Микроплоттерная печать мультисенсорных систем на основе максенов в системе Ti2C-V2C

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 21-73-10251

НазваниеМикроплоттерная печать мультисенсорных систем на основе максенов в системе Ti2C-V2C

Руководитель Симоненко Николай Петрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-201 - Синтез, строение и реакционная способность неорганических соединений

Ключевые слова Максен, MAX-фаза, Ti2C, V2C, SnO2, Co3O4, гидротермальный синтез, мультисенсорная система, гетероструктура, микроплоттерная печать, квантово-химические расчёты

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение одной из наиболее актуальных научных проблем современного материаловедения – установление основных принципов и механизмов процессов, протекающих на поверхности практически не изученных максенов в системе Ti2C-V2C, а также гетероструктур на их основе, понимание которых позволит применять сформированные с помощью аддитивных технологий массивы указанных материалов в качестве рецепторных компонентов селективных однокристальных мультисенсорных систем, выполняющих функцию «электронного обоняния» при обеспечении мониторинга окружающей атмосферы практически во всех сферах жизнедеятельности людей (в жилых, офисных и производственных помещениях, при добыче полезных ископаемых, мониторинге населённых пунктов, лесных массивов, в транспорте и т.п.). Будут разработаны методики синтеза ряда MAX-фаз заданного состава в системе Ti2AlC-V2AlC при постепенном замещении титана на ванадий с использованием методов свободного спекания и горячего прессования при различных условиях. Будут разработаны подходы к удалению алюминия из структуры синтезированных MAX-фаз при травлении материалов плавиковой кислотой и растворами фторидов металлов (NaF, CoF2 и др.) в концентрированной соляной кислоте. Таким образом впервые будут разработаны научные основы синтеза ряда максенов в системе Ti2C-V2C с использованием соответствующих методик удаления алюминия из структуры синтезированных MAX-фаз. Будут разработаны методики деламинации максенов в системе Ti2C-V2C при различных внешних воздействиях (ультразвуковая обработка дисперсной системы, в том числе в присутствии в качестве эксфолианта полярных органических соединений). Будут разработаны новые подходы к модификации поверхности максенов в системе Ti2C-V2C с образованием гетероструктур состава (TixV1-x)2C/MOx (где M – катионы титана и ванадия) – путём контролируемого окисления соответствующих максенов, а также методом химической модификации поверхности и межслоевого пространства синтезированных максенов наночастицами оксидов олова и кобальта (данные оксиды обладают различным типом проводимости, что позволит повысить ортогональность сигналов в создаваемых мультисенсорных системах) в гидротермальных условиях (с оценкой возможности интеркаляции катионов олова и кобальта и трансформации за счёт этого структуры соответствующих максенов). Будут разработаны методики получения устойчивых дисперсных систем на основе двумерных частиц синтезированных максенов в системе Ti2C-V2C, а также гетероструктур состава (TixV1-x)2C/MOx (где M – катионы титана и ванадия), (TixV1-x)2C/SnO2 и (TixV1-x)2C/Co3O4. Впервые с помощью аддитивных технологий будут сформированы рецепторные слои на основе синтезированных максенов в системе Ti2C-V2C (с использованием полученных функциональных чернил на основе частиц соответствующего состава), а также полученных гетероструктур состава (TixV1-x)2C/MOx (где M – катионы титана и ванадия), (TixV1-x)2C/SnO2 и (TixV1-x)2C/Co3O4 на поверхности однокристальных чипов, оснащённых платиновыми микронагревателями и набором полосковых компланарных электродов. В ходе исследования будут получены отсутствующие на сегодняшний день результаты измерений хеморезистивного эффекта для комбинаторных библиотек на основе максенов различного состава в системе Ti2C-V2C, а также гетероструктур состава (TixV1-x)2C/MOx (где M – катионы титана и ванадия), (TixV1-x)2C/SnO2 и (TixV1-x)2C/Co3O4 при воздействии паров газов-восстановителей в смеси с чистым воздухом в концентрациях от долей ppm при различных рабочих температурах в диапазоне от комнатной до 400°С (в том числе с применением методов обработки векторных сигналов с помощью технологий искусственного интеллекта). При этом будет оценена возможность применения напечатанных массивов планарных наноструктур в качестве однокристальных мультисенсорных систем. Для полученных материалов в системе Ti2C-V2C, а также гетероструктур состава (TixV1-x)2C/MOx (где M – катионы титана и ванадия), (TixV1-x)2C/SnO2 и (TixV1-x)2C/Co3O4 впервые будут проведены квантово-химические расчёты, позволяющие на атомном уровне описать особенности взаимодействия материал-аналит, что даст возможность прогнозирования функциональных свойств подобных материалов в зависимости от их состава и от состава окружающей атмосферы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Симоненко Н.П. Аддитивные технологии при формировании планарных полупроводниковых функциональных наноструктур Сборник трудов ХVIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико- химия и технология неорганических материалов»., С.147-148 (год публикации - 2021)

2. Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Мокрушин А.С., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ MAX-ФАЗ В СИСТЕМЕ Ti2AlC–V2AlC КАК ПРЕКУРСОРОВ ГЕТЕРОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАКСЕНОВ СОСТАВА Ti2–xVxC Журнал неорганической химии / Russian Journal of Inorganic Chemistry (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622050187

3. Симоненко Н.П., Фисенко Н.А., Фёдоров Ф.С., Симоненко Т.Л., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Коротченков Г.С., Сысоев В.В., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Printing Technologies as an Emerging Approach in Gas Sensors: Survey of Literature Sensors, №9, V.22, P.3473 (год публикации - 2022)
10.3390/s22093473

4. Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Мокрушин А.С., Горобцов Ф.Ю., Фисенко Н.А., Бочарова В.А., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Аддитивные технологии как перспективный подход к формированию функциональных полупроводниковых покрытий Сборник трудов XII Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии, с.150 (год публикации - 2022)

5. Нагорнов И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СИНТЕЗА НА СТРУКТУРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СМЕШАННЫХ МАХ-ФАЗ В СИСТЕМЕ Ti2AlC-V2AlC Сборник трудов XII Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии, с.172 (год публикации - 2022)

6. Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Горобцов Ф.Ю., Мокрушин А.С., Кузнецов Н.Т. Synthesis and Chemoresistive Properties of Single-Layer MXene Ti2CTx Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 67, No. 11, pp. 1838–1847 (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622601222

7. Симоненко Н.П., Глухова О.Е., Плугин И.А., Колосов Д.А., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Варежников А.С., Симоненко Е.П., Сысоев В.В., Кузнецов Н.Т. The Ti0.2V1.8C MXene Ink-Prepared Chemiresistor: From Theory to Tests with Humidity versus VOCs Chemosensors, номер 1, том 11, № 7 (год публикации - 2023)
10.3390/chemosensors11010007

8. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Горобцов Ф.Ю., Аверин А.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Effect of Ti2CTx MXene Oxidation on Its Gas-Sensitive Properties Chemosensors, 1, 11, № 13 (год публикации - 2023)
10.3390/chemosensors11010013

9. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Аверин А.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Chemoresistive Properties of V2CTx MXene and the V2CTx/V3O7 Nanocomposite Based on It Chemosensors, 2, 11, № 142 (год публикации - 2023)
10.3390/chemosensors11020142

10. Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Мокрушин А.С., Симоненко Т.Л., Горобцов Ф.Ю., Нагорнов И.А., Короченков Г., Сысоев В.В., Кузнецов Н.Т. Application of Titanium Carbide MXenes in Chemiresistive Gas Sensors Nanomaterials, 5, 13, № 850 (год публикации - 2023)
10.3390/nano13050850

11. Симоненко Е.П., Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Аверин А.А., Горбань Ю.М., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Кузнецов Н.Т. Gas-Sensitive Properties of ZnO/Ti2CTx Nanocomposites Micromachines, 4, 14, № 725 (год публикации - 2023)

12. Короченков Г., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Сысоев В.В. Бринзари В. Paper-Based Humidity Sensors as Promising Flexible Devices, State of the Art, Part 2: Humidity-Sensor Performances Nanomaterials, 8, 13, № 1381 (год публикации - 2023)
10.3390/nano13081381

13. Мокрушин A.C., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Влияние частичного окисления максенов Ti2CTX и V2CTX на их газочувствительные свойства XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, Издательство: ООО «МЕСОЛ», 2023. – 366 с., с. 49 (год публикации - 2023)

14. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Кузнецов Н.Т. Влияние на хеморезистивные характеристики ZnO допирования многослойным максеном Ti2CTx XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, Издательство: ООО «МЕСОЛ», 2023. – 366 с., с. 51 (год публикации - 2023)

15. Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Горобцов Ф.Ю., Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Фисенко Н.А., Григорьева М.К., Соломатов И.А., Дудорова Д.А., Рахимова З.И., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Применение печатных технологий в процессах получения функциональных неорганических покрытий XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, Издательство: ООО «МЕСОЛ», 2023. – 366 с., с. 62 (год публикации - 2023)

16. Короченков Г., Симоненко Н.П., Федоров Ф.С., Сысоев В.В. II-VI Wide-Bandgap Semiconductor Device Technology: Schottky Barrier, Ohmic Contacts, and Heterostructures In: Korotcenkov, G. (eds) Handbook of II-VI Semiconductor-Based Sensors and Radiation Detectors. Springer, Cham. 2023, 586 p., 491-516 pp. (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-19531-0_17

17. Симоненко Н.П. Микроплотерная печать мультисенсорной системы на основе максенов состава Ti2-xVxC (x=0.2-1.8) ХIX Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». Сборник трудов. Москва. 18 октября – 21 октября 2022 г., 371 с., с. 347-348 (год публикации - 2022)

18. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Current Trends and Promising Electrode Materials in Micro-Supercapacitor Printing Materials, Vol. 16, № 18, 6133 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16186133

19. Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Горобцов Ф.Ю., Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Фисенко Н.А., Григорьева М.К., Соломатов И.А., Дудорова Д.А., Рахимова З.И., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Совмещение жидкофазных методов синтеза неорганических наноматериалов с печатными технологиями при формировании функциональных плёнок Сборник тезисов докладов Седьмой международной конференции стран СНГ «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем «Золь-гель 2023», Москва, Издательство: ООО «МЕСОЛ», 2023, 132 с., с. 20 (год публикации - 2023)

20. Нагорнов И.А., Симоненко Е.П., Мокрушин А.С., Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Кузнецов Н.Т. Влияние модифицирования максена Ti2CTх наночастицами ZnO на газочувствительные свойства Сборник тезисов докладов Седьмой международной конференции стран СНГ «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем «Золь-гель 2023», Москва, Издательство: ООО «МЕСОЛ», 2023, 132 с., с. 54 (год публикации - 2023)

21. Симоненко Е.П., Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Сапронова В.М., Горбань Ю.М., Горобцов Ф.Ю., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Кузнецов Н.Т. Газочувствительные свойства нанокомпозита Ti0.2V1.8CTx/V2O5 Журнал неорганической химии / Russian journal of inorganic chemistry, № 4 т. 69 (год публикации - 2024)

22. Симоненко Е.П., Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Горбань Ю.М., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Кузнецов Н.Т. Хемосенсорные свойства нанокомпозита Ti0.2V1.8CTx-V2O5-SnO2 Журнал неорганической химии / Russian journal of inorganic chemistry, № 10, т. 69 (год публикации - 2024)

23. Симоненко Е.П., Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Дмитриева С.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Кузнецов Н.Т. Получение и хемосенсорные свойства нанокомпозита, полученного при гидротермальном модифицировании Ti2CTx иерархически организованным Co(CO3)0.5(OH)*0.11H2O Журнал неорганической химии / Russian journal of inorganic chemistry, № 9, т. 69 (год публикации - 2024)

24. Симоненко Е.П., Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Дмитриева С.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Кузнецов Н.Т. Получение и хемосенсорные свойства композиционного материала Ti2CTx - 10 мол.% SnO2 Журнал неорганической химии / Russian journal of inorganic chemistry, № 10, т. 69 (год публикации - 2024)

25. Симоненко Е.П., Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Кашевский С.В., Горбань Ю.М., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Кузнецов Н.Т. Low Temperature Chemoresistive Oxygen Sensors Based on Titanium-Containing Ti2CTx and Ti3C2Tx MXenes Materials, Vol. 16, № 13, 4506 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16134506

26. Мокрушин A.C., Нагорнов И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Синтез титансодержащих максенов для низкотемпературных кислородных газовых сенсоров XIV Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, 9-12 апреля 2024, Издательство: ООО «МЕСОЛ» ,107564, Россия, Москва, с. 41 (год публикации - 2024)

Публикации