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 20-73-00309
НазваниеНаноструктуры состава (ZnO)1-x(Ln2O3)x и (ZnO)1-x(Ln2O3)x/Pt (Ln = Се3+/4+, Pr3+, Eu3+) для микроплоттерной печати миниатюрных рецепторных элементов хеморезистивных газовых мультисенсоров
Руководитель Мокрушин Артем Сергеевич, 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 №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» 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 газовый сенсор, тонкие пленки, полупроводники, наноматерилы, печатные технологии, мультисенсоры, МЭМС, оксид цинка, платина, оксид церия, оксид празеодима, оксид европия
Код ГРНТИ31.17.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на разработку фундаментальных научных основ создания миниатюрных химических газовых анализаторов, обладающих улучшенными сенсорными характеристиками (высокая величина и скорость отклика, селективность, стабильность получаемого сигнала, в том числе во влажной газовой атмосфере) и удовлетворяющих современным трендам микроэлектроники и цифровой индустрии в целом: низкое энергопотребление и возможность интеграции с портативной электроникой и/или микроэлектро-механическими системами (МЭМС).
Как известно, для многих областей науки и техники, здравоохранения, промышленности, при мониторинге окружающей среды остро стоит задача качественного, количественного, селективного и быстрого определения содержания в воздухе определенных газов-аналитов при помощи компактных и удобных в эксплуатации устройств. Проблема неизбирательности вкупе с ухудшением чувствительности рецепторных материалов во влажной среде при детектировании хеморезистивными газовыми сенсорами на основе полупроводниковых оксидов является одной из главных в данной отрасли. Предлагаемый проект направлен на ступенчатую модификацию одного из самых широко использованных рецепторных наноматериалов в химической газовой сенсорики – ZnO с целью максимально нивелировать его недостатки и улучшить положительные качества.
В рамках предлагаемого проекта поставлена актуальная научная проблема, связанная с разработкой новых методов создания хеморезистивных газовых сенсоров и мультисенсоров для детектирования неорганических и VOC’s газов, в которой будут использованы аддитивные технологии, в частности, будет реализована микроплоттерная печать функциональными чернилами с оптимальными реологическими свойствами, полученными на основе синтезированных с помощью сольвотермального метода наноматериалов сложного состава.
В рамках проекта будут изучены процессы синтеза оксидных наноструктур, в том числе нанокомпозитов, в результате чего будут расширены фундаментальные знания в области формирования оксидных наноматериалов, выявлено влияние условий синтеза на фазовый состав, микроструктуру и морфологию образующихся наноматериалов – твердых растворов (ZnO)1-x(Ln2O3)x со структурой вюрцита и нанокомпозитов (ZnO)1-x(Ln2O3)x/Pt (Ln = Се3+/4+, Pr3+, Eu3+), перспективных рецепторных наноматериалов для хеморезистивных газовых сенсоров и мультисенсоров.
С использованием синтезированных наноматериалов будет разработана технология получения устойчивых концентрированных дисперсных систем в органических растворителях в присутствии полимерных связующих, удовлетворяющих по своим реологическим характеристикам требованиям, предъявляемым к функциональным чернилам для микроплоттерной печати наноматериалов с сохранением функции высокого разрешения и локального позиционирования материала на поверхность сенсоров и мультисенсоров.
Впервые будет выполнено комплексное изучение хеморезистивных газочувствительных свойств тонкопленочных рецепторных наноматериалов (ZnO)1-x(Ln2O3)x/Pt (Ln = Се3+/4+, Pr3+, Eu3+) к различным неорганическим и VOC’s газам-аналитам, исследовано влияние влажности и УФ-излучения. Будут установлены зависимости хеморезистивных газочувствительных свойств от элементного и фазового состава, микроструктуры и дисперсности полученных рецепторных слоев. На основе полученных данных будет создан мультисенсор на специально разработанном для этого миниатюрном датчике на основе наиболее чувствительных и селективных рецепторных наноматериалов. Использование разработанного алгоритма машинного обучения позволит с большой долей селективности детектировать различные газы-аналиты, что позволит существенно продвинуться в разработке устройств для распознавания отдельных компонентов в сложных газовых смесях.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Аверин А.А., Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т.
Effect of the Addition of Cerium Acetylacetonate on the Synthesis of ZnO Nanopowder
Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 66, No. 5, pp. 638–644 (год публикации - 2021)
10.1134/S0036023621050119
2. Мокрушин А.С., Горбань Ю.М., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. NANOSTRUCTURED ZnO FILMS OBTAINED BY THE AACVD METHOD WITH INCREASED SENSITIVITY TO CO Russian Journal of Inorganic Chemistry (год публикации - 2021)
3. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУР СОСТАВА (ZnO)1-x(Eu2O3)x ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ РЕЦЕПТОРНЫХ СЛОЕВ В СОСТАВЕ ХЕМОРЕЗИСТИВНОГО ГАЗОВОГО СЕНСОРА ШЕСТОЙ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ "НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ ТОМ I, ТОМ 1, с 671, ЦЕНТР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ (АНО ЦНТР), 2020 г., (год публикации - 2020)
4. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ РЕЦЕПТОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ГАЗОВОЙ СЕНСОРИКИ НА ОСНОВЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОКСИДА ЦИНКА XI Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Тезисы докладов конференции, Москва, 2021, с. 171 (год публикации - 2021)
5. Горбань Ю.М., Мокрушин A.C., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. ИЗУЧЕНИЯ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА AACVD НА МИКРОСТРУКТУРУ ПЛЁНОК ZnO XI Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Тезисы докладов конференции, Москва, 2021, с. 240-241 (год публикации - 2021)
6. Артем С. Мокрушин, Илья А. Нагорнов, Татьяна Л. Симоненко, Николай П. Симоненко, Филипп Ю. Горобцов, Тамара В. Хамова, Геннадий П. Копица, Алексей Н. Евзрезов, Елизавета П. Симоненко, Владимир Г. Севастьянов, Николай Т. Кузнецов Chemoresistive gas-sensitive ZnO/Pt nanocomposites films applied by microplotter printing with increased sensitivity to benzene and hydrogen Materials Science and Engineering: B (год публикации - 2021)
7. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко ТЛ., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. ОКСИД ЦИНКА, ДОПИРОВАННЫЙ Eu И Pr: СИНТЕЗ И ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА Сборник тезисов докладов X Всероссийской конференции "КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ", с. 109, Керамика и композиционные материалы: Доклады X Всероссийской конференции. Сыктывкар, 2021. 136 с. (ФИЦ Коми научный центр УрО РАН). (год публикации - 2021)
8. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ И ГАЗОЧУВСВТИЕТЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОИСПЕРСНОГО ОКСИДА ЦИНКА, ДОПИРОВАННОГО Сe, Pr И Eu Сборник тезисов докладов "ВТОРОГО МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА «ХИМИЯ ДЛЯ БИОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, ЭКОЛОГИИ И СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА» ISCHEM 2021", с. 125, (год публикации - 2021)
9. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ НАНОКОМПОЗИТОВ СОСТАВА (ZnO)0.99(Ln2O3)0.01(Ln=Се3+/4+, Pr3+, Eu3+) ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЛОЁВ ХЕМОРЕЗИСТИВНЫХ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ Сборник тезисов докладов "ВТОРОГО МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА «ХИМИЯ ДЛЯ БИОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, ЭКОЛОГИИ И СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА» ISCHEM 2021", с. 131-132, (год публикации - 2021)
10. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Рецепторные наноматериалы на основе оксида цинка для химической газовой сенсорики Сборник тезисов докладов Научной конференции "СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ", с. 87 (год публикации - 2021)
11.
Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т.
Liquid-Phase Growth of Nanocrystalline ZnO Thin Films and Their Gas-Sensitive Properties
Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 67, №4, pp 539–546 (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622040143
12.
Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Горобцов Ф.Ю., Архипушкин И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т.
Gas-sensitive nanostructured ZnO films praseodymium and europium doped: electrical conductivity, selectivity, influence of UV irradiation and humidity
Applied Surface Science, 589, 152974 (год публикации - 2022)
10.1016/j.apsusc.2022.152974
13. Мокрушин А.С., Горбань Ю.М., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Газочувствительные свойства нанокомпозитов на основе оксида цинка XII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, с. 115 (год публикации - 2022)
14. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Нанокомпозиты ZnO/Pt с высокой чувствительностью к NH3 XII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, с. 139-140 (год публикации - 2022)
Публикации
1.
Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Аверин А.А., Симоненко Н.П., Симоненко Т.Л., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т.
Effect of the Addition of Cerium Acetylacetonate on the Synthesis of ZnO Nanopowder
Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 66, No. 5, pp. 638–644 (год публикации - 2021)
10.1134/S0036023621050119
2. Мокрушин А.С., Горбань Ю.М., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. NANOSTRUCTURED ZnO FILMS OBTAINED BY THE AACVD METHOD WITH INCREASED SENSITIVITY TO CO Russian Journal of Inorganic Chemistry (год публикации - 2021)
3. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУР СОСТАВА (ZnO)1-x(Eu2O3)x ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ РЕЦЕПТОРНЫХ СЛОЕВ В СОСТАВЕ ХЕМОРЕЗИСТИВНОГО ГАЗОВОГО СЕНСОРА ШЕСТОЙ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ "НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ ТОМ I, ТОМ 1, с 671, ЦЕНТР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ (АНО ЦНТР), 2020 г., (год публикации - 2020)
4. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ РЕЦЕПТОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ГАЗОВОЙ СЕНСОРИКИ НА ОСНОВЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОКСИДА ЦИНКА XI Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Тезисы докладов конференции, Москва, 2021, с. 171 (год публикации - 2021)
5. Горбань Ю.М., Мокрушин A.C., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. ИЗУЧЕНИЯ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА AACVD НА МИКРОСТРУКТУРУ ПЛЁНОК ZnO XI Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Тезисы докладов конференции, Москва, 2021, с. 240-241 (год публикации - 2021)
6. Артем С. Мокрушин, Илья А. Нагорнов, Татьяна Л. Симоненко, Николай П. Симоненко, Филипп Ю. Горобцов, Тамара В. Хамова, Геннадий П. Копица, Алексей Н. Евзрезов, Елизавета П. Симоненко, Владимир Г. Севастьянов, Николай Т. Кузнецов Chemoresistive gas-sensitive ZnO/Pt nanocomposites films applied by microplotter printing with increased sensitivity to benzene and hydrogen Materials Science and Engineering: B (год публикации - 2021)
7. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко ТЛ., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. ОКСИД ЦИНКА, ДОПИРОВАННЫЙ Eu И Pr: СИНТЕЗ И ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА Сборник тезисов докладов X Всероссийской конференции "КЕРАМИКА И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ", с. 109, Керамика и композиционные материалы: Доклады X Всероссийской конференции. Сыктывкар, 2021. 136 с. (ФИЦ Коми научный центр УрО РАН). (год публикации - 2021)
8. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ И ГАЗОЧУВСВТИЕТЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОИСПЕРСНОГО ОКСИДА ЦИНКА, ДОПИРОВАННОГО Сe, Pr И Eu Сборник тезисов докладов "ВТОРОГО МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА «ХИМИЯ ДЛЯ БИОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, ЭКОЛОГИИ И СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА» ISCHEM 2021", с. 125, (год публикации - 2021)
9. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ НАНОКОМПОЗИТОВ СОСТАВА (ZnO)0.99(Ln2O3)0.01(Ln=Се3+/4+, Pr3+, Eu3+) ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЛОЁВ ХЕМОРЕЗИСТИВНЫХ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ Сборник тезисов докладов "ВТОРОГО МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА «ХИМИЯ ДЛЯ БИОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, ЭКОЛОГИИ И СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА» ISCHEM 2021", с. 131-132, (год публикации - 2021)
10. Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Рецепторные наноматериалы на основе оксида цинка для химической газовой сенсорики Сборник тезисов докладов Научной конференции "СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ", с. 87 (год публикации - 2021)
11.
Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т.
Liquid-Phase Growth of Nanocrystalline ZnO Thin Films and Their Gas-Sensitive Properties
Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 67, №4, pp 539–546 (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622040143
12.
Мокрушин А.С., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Горобцов Ф.Ю., Архипушкин И.А., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т.
Gas-sensitive nanostructured ZnO films praseodymium and europium doped: electrical conductivity, selectivity, influence of UV irradiation and humidity
Applied Surface Science, 589, 152974 (год публикации - 2022)
10.1016/j.apsusc.2022.152974
13. Мокрушин А.С., Горбань Ю.М., Нагорнов И.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Газочувствительные свойства нанокомпозитов на основе оксида цинка XII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, с. 115 (год публикации - 2022)
14. Нагорнов И.А., Мокрушин А.С., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Нанокомпозиты ZnO/Pt с высокой чувствительностью к NH3 XII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии: Тезисы докладов конференции, Москва, с. 139-140 (год публикации - 2022)