Создана новая технология изготовления материалов для современных газовых сенсоров и устройств альтернативной энергетики
Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН впервые разработали способ формирования планарных (пленочных) структур с помощью микроэкструзионной печати из оксида никеля, обладающего ценными полупроводниковыми свойствами. Полученные покрытия демонстрируют высокий сенсорный отклик при детектировании сероводорода. Работа поддержана грантом Российского научного фонда. Результаты исследований опубликованы в журнале Applied Surface Science.
Оксид никеля является полупроводниковым материалом, обладающим уникальными оптическими, каталитическими и электрофизическими свойствами, что позволяет использовать его в фотовольтаике, энергетике, электронике и газовых сенсорах.
Группа ученых из московских институтов предложила новую технологию синтеза и нанесения слоев оксида никеля. Работу прокомментировала один из авторов статьи, научный сотрудник ИОНХ РАН, кандидат химических наук Татьяна Симоненко: «В нашей работе с помощью гидротермального метода, когда вещества получают с применением воды в качестве растворителя при температуре выше 1000С, 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».
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 является перспективной и для создания неорганических материалов благодаря ряду преимуществ перед другими печатными технологиями (возможность формирования непрерывных линий, фигур при печати структур сложной геометрии и низкая стоимость).
«Изучение сенсорных свойств материалов на основе оксида никеля по отношению к сероводороду имеет большое практическое значение, так как он является одним из наиболее токсичных газов, выделяющихся в качестве побочного продукта в нефтяной, газовой и целлюлозно-бумажной промышленности. При воздействии на человека сероводород оказывает негативное влияние на нервную, пищеварительную и дыхательную системы, а его высокие концентрации могут приводить к летальному исходу. Мы установили, что при воздействии сероводорода поверхность нанолистов оксида никеля частично подвергается необратимым химическим изменениям, в результате чего проводимость покрытия существенно изменяется. Нам удалось показать, что сформированная планарная структура демонстрирует высокую чувствительность при детектировании сероводорода, а разработанный подход, сочетающий гидротермальный синтез и аддитивные технологии, является перспективным при создании современных компонентов резистивных газовых сенсоров», – пояснила Татьяна Симоненко.
Авторы отмечают, что новая технология формирования полупроводниковых покрытий может использоваться не только для создания современных газовых сенсоров, но и для формирования компонентов миниатюрных электрохимических генераторов энергии (в частности топливных элементов), где также требуется высокая воспроизводимость микроструктурных и функциональных свойств получаемых слоёв.