Abstract: Экспресс-анализ качества воздуха является одной из ключевых технологий во многих сферах жизнедеятельности человека, что повышает спрос на разработку портативных газовых сенсоров. Особое внимание привлекают резистивные газовые сенсоры, которые отличаются низкой стоимостью и энергопотреблением, простотой регистрации сигнала, а также возможностью интеграции в электронные схемы. Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) демонстрируют высокую удельную площадь поверхности и проводимость, а также способность отдавать/принимать электроны, что делает их прекрасной платформой для создания эффективных чувствительных материалов для резистивных газовых сенсоров [1]. В настоящем работе, мы предлагаем методику создания гибридного материала на основе ОУНТ с органическими допантами для применения в чувствительных элементах газовых сенсорах. Осаждение органических допантов позволяет регулировать концентрацию, подвижность носителей зарядов в ОУНТ и не приводит к образованию дефектов и структурных деформаций. В качестве платформы использованы ОУНТ, состоящие из хорошо диспергированных пучков диаметром менее 30 нм, которые образуют сетку с низкой плотностью. В предыдущих работах нами показано, что такой сенсор обладает превосходными характеристиками для детектирования NO2 при 150 °C [2,3]. Для нековалентной модификации ОУНТ использованы тетратиафульвален (TTF) в качестве донора электронов или тетрацианохинодиметан (TCNQ) в качестве сильного акцептора электронов, которые приводят к n- или p-допированию ОУНТ [4]. Электронное состояние и взаимодействие компонентов гибридного материала изучено с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. TTF/ОУНТ обладает улучшенными сенсорными свойствами по отношению к молекулам NO2, показывая чувствительность 157%/ppm при 95 °C. Напротив, TCNQ/ОУНТ показывает низкую чувствительность к акцепторному газу, однако позволяет обнаруживать NH3 с чувствительностью −4%/ppm при 90 °C. Квантово-химические расчеты показали, что результат достигается за счет донорно-акцепторных взаимодействий между органическими молекулами и ОУНТ, увеличивающих значения переноса заряда между ОУНТ и молекулами аналита. Данный подход рационального конструирования гибридного материала с тонкой настройкой уровня допирования углеродного материала позволяет регулировать чувствительность, увеличивать селективность или уменьшать интерференцию аналитов.

Cite: Сысоев В.И. , Федосеева Ю. , Семушкина Г.И. , Лаврухина С.А. , Герасева Т.А. , Булушева Л.Г. , Окотруб А.В.
Амфотерная настройка сенсорных свойств одностенных углеродных нанотрубок с использованием органических допантов
In compilation Тезисы докладов Пятой российской конференции «Графен: молекула и 2D-кристалл». – ИНХ СО РАН., 2025. – ISBN 978-5-90168-855-7. DOI: 10.26902/Graphene-25-018

Identifiers: No identifiers

Citing: Пока нет цитирований

Altmetrics: