Transcript Проект: Сорбционни свойства на иновативни халкогенидни

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
Ключови области, в които халкогенидните
аморфни материали играят решаваща роля:
» Оптични стъкла и влакна
Оптични стъкла
Влакна
» съхранение на информация
» соларни елементи
CD и DVD
Фоторезисти
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
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
Индикация – волт-амперни характеристики
Очаквани резултати
Електронен сензор
Различни функционализационни
слоеве за разнообразни газове
Различните материали сорбират различните газови молекули по различни начини
Набор от кантилеври с функционализирани слоеве от различни материали ще детектират
набор от газове
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.
Практически резултати приложени директно в бита и индустрията
Химични газови сензори на основата на кантилеври




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
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
Принцип на детекция тип “микровезна”
Анализиран газ
Вода
H2O
Метанол Етанол
CH3OH C2H5OH
Молекулна маса,
[g/mol]
18.01
32.04
Диполен момент,
[D]
1.85
1.70
Изопропанол
(CH3)CHOH
Ацетон
CH3OCH3
Амоняк
NH3
46.07
60.11
58.08
17.03
1.69
1.66
1.30
1.47
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
Изследване на сорбционните свойства на кантилевърни
сензори с (As2S3)90(AgI)10
 Линейност
 Бързодействие
25 s
Най-висока чувствителност спрямо ацетон:
• най–висока молекулна маса (58,09 g/mol)
• най–малък диполен момент (1,30 D)
микровезна
45 s
Изследване на сорбционните свойства на кантилевърни
сензори с Ge-Te-In слоеве
Анализиран газ
Водород
H2
Азотни
оксиди
NOx
Сероводород
H2S
Въглероден
оксид
CO
Озон
O3
Амоняк
NH3
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”
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.
Екип:
1. Проф. инж.Тамара Петкова, PhD
2. Инж. Кольо Колев, PhD
3. Инж. Ваня Илчева