Сорбционни свойства на иновативни халкогенидни нанокомпозити

Офелия Кирилова Колева, PhD

Секция “Твърди Електролити”,

Институт по Електрохимия и Енергийни системи

“Акад. Евгени Будевски” - БАН

НОЩ НА УЧЕНИТЕ 27.09.2013

Халкогенидни стъкла

ЗАЩО Халкогениди!

Влакна» Оптични стъкла и влакна

Фоторезисти

Ключови области, в които халкогенидните аморфни материали играят решаваща роля:

» соларни елементи

» съхранение на информация

Оптични стъкла

CD и DVD

ЦЕЛИ

Развитие на нови принципи на регистрация в сензорната технология Търсене на нови чувствителни материали с подобрени чувствителност,

селективност и надеждност

Химични газови сензори на основата на кантилеври, функционализирани с различни чувствителни материали

Индикация – волт-амперни характеристики

Предимства на активните аморфни слоеве

• по-гъвкава структура в сравнение с кристалните аналози

• почти неограничена възможност за дотиране и сплавяне

• вариране и контролиране на техните свойства

• могат да бъдат изтегляни във влакна и изпарявани като тънки слоеве

Практически резултати приложени директно в бита и индустрията

Очаквани резултати

Подобряване работните характеристики на газовите сензори, използвани за анализ на качеството на въздуха в промишлени и домашни условия;Създаване на безжични сензорни мрежи, използващи разпръснати на голяма площ сензори за събиране на данни.

Различни функционализационни слоеве за разнообразни газове

Електронен сензор

Различните материали сорбират различните газови молекули по различни начиниНабор от кантилеври с функционализирани слоеве от различни материали ще детектират набор от газове

Кантилевърни сензори – миниатюрна версия на микровезна Производствен процес – видоизменена силициева CMOS технология Обединение на датчик, възбудител и четец на един чип Намаляване на резонансната честота при добавянето на маса, т.е. сорбция на газови

молекули

Химични газови сензори на основата на кантилеври

Очувствяване на кантилевърни сензори с (As2S3)90(AgI)10 слоеве

Отлагане на тънки слоеве върху кантилеврите – вакуумно термично изпарение от обемни материали:• (As2S3)90(AgI)10 слой - дебелина 1,85 µm (SEM)

Грапавост на покритието – под 1 nm (AFM) Чувствителност на метода: 1 mV/nm

Анализиран газВодаH2O

МетанолCH3OH

ЕтанолC2H5OH

Изопропанол(CH3)CHOH

АцетонCH3OCH3

АмонякNH3

Молекулна маса, [g/mol]

18.01 32.04 46.07 60.11 58.08 17.03

Диполен момент, [D]

1.85 1.70 1.69 1.66 1.30 1.47

Принцип на детекция тип “микровезна”

Изследване на сорбционните свойства на кантилевърни сензори с (As2S3)90(AgI)10

Сигналът нараства със увеличаване на концентрацията на анализирания газ – най-висок отклик при концентрация 54 vol. %

Обратим отклик

Най-висока чувствителност спрямо ацетон

Липса на чувствителност спрямо водни пари

Най-висока чувствителност спрямо ацетон:

• най–висока молекулна маса (58,09 g/mol)

• най–малък диполен момент (1,30 D)

микровезна

Линейност

Бързодействие

25 s

45 s

Изследване на сорбционните свойства на кантилевърни сензори с (As2S3)90(AgI)10

Изследване на сорбционните свойства на кантилевърни сензори с Ge-Te-In слоеве

Анализиран газВодород

H2

Азотни оксиди

NOx

СероводородH2S

Въглероден оксид

CO

ОзонO3

АмонякNH3

Молекулна маса, [g/mol]

2.02 30х 34.08 28 48 17.03

Диполен момент, [D]

- - 0.97 0.122 0.53 1.47

Заключение

Успешно са използвани силициеви кантилеври, функционализирани с

(As2S3)90(AgI)10 слой за детекция на аналити с различна концентрация (вода,

метанол, етанол, изопропанол, ацетон и амоняк) Сензорите се отличават с кратко време на отклик и висока точност Използването на халкогенидни системи с добавка дава възможност за

експлоатация на сензора в широк концентарционен диапазон.

Институт по Електрохимия и Енергийни системи “Акад. Евгени Будевски” е основан през 1967 г. като Централна Лаборатория по Електрохимични източници на ток (ЦЛЕХИТ). Той успешно обединява традицията на Българската електрохимична школа на Странски-Каишев с общата политика на БАН за интеграция с Европейската научна общност. Главните научни дейности съвпадат с приоритетите за стабилно качество на живот и развитие на общество, основано на знанието.

Институт по Електрохимия и Енергийни системи “Акад. Евгени Будевски”

Екип:1. Проф. инж.Тамара Петкова, PhD2. Инж. Кольо Колев, PhD3. Инж. Ваня Илчева