Введение к работе
Актуальность темы. Среди широкого круга экологических проблем задача определения содержания H2S стоит особенно остро, что связано с высокой токсичностью сероводорода. Значения предельно допустимых концентраций (ПДК) сероводорода в атмосфере составляют 3 — 5 ррт для рабочей зоны и 0.3—0.5 ррт для жилой зоны, что значительно ниже значений ПДК для большинства других токсичных газов. Сложность обнаружения H2S газовыми сенсорами связана с эффектом маскировки другими газами—восстановителями (Н2, СН4, S02), которые присутствуют в значительно большей концентрации. В связи с этим при разработке газовых сенсоров на сероводород наряду с высокой чувствительностью материала не менее важным является повышение его селективности.
В настоящее время в системах оповещения большое распространение получили газовые сенсоры резистивного типа на основе полупроводниковых поликристаллических пленок и керамики диоксида олова. Принцип действия таких сенсоров основан на эффекте зависимости величины электропроводности материала от содержания следовых количеств газов — окислителей или восстановителей в окружающей атмосфере. Сенсорные характеристики материала: чувствительность, время отклика, селективность и стабильность определяются рядом факторов, среди которых наиболее значимыми являются микроструктура пленок, их толщина, отклонение состава от стехиометрии, тип и концентрация легирующих добавок. Наиболее детально изучены сенсорные характеристики пленок Sn02, легированного благородными металлами — палладием и платиной. Несмотря на значительное улучшение чувствительности и времени отклика, промышленное использование сенсорных элементов на основе SnC>2(Pd,Pt) сдерживается их низкой селективностью и чувствительностью к влажности атмосферы. Впервые на возможность использования Sn02, легированного медью и никелем, в химических сенсорах указано в [1]. В работе Ямазое [2] обнаружена высокая чувствительность двухфазных керамических образцов Sn02 + 5% CuO к присутствию сероводорода. Однако для пленочных образцов диоксида
олова, легированного медью и никелем, сенсорные характеристики не
изучены. Кроме того, роль оксидов меди и никеля в процессе
взаимодействия диоксида олова с. сероводородом требует детального
исследования. —
Целью работы является изучение влияния оксидов меди и никеля на взаимодействие пленок диоксида олова с газообразным сероводородом.
Научная новизна. Предложен новый принцип выбора легирующих примесей для создания систем, обладающих селективной чувствительностью к сероводороду, па основе термодинамического анализа реакций взаимодействия оксидов металлов с сероводородом и их сульфидов с кислородом воздуха. Определены условия синтеза пленок Sn02(CuO) и SnC>2(NiO) методом пиролиза аэрозоля, позволяющие получить поликристаллические системы с размерами кристаллитов в нанометровом диапазоне и сопротивлением свыше 106 Ом. Впервые обнаружена высокая газовая чувствительность диоксида олова, легированного никелем, при детектировании сероводорода.
Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы при создании высокочувствительных селективных газовых сенсоров па сероводород.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на совместных семинарах научных групп, работающих по программе INTAS (Гренобль, 1994г.; Гренобль 1995г): Международной научной конференции молодых ученых "Ленинские Горы —95" {Москва, 1995); Third Russian — Chinese Symposium: Advanced Materials and Processes (Kaluga, 1995). Работа принята для представлсшм на Международной конференции Evrosensors X (September 1996, Leuven, Belgium).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 и принято в печать 5 научных статей.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 180 страницах, содержит 88 рисунков и 17 таблиц.