Разработка и создание энергоэффективных чувствительных элементов газовых сенсоров на основе углеродных наноструктур

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-79-00176

НазваниеРазработка и создание энергоэффективных чувствительных элементов газовых сенсоров на основе углеродных наноструктур

Руководитель Ильин Олег Игоревич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" , Ростовская обл

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов

Ключевые слова углеродные наноструктуры, гибридные углеродные наноструктуры, углеродные нанотрубки, плазмохимическое осаждение из газовой фазы, газовые сенсоры

Код ГРНТИ47.13.07

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время в устройствах экологического контроля и безопасного жизнеобеспечения применяются различные типы сенсоров газа. Однако в условиях сложной техногенной обстановки и угрозах террористической опасности к сенсорам газа предъявляются все большие требования (скорость срабатывания, стабильность, селективность, длительность и возможность автономной работы). При этом существующие сенсоры накладывают значительные ограничения на режимы и области их эксплуатации. Решением этих проблем является использование в качестве чувствительных элементов сенсоров углеродных наноструктур, которые позволяют повысить чувствительность, селективность и стабильность рабочих характеристик, технологичность и дешевизну при серийном производстве, обеспечить устойчивость к ложному срабатыванию и снижению энергопотребления. Кроме того, селективность при детектировании отдельных газов может быть повышена за счет модификации поверхности углеродных наноструктур различными наночастицами. Однако проблема воспроизводимого получения углеродных наноструктур с контролируемыми размерами, заданными свойствами и сформированными в заданном месте устройства сдерживает их массовое применение. Целью работы является проведение научно-исследовательской работы по разработке методов создания и исследованию чувствительных элементов газовых сенсоров на основе углеродных наноструктур и разработке физических принципов управляемого роста углеродных наноструктур методом плазмохимического осаждения из газовой фазы, а также модификации их свойств для повышения энергоэффективности чувствительных элементов.. В рамках данного проекта будут разработаны и реализованы методики управляемого роста углеродных наноструктур методом плазмохимического осаждения из газовой фазы, модификации свойств углеродных наноструктур методом локального осаждения из высокоселективной газовой химии под действием фокусированных ионных пучков и локального выращивания углеродных наноструктур в заданном месте. С помощью современных методов анализа поверхности и структуры твердых тел (зондовой микроскопии, растровой электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеивания, рентгеновской спектроскопии поглощения) будут установлены зависимости физических, геометрических и структурных характеристик углеродных наноструктур от режимов их формирования. На основе полученных результатов будут разработаны технологические основы формирования чувствительных элементов на основе углеродных наноструктур и выполнен комплекс экспериментальных исследований их газочувствительности. Экспериментальные исследования, направленные на установление физических принципов, режимов формирования и модификации свойств углеродных наноструктур будут выполнены с использованием уникальных научных установок НОЦ и ЦКП «Нанотехнологии» Южного федерального университета. Научная новизна работы состоит в том, что будет разработана физико-математическая модель образования центров каталитического роста углеродных наноструктур с учетом влияния материала подслоя и подложки, которая позволит прогнозировать параметры наноструктур в зависимости от технологических режимов их выращивания. Будут установлены закономерности влияния режимов плазмохимического осаждения из газовой фазы (температуры, времени отжига, материала подслоя, времени активации и роста) на параметры каталитических центров и углеродных наноструктур. Достижимость решения поставленных задач обусловлена потенциалом и опытом заявителя в области выращивания, исследования электромеханических и газочувствительных свойств углеродных наноструктур, подкрепленных соответствующими публикациями в изданиях, входящих в базы данных Web of Science и Scopus. Полученные в ходе реализации проекта результаты могут быть положены в основу развития новых технологий в области управляемого роста и модификации свойств углеродных наноструктур для производства чувствительных элементов энергоэффективных газовых сенсоров.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ильин О.И., Ильина М.В., Рудык Н.Н., Федотов А.А., Агеев О.А. Vertically Aligned Carbon Nanotubes Production by PECVD IntechOpen, Croatia, 2019, Chapter In: Carbon Nanotubes (Book edited by: Hosam El-Din M. Saleh), p. 1-17 (год публикации - 2019)
10.5772/intechopen.84732

2. Рудык Н.Н., Ильин О.И., Ильина М.В., Федотов А.А. Underlayer material effect on carbon nanotubes growth The 7th International School for Young Researchers “Smart Nanomaterials”. Workshop “Design of Polyfunctional Structures: Theory and Synthesis”, c. 73 (год публикации - 2018)

3. Ильин О.И., Рудык Н.Н., Ильина М.В., Осотова О.И., Федотов А.А. Influence of annealing temperature and activation time on the catalytic centers formation for carbon nanostructures growth Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

4. Ильин О.И., Рудык Н.Н., Осотова О.И., Федотов А.А. Development a complex model of the catalytic centers formation for carbon nanotubes growth 14th International Conference Advanced Carbon NanoStructures "ACNS'2019" (год публикации - 2019)

5. Ильин О.И., Рудык Н.Н., Ильина М.В., Осотова О.И., Федотов А.А. Influence of annealing temperature and activation time on the catalytic centers formation for carbon nanostructures growth St. Petersburg Academic University, Book of abstracts of 6th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures, St. Petersburg, Russia, April 22 – 25, 2019, p.555-556 (год публикации - 2019)

6. Ильин О.И., Рудык Н.Н., Ильина М.В., Федотов А.А. Effect of Annealing Temperature on the Catalytic Centers Formation from a Continuous Nanosized Catalyst Film for CNT Growth PUBLISHING HOUSE FOR SCIENCE AND TECHNOLOGY, Abstracts of 2019 INTERNATIONAL CONFERENCE ON “PHYSICS AND MECHANICS OF NEW MATERIALS AND THEIR APPLICATIONS” (PHENMA 2019), Hanoi, Vietnam, November 7 - 10, 2019, p.148-149 (год публикации - 2019)

7. Федотов А.А., Кужелев М.В., Замбург Е.Г., Рудык Н.Н., Ильин О.И. Development and research carbon nanotube-based resistive gas sensor Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Abstract Book of Joint International Conference Scanning Probe Microscopy - Russia-China Workshop on Dielectric and Ferroelectric Materials, Ekaterinburg, August 25-28, 2019, p.241-242 (год публикации - 2019)

8. Ильин О.И., Рудык Н.Н., Ильина М.В., Климин В.С., Федотов А.А., Чередниченко Д.И. , Агеев О.А. Получение вертикально ориентированных углеродных нанотрубок методом плазмохимического осаждения из газовой фазы (глава 1 в монографии Нанотехнологии в микроэлектронике) Издательство «Наука», г. Москва, 9-50 (год публикации - 2019)

9. Рудык Н.Н., Ильин О.И. Design carbon nanotube-based gas sensor sensitive element and signal analysis technique ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Тезисы докладов международной конференции ФизикА.СПб, 22–24 октября 2019 г., г. Санкт-Петербург, с. 527-528 (год публикации - 2019)

10. Ильин О.И., Ильина М.В., Рудык Н.Н., Гурьянов А.В., Федотов А.А. Development and research carbon nanotube-based resistive gas sensor IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 699, 012019 (год публикации - 2019)
10.1088/1757-899X/699/1/012019

11. Ильин О.И., Рудык Н.Н., Федотов А.А., Илиьна М.В., Чередниченко Д.И., Агеев О.А. Modeling of Catalytic Centers Formation Processes during Annealing of Multilayer Nanosized Metal Films for Carbon Nanotubes Growth Nanomaterials, 10, 554 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10030554

12. Ильин О.И., Рудык Н.Н., Ильина М.В., Федотов А.А., Гурьянов А.В. Design of the gas sensor prototype with CNTs-based sensitive element and application of the FFT technique for gas identification National Research University Higher School of Economics, 2020 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT), 978-1-7281-2572-5/20/$31.00, IEEE (год публикации - 2020)

13. Рудык Н.Н., Ильин О.И., Ильина М.В., Федотов А.А. Влияние частоты импульсного генератора плазмы на параметры углеродных нанотрубок ЗАО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», XLVII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 16 – 20 марта 2020 г., г. Звенигород (год публикации - 2020)

14. Брацук А.В., Ильин О.И., Киселев Д.С., Колтунова Н.В., Рудык Н.Н., Савин В.И., Симонов А.А., Тубин М.Л., Федотов А.А. Emission and X-ray Characteristics of Vertically and Random Aligned Carbon Nanotubes AIP Conference Proceedings (год публикации - 2020)

Публикации