CC BY
9
(ОСПОРБ-99/2010): Санитарные правила и нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. 2010. - 83 с.
3. Приложение к свидетельству № 5348 об утверждении типа средств измерений. Дозиметры-радиометры МКС-АТ1117М. URL: http://docplayer.ru/25922643-Dozimetr-radiometr-mks-atlll7m.html (дата обращения: 1.05.2018).
УДК 536.46; 666.3-128; 621.382
М.В. Кузнецов
ФГБУ Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (Федеральный центр науки и высоких технологий)
СВОЙСТВА ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ В РЕЖИМЕ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА (СВС) ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ДАТЧИКАХ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ГАЗОВ
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) сложных оксидных материалов сформировался как самостоятельное научное направление в рамках теории и практики процессов горения и современного материаловедения. В данной работе был проведен СВС ряда порошковых композиций простых оксидов с частичным замещением базового металла, а также сложных оксидов, перспективных с точки зрения их использования в качестве датчиков горючих, токсичных, взрывчатых и других потенциально опасных газов.
Ключевые слова: самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), сложные оксиды, замещение, газочувствительность, горючие и другие потенциально опасные газы
М. V. Kuznetsov
PROPERTIES OF OXIDE MATERIALS OBTAINED IN THE MODE OF SELF-PROPAGATING HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS (SHS) FOR USE IN SENSORS OF POTENTIALLY DANGEROUS GASES
Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of complex oxide materials was formed as an independent scientific direction within the theory and practice of combustion processes as well as modern materials science. In present work SHS was carried out in a number of powder compositions of oxides with partial replacement of the base metal, as well as complex oxides, which are promising from the point of view of their usage as a sensors of combustible, toxic, explosive and other potentially dangerous gases.
Keywords: self-propagating high-temperature synthesis (SHS), complex oxides, substitution, gas sensitivity, combustible and other potentially dangerous gases
В работе были исследованы механизмы газочувствительности ряда полупроводниковых оксидов с частичным замещением основного металла на титан. В частности, поведение твердых растворов в системе «железо-титан-кислород» Fe2-xTix03 (х = 0.1-1.4). При х = 0.1 материал был однофазным, тогда как с ростом х в структуре появлялась примесная псевдобрукитная фаза. Следует отметить, что незамещенный оксид железа (III) не проявляет газочувствительности к СО. Однако в оксиде железа-титана данная характеристика была исследована как функция х и имела оптимальные значения в
границах растворимости твердого раствора 5-10 мольн.%. Были обнаружены следующие эффекты: значительная поверхностная сегрегация титана при малых х; замедление роста зерен и образование массивных агломератов с ростом х; и формирование в структуре Ре(П) при больших х. Изменения микроструктуры синтезированного материала были проанализированы с использованием модели Марса-ван Кревелина. Имело место последовательное уменьшение газочувствительности материала с ростом х, связанное, по-видимому, с появлением примесной фазы с ростом х, наличием агломератов в микроструктуре и формированию на поверхности материала электронных ловушек за счет формирования Ре(П). При малых х газочувствительность может быть связана с наличием кооперативных каталитических эффектов на поверхности газочувствительных пленок, а также фаз внедрения Тл, наличие которых также может быть связано с релаксацией кислородной подрешетки.
Порошки Сг2-хИхОЗ (х = 0.2-1.6) также были синтезированы в режиме гетерогенного горения конденсированных систем с дополнительной термообработкой при 800-900°С. Однофазный материал образовывался при х = 0.2 и 0.3, а при х = 0.4 уже имело место появление примесных фаз. При оптимальных концентрациях титана имела место поверхностная сегрегация его атомов. Данные материалы - Crl.8Ti0.2O3 и Crl.7TiO.303 демонстрировали удовлетворительную чувствительность к парам этанола. Материалы, обработанные при 900°С, содержали укрупненные агломераты, которые оказывали существенное влияние на пористость сенсорной пленки. Это приводило к уменьшению электропроводности по сравнению с материалами, отожженными при 800°С. Для всех сенсоров не было отмечено какого-либо существенного влияния влажности атмосферы на их чувствительность к парам этанола, однако эта чувствительность возрастала на 10-20% во влажном воздухе (при 50%-ой влажности). Из полученных результатов можно также сделать вывод о том, что регенерация кислорода на образцах пленок продукта СВС - оксида хрома-титана (на примере Crl.8Ti0.2O3) происходит быстрее в условиях воздействия влажного воздуха, чем в сухом воздухе.
Была исследована газочувствительность мелкодисперсных порошков сложных оксидов, полученных в режиме гетерогенного горения конденсированных систем. Тестовые испытания проведены для следующих порошковых композиций сложных оксидов -продуктов СВС: ВаБпОЗ - (N0); УБеОЗ (ЬаРеОЗ) - (С2Н50Н); СсШе204 -(С2Н50Н; СО; Н2); БгТЮЗ (ВаТЮЗ) - (С02; Н20); УВа2Си307-х - (N0; N02) и др. Газочувствительность шпинельных и орторомбического ферритов (№Ре204, СоРе204, ЬаБеОЗ), а также кубических станнатов никеля-цинка 2п1-х№х8п04 (х = 0; 0.8) была исследована применительно к различным газам - СО, аммиак, этанол, пропан, этан и т.д. при рабочих температурах 350-600°С. Концентрации всех тестированных газов находились в пределах, сравнимых с их концентрациями в естественных условиях, а сами газы были растворены в искусственном воздухе. Все исследованные материалы обладали электропроводностью п-типа для обеспечения газочувствительности при рабочих температурах 350-600°С за исключением ЬаБеОЗ, обладающего электропроводностью р-типа. Все сенсоры демонстрировали удовлетворительную чувствительность к этанолу на уровне ррш, хотя в случае 2п28п04 и 2п1.2№0.88п04 отклики были существенно большими по величине (9-20 ррш) в сравнении с остальными сенсорами - ~2 ррш или менее. Чувствительность этих двух сенсоров к аммиаку в концентрации 50 ррш превышает чувствительность ферритовых сенсоров практически вдвое. Повышенная чувствительность 2п-содержащих сенсоров связана, по-видимому, с открытой и пористой микроструктурой пленок этих сенсоров. Все полученные результаты открывают широкие возможности в области определения взрывоопасных, токсичных и горючих газов.
