Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Выполненные работы 1. Было проведено исследование возможности снижения температур мягкой термической обработки при формировании плёнок оксида цинка. Для этого экспериментально были исследованы образцы, полученные при различных значениях температуры дополнительного подогрева и продолжительности ультрафиолетового отжига. Экспериментально были подобраны условия, позволяющие в узком диапазоне температур получить аморфные полупроводниковые плёнки ZnO, демонстрирующие оптическую щель в спектре поглощения, как с помощью мягкого термического воздействия, так и комбинированного. Для выбранных условий он составил 120 – 140 °С: при 120 °С ни комбинированная (120 T+UV), ни термическая (120 T) обработки не приводили к полупроводниковому типу поглощения излучения; при 130 °С только фотоотжиг (130 T+UV) позволил получить плёнку с шириной запрещенной зоны 3.32 эВ; обработка при 140 °С позволила сформировать полупроводниковые плёнки с ΔEg = 3.27 эВ как комбинированной (140 T+UV), так и термической обработкой (140 T), спектрофотометрически не отличимые друг от друга. 2. Было проведено исследование плёнок оксида цинка, полученных при низких температурах мягкого термического воздействия, методами рентгеновского фазового анализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). 3. Исследованы корреляционные зависимости между условиями синтеза плёнок оксида цинка, фазовым составом, микроструктурой, химическим составом приповерхностной области и объёма материала. 4. Исследована возможность получения неферментативного сенсора глюкозы на основе полученных чистых и модифицированных плёнок оксида цинка. 5. Разработана методика иммобилизации биоматрицы на поверхности пленок оксида цинка, осажденных на гибких подложках. 6. Исследованы процессы иммобилизации биоматрицы на поверхности пленок оксида цинка методом ИК-Фурье спектроскопии. 7. Разработаны и изготовлены лабораторные образцы чувствительных элементов биосенсоров глюкозы на гибких подложках. 8. Разработана методика измерения концентрации глюкозы разработанными гибкими чувствительными элементами в эталонных растворах. 9. Исследована зависимость электрического сопротивления чувствительных элементов биосенсоров и величины протекающего электрического тока при постоянном напряжении от концентрации молекул глюкозы в эталонных растворах в дистиллированной воде. Было установлено, что изменение концентрации глюкозы в дистилляте в диапазоне 1 – 20 ммоль/л не приводит к изменению электрического сопротивления всех образцов (удельное поверхностное электрическое сопротивление образцов в зависимости от технологических режимов получения плёнок составляло 20 – 35 МОм). 10. Получены зависимости величины электрического тока от концентрации молекул аналита в эталонных растворах. 11. Научный коллектив участвовал в двух конференциях с представлением результатов работы над проектом. 12. Разработаны практические рекомендации по применению полученных результатов в области сенсорики и медицины. Полученные научные результаты 1. Результаты рентгеновского фазового анализа (дифрактограммы) образцов, полученных при мягких условиях синтеза. Установлено, что при малых температурах дополнительного подогрева (120 – 140 градусов Цельсия) рефлексов фазы вюрцита не возникает, образцы либо рентгеноаморфны, либо содержат фазу слоистого основного ацетата цинка. 2. Результаты рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии образцов, полученных при мягких условиях синтеза. На основе этих результатов установлено, что плёнки, полученные комбинированной обработкой при температурах выше 130 °С и термической выше 140 °С представляют собой систему аморфных оксида и гидроксида цинка с разным соотношением фаз. 3. Спектры поглощения образцов в координатах Тауца. На их основе было установлено, что комбинированная обработка при температурах выше 120 °С приводит к появлению в спектре оптической щели, энергия которой соответствует кристаллам оксида цинка. Термическая обработка приводит к формированию оптической щели при температурах выше 130 °С. 4. Физико-химические модели перехода ацетата и оксоацетатов цинка в золь-гель плёнках при комбинированной мягкой термической и ультрафиолетовой обработке. 5. Методика ковалентной иммобилизации биоматрицы на поверхности пленок оксида цинка, сформированных на гибких подложках. 6. Физико-химические модели процессов иммобилизации биоматрицы на поверхности ZnO. 7. Лабораторные образцы чувствительных элементов биосенсоров глюкозы на гибких подложках. 8. Методика измерения концентрации глюкозы разработанными (ферментативный и неферментативный) биосенсорными элементами. 9. Зависимости электрического сопротивления чувствительных элементов биосенсоров и величины протекающего через них электрического тока от концентрации молекул глюкозы в эталонных растворах. Было установлено отсутствие существенного изменения значения электрического сопротивления в диапазоне концентраций глюкозы 1 – 20 ммоль/л. 10. Зависимости величины электрического тока от концентрации молекул аналита в эталонных растворах. 11. Корреляционные зависимости «нанодизайн пленок ZnO» - «биосенсорные свойства». На основе полученных корреляций были выбраны наиболее «мягкие» условия получения биосенсорных структур, при которых наблюдается сравнимый по величине отклик с образцами, полученными традиционным золь-гель методом (комбинированная обработка с температурой дополнительного подогрева 140 градусов Цельсия). 12. Участие руководителя в научной конференции с представлением научно-технических результатов проекта. 13. Разработаны рекомендации по применению результатов проекта в областях гибкой электроники, сенсорики и медицины.