Предложена новая технология изготовления материалов для газовых сенсоров
Российские ученые впервые разработали способ формирования пленочных структур с помощью микроэкструзионной печати из оксида никеля, обладающего ценными полупроводниковыми свойствами. Полученные покрытия демонстрируют высокий сенсорный отклик при детектировании сероводорода. Статья опубликована в журнале Applied Surface Science.
Оксид никеля представляет собой полупроводниковый материал с уникальными оптическими, каталитическими и электрофизическими свойствами, которые позволяют использовать его в фотовольтаике, энергетике, электронике и газовых сенсорах. Команда ученых под руководством Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН предложила новую технологию синтеза и нанесения слоев оксида никеля.
«В нашей работе с помощью гидротермального метода, когда вещества получают с применением воды в качестве растворителя при температуре выше 100 °С, с использованием нового комплекса никеля был получен оксид никеля, частицы которого представляют собой нанолисты. С использованием чернил на основе таких частиц и пневматической микроэкструзионной печати были созданы бездефектные полупроводниковые покрытия на специализированном чипе», — говорит соавтор исследования Татьяна Симоненко.
На сегодняшний день пневматическая микроэкструзионная печать в основном применяется в биопринтинге — печати органов, клеток или тканей на основе клеточных культур — и относится к числу так называемых аддитивных технологий. При этом она перспективна и для создания неорганических материалов благодаря ряду преимуществ перед другими печатными технологиями.
Изучение сенсорных свойств материалов по отношению к сероводороду актуально в связи с токсичностью этого газа, который выделяется в качестве побочного продукта в нефтяной, газовой и целлюлозно-бумажной промышленности. Сероводород оказывает негативное влияние на нервную, пищеварительную и дыхательную системы человека и животных, а его высокие концентрации могут приводить к летальному исходу.
При взаимодействии с сероводородом поверхность нанолистов оксида никеля частично подвергалась необратимым химическим изменениям, и проводимость покрытия изменялась. Планарная структура демонстрировала высокую чувствительность при детектировании сероводорода. Предложенный подход перспективен для создания современных компонентов резистивных газовых сенсоров.
Авторы отмечают, что новая технология может использоваться не только для создания современных газовых сенсоров, но и для формирования компонентов миниатюрных электрохимических генераторов энергии, где также требуется высокая воспроизводимость микроструктурных и функциональных свойств получаемых слоев.