Коллектив исследователей ЮФУ изучает способы модификации тонких нанокристаллических пленок и наноструктур различных элементов для улучшения их свойств. В дальнейшем эти материалы можно будет применять в системах контроля концентрации газов, очистки выбросов газов, а также для высокочувствительных сенсоров.
На протяжении трех лет с 2020 по 2022 год команда ученых Института нанотехнологий, электроники и приборостроения и Химического факультета ЮФУ под руководством профессора ИНЭП Виктора Петрова активно работала над проектом, направленным на получение и комплексное исследование тонких наноразмерных пленок и наноструктур на основе оксида титана, оксида олова, оксида цинка и их смесей с целью улучшения их газочувствительных и каталитических свойств.
Под руководством доцента Химического факультета ЮФУ Екатерины Баян специалистам удалось получить тонкие пленки и наноструктуры диоксида олова с невысоким (от 0,5% до 10%) содержанием диоксида титана или оксида цинка и исследовать их физико-химические и каталитические свойства. Дальнейшие исследования электрофизических и газочувствительных свойств тонких пленок сложных оксидов и изготовление сенсоров газов проводилось уже в Институте нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ.
Созданные материалы необходимы в системах непрерывного контроля и учета выбросов газов – загрязнителей в атмосферный воздух, высокочувствительных сенсорах, системах контроля концентрации газов – поллютантов, а также в системах очистки выбросов от этих же газов – поллютантов. Однако для эффективного применения они должны обладать следующими газочувствительными и каталитическими свойствами: повышенная чувствительность, низкие рабочие температуры, стабильность во времени, а также высокая каталитическая активность поверхности материалов.
«Проведенное комплексное исследование сформированных пленок позволило показать, что в них существуют высокие значения поверхностных потенциалов, приводящих к существованию локальных областей с сильным поверхностным электрическим полем. Обнаруженное свойство позволило сформировать высокоселективные сенсоры диоксида азота с высокой чувствительностью (0,1 ppm). Однако рабочая температура нагрева оксидных пленок сенсоров газов была достаточно высокой – 200 оС - 250 оС. Полученные в проекте наноструктуры оксидов металлов обладают также улучшенными каталитическими свойствами», – рассказал Виктор Петров.
Результатом работы, проведенной в 2022 году, стало снижение рабочей температуры нагрева оксидных пленок сенсоров газов до 50оС и увеличения быстродействия сенсоров (до 100 с) за счет использования метода фотоактивации. Это помогло добиться желаемого результата и выполнить все поставленные в проекте задачи.
Для комплексного исследования свойств сформированных пленок были также привлечены сотрудники ЦКП «Высокоразрешенная электронная микроскопия» ЮФУ, Северо-Осетинского государственного университета имени Коста Хетагурова (г. Владикавказ), Национального исследовательского университета ИТМО (г. Санкт-Петербург), Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова (г. Нальчик), Казахского национального университета имени аль-Фараби (г. Алмата).
В составе коллектива активно работают молодые ученые Мария Волкова и Александра Иванищева. Александра также стала победителем гранта РНФ и гранта ЮФУ «Аспирант-научный руководитель», реализуемого в рамках проекта «Политика исследований инноваций и коммерциализации» программы развития «Приоритет 2030» ЮФУ. Именно молодые исследователи представляли результаты научного коллектива на ряде международных конференций, в частности на Phenma 2020 и 2022, NanoOstrava 2021, Saint Petersburg OPEN 2020, 2021, 2022.
Результаты проведенных исследований и опубликованы в высокорейтинговых журналах: Nanomaterials, Chemosensors, Journal of Advanced Dielectrics, Materials Today: Proceedings, Functional Materials Letters.
Работа выполнялась по гранту РФФИ 20-07-00653 «Исследование способов модификации тонких нанокристаллических пленок и наноструктур оксидов олова, цинка и титана с целью улучшения их газочувствительных и каталитических свойств».
Напомним, Южный федеральный университет вошел в число победителей базовой части и исследовательского трека федеральной программы «Приоритет 2030». В своей программе развития ЮФУ формулирует пять основных стратегических проектов, которые должны ответить на глобальные долгосрочные вызовы, стоящие перед человечеством, страной и миром.