Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время развитие науки и техники требует создания новых материалов, обладающих специфическими физико-химическими свойствами. С одной стороны получила развитие область, связанная с проводящими и наполненными полимерами, с другой, большой интерес вызывают углеродные материалы (в частности нанотрубки, нановолокна и т. д.).
Из органических полимерных материалов активно исследуются макроциклические соединения (например, фталоцианины, порфирины), являющиеся ароматическими макроциклами с уникальной сопряженной -системой, которая и определяет их сущность как особых по химической и термической стойкости органических полупроводников.
В последнее время интенсивно исследуются пленки электропроводящих полисопряженных полимеров, свойства которых могут быть изменены в широких пределах путем изменения структуры и состава полимерной матрицы. В качестве материалов для микро - и наноэлектроники находят применение металлополимерные нанокомпозиты, представляющие собой равномерно диспергированные наночастицы (5 – 100 нм) неорганических веществ (металлов) и их соединений в полимерной матрице. Сочетание свойств органических и неорганических веществ раскрывает широкие возможности для контролируемого получения материалов с заданными свойствами. Наибольший интерес представляет применение таких материалов в качестве газочувствительного элемента при разработке сенсоров газов, каковым отводится не последняя роль в мониторинге окружающей среды в связи с необходимостью создания портативных устройств контроля состояния атмосферы. Повышенные требования к характеристикам сенсорных устройств вызывают также необходимость поиска и разработки новых технологических процессов, позволяющих получать газочувствительные материалы с заданными характеристиками.
Таким образом, тема диссертационной работы, связанная с разработкой технологии изготовления и исследованием свойств сенсорных элементов на основе тонких пленок медьсодержащего полиакрилонитрила (ПАН), представляется современной и актуальной.
В области исследований свойств тонких пленок недостаточно изученными остается целый ряд вопросов. Не до конца изучено влияние технологических режимов формирования, состава, морфологии поверхности, структуры на электрофизические свойства и газочувствительные характеристики тонкопленочных материалов.
Поэтому целью диссертационной работы является изготовление сенсорных элементов на основе ПАН и соединений меди. В связи с этим необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать технологию изготовления электропроводящих полимерных пленок ПАН, содержащих соединения меди.
-
Получить по разработанной технологии образцы электропроводящих полимерных пленок ПАН с различным содержанием соединений меди.
-
Исследовать состав, морфологию поверхности и структуру полученных образцов.
4. Исследовать электропроводящие свойства полученных образцов.
5.Определить газочувствительные характеристики сенсорных элементов на основе электропроводящих полимерных пленок ПАН, содержащих соединения меди.
Объектами исследования являлись сенсорные элементы на основе ПАН и соединений меди.
Используемые методики. Контроль качества и определение свойств полученных образцов пленок осуществлялись с помощью микроскопии атомных сил, интерференционной микроскопии, спектроскопии поглощения видимого и ИК-излучения, рентгеноструктурного анализа. Измерения поверхностного сопротивления, температурной зависимости удельного сопротивления и газочувствительных характеристик сенсорных элементов проводились на автоматизированном стенде.
Научная новизна. В работе были получены следующие научные результаты:
1. Впервые получены образцы электропроводящих полимерных пленок на основе ПАН и соединений меди.
2. Определена структура полученных полимерных электропроводящих полимерных пленок, представляющих собой аморфную матрицу ПАН с распределенными в ней кристаллическими включениями соединений меди (Cu, Cu2O,CuCl).
3. Определено влияние содержания соединений меди и температуры ИК-отжига на морфологию поверхности и структуру полученных образцов пленок.
4. Определено влияние содержания соединений меди и температуры ИК-отжига на электропроводность полученных образцов пленок.
5. Определено влияние морфологии поверхности, структуры и электропроводности полученных образцов пленок на газочувствительные характеристики сенсорных элементов на их основе.
Практическая значимость
-
Разработана технология изготовления сенсорных элементов на основе электропроводящих полимерных пленок ПАН, содержащих соединения меди.
-
Разработан сенсорный элемент на диоксид азота.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Технология изготовления электропроводящих полимерных пленок ПАН, содержащих соединения меди.
-
Сенсорный элемент на диоксид азота.
Достоверность результатов работы. Достоверность научных результатов обусловлена применением в экспериментах стандартной измерительной аппаратуры, согласованностью экспериментально полученных результатов с теоретическими выводами.
Апробация работы.
Материалы диссертации обсуждались на следующих конференциях:
2-я Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2006);
10-й Юбилейный международный молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке» (Украина, Харьков, 2006);
8-я Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2006);
VI Международная научная конференция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2006);
10-я Международная научно-техническая конференция и школа-семинар «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Дивноморское, 2006);
VII Международная научная конференция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2007);
3-я Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2007).
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликованы 13 печатных работ, из них 3 статьи и 10 работ в сборниках трудов конференций.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 114 наименований. Общий объем диссертации составляет 114 страниц, включая 49 рисунков, 11 формул и 12 таблиц.
