CC BY
23
12. Hesaraki S., Borhan S., Zamanian A., Hafezi-Ardakan M. Rheological properties and injectability of p-tricalcium phosphate-hyaluronic acid/polyethylene glycol composites used for the treatment of vesicoureteral reflux // Advances in Biomedical Engineering Research. 2013. Vol. 1, Iss. 3. Р. 40-44.
13. Rabiee S. M., Baseri H. Prediction of the setting properties of calcium phosphate bone cement // Computational Intelligence and Neuroscience. 2012.Vol. 2012. 8 p.
14. Jo S., Park K. Surface modification using silanated poly(ethylene glycol)s // Biomaterials. 2000. Vol. 21, no. 6. P. 605-616.
15. Effect of PEG amount in amorphous calcium phosphate on its crystallized products / S. Liu et al. // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2009. Vol. 20, no. 1. P. 359-363.
16. Баринов С. М. Керамические и композиционные материалы на основе фосфатов кальция для медицины // Успехи химии. 2010. Т. 79, № 1. С. 15-32.
Сведения об авторах
Грищенко Дина Николаевна
кандидат химических наук, ФГБУН Институт химии ДВО РАН [email protected] Медков Михаил Азарьевич
доктор химических наук, ФГБУН Институт химии ДВО РАН, г [email protected]
Grishchenko Dina Nikolaevna
PhD (Chemistry), Institute of Chemistry of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia
Medkov Mihail Azar'evich
Dr. Sc. (Chemistry), Institute of Chemistry of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.531 -534 УДК 544.1
ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ ЙОДИДА КАДМИЯ НА СЕНСОРНЫЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК PbS К ДИОКСИДУ АЗОТА
А. Е. Бездетнова1, Ю. Г. Шашмурин1, А. С. Франц1, В. Ф. Марков12, Л. Н. Маскаева1,2
1 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия
2 Уральский институт ГПС МЧС России, г. Екатеринбург, Россия Аннотация
Исследована возможность создания и использования сенсорного элемента для определения диоксида азота на основе тонкой полупроводниковой пленки PbS, синтезированного с легированием солью йодида кадмия. В качестве отклика сенсорных элементов к диоксиду азота использовалось изменение омического сопротивления. Установлена возможность многоразового использования в связи с релаксацией плёнок. Ключевые слова:
химические сенсоры, халькогениды металлов, диоксид азота, сульфид свинца, тонкие пленки.
THE INFLUENCE OF ALLOYING ADDITIVE OF CADMIUM IODIDUM ON SENSORY PROPERTIES OF PbS THIN FILMS TO NITROGEN DIOXIDE
A. E. Bezdetnova1, Yu. G. Shashmurin1, A. S. Franz1, V. F. Markov12, L. N. Maskayeva12
1 Ural Federal University Named after the First President of Russia B. N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia
2 Ural Institute of GPS Emercom of Russia, Yekaterinburg, Russia
Abstract
The possibility of creation and use of a sensor element for nitrogen dioxide definition on the basis of a thin semiconductor film of PbS synthesized by doping cadmium iodidum salt, has been investigated. As a response of sensor elements to nitrogen dioxide, a change in ohmic resistance was used. The possibility of reusable use in connection with the relaxation of films was established. Keywords:
chemical sensors, metal chalcogenides, nitrogen dioxide, lead sulfide, thin films.
, г. Владивосток, Россия . Владивосток, Россия
Важной задачей для совершенствования технологического процесса крупных предприятий является мониторинг содержания диоксида азота в дымовых и топочных газах, образующихся при сгорании топлива в энергетических котлах. Существует большое количество различных способов контроля за диоксидом азота, наиболее перспективным направлением является разработка химических сенсоров с полупроводниковыми адсорбционно-чувствительными элементами (АЧЭ), действие которых основано на изменении их проводимости при адсорбции газов и паров. Исходя из принципа работы, химические сенсоры более выгодны и доступны, чем сенсоры электрохимического типа.
Внушительную часть работ, посвященных разработке и усовершенствованию сенсоров для определения диоксида азота в воздушной среде, занимает производство и исследование сенсоров на основе оксидных материалов: 8п02, ТЮ2, 2п0, WOз, 1п203 и др. [1-7]. Важным недостатком таких оксидных сенсорных элементов является использование относительно высоких температур (до 500 °С) [8-10]. Также им характерны низкая избирательность и усложненная форма получения оксидных материалов с использованием вакуумных технологий.
В литературе редко встречаются сведения о необычном материале — сульфиде свинца, легированном кадмием, который существенно отличается от индивидуального сульфида свинца и твёрдых растворов CdxPbl-xS своими свойствами [11-13]. Изучение такого типа тонких плёнок представляет собой большой интерес с точки зрения применения в различных областях науки и техники, в том числе и в области обнаружения газов. Исследование плёнок РЬ8, модифицированных кадмием, с точки зрения их применимости в качестве химических сенсоров является интересной задачей.
Гидрохимическое осаждение проводилось из цитрат-аммиачной реакционной смеси. Легирование проводилось до синтеза во время приготовления реакционной смеси. Концентрация легирующей добавки в исходной смеси варьировалась. Синтез проводился при температуре 353 К в течение 120 мин. Для проведения непосредственных опытов с диоксидом азота удобнее применять образцы, меньшие по сравнению размером ситалловой пластины-подложки. Для этого из полученных после гидрохимического осаждения плёнок нарезались фрагменты размером 5х10 мм. Данная операция проводилась при помощи скрайбера. Так как проведение опытов предполагало измерение проводимости чувствительного слоя, т. е. на вырезанные из исходной плёнки фрагменты необходимо было нанести токопроводящие контакты. Наиболее подходящими являются никелевые контакты, которые наносились электрохимическим путём. Предварительно изолировалась центральная часть образца, которая в дальнейшем и служила чувствительным элементом чипа.
В ходе работы исследовался отклик на присутствие в газовой среде диоксида азота с концентрацией, которая чуть ниже максимального разового значения ПДК — 0,08 мг/м3. Отклик проявлялся в виде изменения омического сопротивления плёнки. Его измерение осуществлялось при помощи мультиметра «Щ301-1». Все опыты ввиду токсичности диоксида азота проводились в вытяжном шкафу. В бункер цилиндрической формы опускался чип, закреплённый на нижней стороне стеклянной пластины с прижимными контактами, подключёнными к выводам мультиметра. Далее сосуд закрывался металлической крышкой, закрепляемой винтами. Газ подавался в сосуд через одну из боковых трубок. После продувки бункера трубки закрывались, и через определённые промежутки времени фиксировались показания прибора.
Халькогенидные плёнки реагируют на присутствие в окружающей среде определённых газов путём изменения своей проводимости, о чём можно судить, следя за обратной величиной — электрическим сопротивлением. Целесообразно использовать неабсолютное относительное изменение сопротивления материала ДД / Днач.. Проверке на чувствительность к диоксиду азота подверглись 4 образца — плёнки РЬ8, легированные кадмием. Концентрация соли-источника кадмия в исходной реакционной смеси равна 0,003; 0,005; 0,0075; 0,01 моль/л. Контакт чипов с газом осуществлялся в течение 15 мин. На рис. 1 представлены полученные данные.
О 200 400 600 800
Время, с
Рис. 1. Зависимость относительного изменения сопротивления образца от времени контакта с N0 концентрацией 0,08 мг/м3 при различной концентрации йодида кадмия в реакционной смеси
Как можно наблюдать по представленным выше зависимостям, полученные плёнки РЬ8 с добавкой кадмия продемонстрировали отклик на столь низкую концентрацию диоксида азота. Уже в течение 1-2 мин чипы демонстрировали сопротивление, значительно отличающееся от исходного значения.
Для сенсора, помимо хорошей чувствительности и селективности, важной чертой является многократность его применения. Это означает, что после контакта с анализируемым газом чувствительный материл должен возвращаться к своему исходному состоянию либо близкому к нему. Поэтому обязательным пунктом исследований являлось снятие кривых релаксации (регенерации) используемых в данной работе плёнок. Известно, что ускорить регенерацию чувствительного материала можно при помощи кратковременного нагрева, однако в данной работе таких опытов не проводилось, и релаксация осуществлялась путём самоотхода. Регенерация проводилась в течение 5 мин, время предварительного контактирования с N0 — 15 мин (рис. 2).
О 100 200 300
Время, с
Рис. 2. Зависимость относительного изменения омического сопротивления после контакта с NO2 концентрацией 0,08 мг/м3 при различной концентрации йодида кадмия в реакционной смеси
Проведённые исследования показали, что синтезированные плёнки в большинстве случаев без каких-либо
дополнительных мер быстро регенерируют до исходного состояния, что, несомненно, является их важным
преимуществом. Это позволяет говорить о многократности применения сенсора.
Литература
1. Comparison of the gas sensing performance of SnO2 thin film and SnO2 nanowire sensors / E. Brunet et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2012. Vol. 165. P. 110-118.
2. Development and testing of an electrochemical methane sensor / Sekhar K. Praveen et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2016. Vol. 228. P. 162-167.
3. Bhagaban B., Sudhir Ch. An innovative gas sensor incorporating ZnO-CuO nanoflakes in planar MEMS technology // Sensors and Actuators B: Chemical. 2016. Vol. 229. P. 414-424.
4. Semiconductor-type SnO2-based NO2 sensors operated at room temperature under UV-light irradiation / Takeo Hyodo et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2017. Vol. 253.P. 630-640.
5. Meixner H., Lampe U. Metal oxide sensors // Sensors and Actuators B: Chemical. 1996 Vol. 33. P. 198-202.
6. Microstructure control of WO3 film by adding nano-particles of SnO2 for NO2 detection in ppb level / Shimanoe Kengo et al. // Procedia Chemistry. 2009. Vol. 1. P. 212-215.
7. NO2 monitoring with a novel p-type material: TiO / E. Cominia et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2000. Vol. 68. P. 175-183.
8. Room temperature NO2-sensing properties of Ti-added nonstoichiometric tungsten oxide nanowires / Qin Yuxiang et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2012. Vol. 162, Is. 1. P. 244-250.
9. Gas-sensing properties of metallo-phthalocyanine thin films as a function of their crystalline structure / S. Dogo et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. 1992. Vol. 8, Is. 3. P. 257-259.
10. Tamaki J. Nano-Design of Oxide Particles and Electrode Structure for High Sensitivity NO2 Sensor Using WO3 Thick Film // MRS Proceedings. 2004. Vol. 828.
11. Preparation of nanostructured PbS thin films as sensing element for NO2 gas / S. Kacia et al. // Applied Surface Science. 2014. Vol. 305. P. 740-746.
12. Марков В. Ф., Маскаева Л. Н., Степановских Е. И Определение оксидов азота полупроводниковыми газовыми сенсорами //Аналитика и контроль. 2000. № 5. С. 462-465.
13. Марков В. Ф., Маскаева Л. Н. Полупроводниковый чувствительный элемент газоанализатора оксидов азота на основе сульфида свинца // Ж. аналит. химии. 2001. Т. 56, № 8. С. 846-850.
Сведения об авторах Бездетнова Алена Евгеньевна
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия [email protected] Шашмурин Юрий Германович
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия Франц Алена Сергеевна
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия Марков Вячеслав Филиппович
доктор химических наук, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия; Уральский институт ГПС МЧС России, г. Екатеринбург, Россия Маскаева Лариса Николаевна
доктор химических наук, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия; Уральский институт ГПС МЧС России, г. Екатеринбург, Россия
Bezdetnova Alyona Evgenyevna
Ural Federal University Named after the First President of Russia B. N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia [email protected] Shashmurin Yury Germanovich
Ural Federal University Named after the First President of Russia B. N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia
Franz Alyona Sergeyevna
Ural Federal University Named after the First President of Russia B. N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia
Markov Vyacheslav Filippovich
Dr. Sc. (Chemistry), Ural Federal University Named after the First President of Russia B. N. Yeltsin, Yekaterinburg Maskayeva Larisa Nikolaevna
Dr. Sc. (Chemistry), Ural Federal University Named after the First President of Russia B. N. Yeltsin, Yekaterinburg
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.534-537 УДК 544.6.018.464 : 541.145
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА
М. Л. Беликов, Т. А. Седнева, Э. П. Локшин
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Изучена электропроводность фотокаталитически активных композитов на основе диоксида титана. Показано, что электропроводность изученных материалов коррелирует с их фотокаталитическими свойствами, что позволяет косвенно оценивать пригодность различных материалов для фотокатализа. Ключевые слова:
композиты, диоксид титана, электропроводность, фотокаталитические свойства.
ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF PHOTOCATALYTICALLY ACTIVE NANOCOMPOSITES BASED ON TITANIUM DIOXIDE
M. L. Belikov, T. A. Sedneva, E. P. Lokshin
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Abstract
We have studied electroconductivity of photocatalytically active composites based on titanium dioxide. It has been shown that conductivity of the investigated materials is correlated with their photocatalytic properties. This allows to indirectly assess the suitability of materials for photocatalysis. Keywords:
composites, titanium dioxide, electroconductivity, photocatalytic properties.
Диоксид титана обладает фотокаталитической активностью (ФКА) и является фотокатализатором, с помощью которого могут быть минерализованы органические соединения, находящиеся в воде или воздухе.
, Russia , Russia
