроводниковых наночастиц. Необходимо построить математические модели проводимости и сенсорных процессов, с учётом электронной проводимости, адсорбции газов, поверхностных химических реакций и электронных процессов для наноструктурированных оксидов с малой и высокой плотностью электронов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые в проекте материалы найдут широкое применение в водородной энергетике, горно-добывающей, химической, пищевой отраслях промышленности, а также на предприятиях МЧС и Министерства обороны РФ.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ научно-технической и патентной литературы, относящийся к созданию сенсорных материалов на основе наноструктурированных полупроводниковых оксидов металлов, а также их электрофизическим и сенсорным свойствам. Проведенный анализ позволил наметить возможные пути решения поставленных в проекте задач, в частности, предложены подходы к разработке математической модели зависимости сенсорной чувствительности на водород от концентрации водорода, температуры и среднего размера наночастиц. Анализ патентного поиска показал, что предлагаемый в данном проекте на основе разрабатываемой математической модели способ получения сенсоров на основе смешанных металлоксидов различной природы, выбираемых в результате сопоставления их электронных и каталитических характеристик, не имеет аналогов и является патентоспособным.
Разработана методика приготовления сенсорных образцов методами аэрозольного напыления и, так называемым, методом трафаретной печати. Наработаны образцы сенсоров SnO2. Проведено тестирование изготовленного ранее в ИХФ РАН макета лабораторной установки для измерения сопротивления образцов в чистом воздухе и в присутствии различных количеств анализируемого газа.