Диссертация

Работа посвящена синтезу газочувствительных композитов \"полупроводник - стабилизатор - катализатор\" в системах SnO2/WO3 - SiO2/GeO2 - MnOx и исследованию закономерностей \"состав - структура - свойства\". Исследуемые образцы получены методами химического осаждения и распылительного пиролиза в пламени. Исследование параметров микроструктуры, фазового состава, химического состояния и распределения элементов в образцах проведено при помощи комплекса физико-химических методов анализа: рентгеновской дифракции, спектроскопии комбинационного рассеяния, УФ-видимой спектроскопии, спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, низкотемпературной адсорбции азота, электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентной спектроскопии и др. При помощи in situ методов исследованы сенсорные свойства синтезированных образцов по отношению к газам восстановителям (CO, NO, NH3, летучие органические соединения) в условиях сухого (относительная влажность <1%) и влажного (относительная влажность 30-90%) воздуха. Установлено, что при одновременном формировании твердых фаз полупроводника и модификатора достигается эффективная стабилизация микроструктуры полупроводникового оксида оксидами кремния или германия за счет эффекта диффузионного торможения роста кристаллитов полупроводниковой фазы. Показано, что для модуляции сенсорного отклика газочувствительных композитов на основе SnO2 или WO3 при модификации оксидами марганца необходимо формирование активных центров Mn(III)/Mn(IV) на поверхности частиц полупроводника, что требует создания условий, препятствующих образованию твердых оксидов, содержащих Mn(II). Реализация процессов, ответственных за формирование сенсорного отклика, зависит от концентрации активных центров Mn(III)/Mn(IV) на поверхности полупроводникового оксида. Введение двух модификаторов - стабилизатора микроструктуры и катализатора - обеспечивает совместный эффект в увеличении чувствительности при детектировании газов-восстановителей при первоначальном формировании композитов с аморфным SiO2 или GeO2 с последующей и модификацией MnOx до 2.5 раз при детектировании в сухом воздухе и до 10 раз при детектировании во влажном воздухе относительно немодифицированного SnO2. Синтезированные композиты SnO2/SiO2/MnOx и SnO2/GeO2/MnOx представляют практический интерес для детектирования паров бензола на уровне предельно допустимых концентраций. Также в ходе работы разработан способ анализа содержания и распределения марганца между поверхностью и кристаллической структурой SnO2 в композитах SnO2/MnOx.