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 21-79-00180

НазваниеНанопористые слои на основе модифицированных углеродных нанотрубок и графена для высокоселективного детектирования молекул целевого газа в промышленности и экологическом мониторинге

Руководитель Емельянов Алексей Владимирович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" , г Москва

Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-709 - Нанотранзисторы и другие наноэлектронные приборы элементной базы информационных систем

Ключевые слова графен, углеродные нанотрубки, функционализация, сенсоры газов, нанопоры, высокая селективность, квантово-химическое моделирование

Код ГРНТИ47.13.07

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Определение продуктов реакции при синтезе различных чистых газов, контроль при очистке природного газа, анализ выбросов на промышленных предприятиях и мусороперерабатывающих станциях являются актуальными задачами, требующими анализа небольших концентраций целевого газа в смеси других газов. Актуальным на сегодняшний день решением проблемы распознавания газов в смеси является использование мультисенсорных систем, для которых необходимо обеспечение варьируемой перекрестной чувствительности отдельных датчиков массива к целевым газам. Это может быть реализовано за счёт применения газочувствительных слоёв на основе углеродных наноматериалов, подвергнутых химической и структурной модификации. Химическая модификация включает функционализацию материала активного слоя или создания нанокомпозитов и является активно развивающимся направлением. В рамках настоящей работы будут разработаны методы направленной функционализации слоёв УНТ и графена, в том числе, в области контактов, для изменения вкладов различных механизмов отклика (поверхности и контактов) на целевые газы. Также будут сформированы композитные слои, содержащие УНТ и графен, функционализированные различными типами органических групп. Другим менее исследованным направлением является структурная модификация чувствительных слоёв, заключающаяся, например, в применении нанопористых материалов для обеспечения различий в сорбции различных газов на чувствительный слой и повышающая его селективность. В литературе нанопористые материалы обычно рассматриваются в контексте задач по разделению газов и других веществ и основаны, в большей мере, на размерном факторе. Этот подход подразумевает формирование нанопористых мембран с размерами пор менее 2 нм, что сопряжено со сложностью реализации высокой концентрации пор такого размера и, как следствие, приводит к недостатку эффективности разделения молекул целевого газа. Для решения данной проблемы и эффективного применения нанопористой структуры в качестве чувствительного слоя, в данной работе предлагается формирование пор с размерами менее 50 нм, что технологически проще, с последующей их функционализацией для контролируемого уменьшения эффективного сечения вплоть до размеров менее 2 нм путем применения функциональных групп и молекулярных структур, способных эффективно взаимодействовать с целевыми молекулами газов. Формирование нанопористых слоев будет реализовано с помощью контролируемой модификации графена фемтосекундным лазером и фокусированным ионным пучком, а также однородного нанесения сеток УНТ и функционализированного графена с последующим формированием различных функциональных групп, уменьшающих эффективный размер пор в таких структурах. При этом функциональные группы будут обеспечивать повышенную селективность не только благодаря размерному фактору, но и селективному взаимодействию с аналитами. Оценка эффективности предложенных методов модификации чувствительных слоёв будет осуществляться путем сравнения резистивного отклика на используемые в промышленности газы (NH3, H2S, NO2, CO2 и т.д.) структур с проведенной модификацией со структурами в отсутствие подобной модификации. Также будет проведен анализ механизмов сорбции молекул на функционализированную и первоначальную поверхности посредством полуэмпирических и ab initio методов квантово-химического моделирования. Таким образом, в работе предлагается формирование массивов сенсорных структур с большим количеством нанопор и использование различия в эффективности сорбции на активном слое в совокупности с применением методов функционализации поверхности различными группами для увеличения селективности отклика на исследуемые газы, что в настоящий момент не в полной мере решено в рамках определения малой концентрации молекул целевого газа в смеси.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---