Abstract: Определение токсичных паров и газов атмосфере требуют высокой чувствительности, быстрого отклика/регенерации при комнатной температуре, а также высокой селективности. Кроме того, немаловажным фактором является дешевизна и простота технологического процесса производства для их практического применения. Применение немодифицированных углеродных нанотрубок (УНТ) в качестве газовых сенсоров хорошо изучено в литературе. Однокомпонентные сенсоры на основе УНТ как правило показывают невысокую селективность, а также относительно высокие рабочие температуры (150-300 °С). Разработка многокомпонентых гибридных материалов в качестве чувствительного элемента позволяет усилить слабые стороны индивидуальных компонентов, достигая повышенной чувствительности и улучшенной кинетики отклика и регенерации материалов. В настоящей работе предлагается создание резистивных газовых сенсоров на основе тонких пленок одностенных УНТ. Для увеличения сенсорного отклика использованы нековалентная модификация ОУНТ с использованием простых веществ (сера, фосфор), бинарных неорганических соединений (сульфиды фосфора) и сложных органических молекул. Было показано, что введение второго компонента приводит к следующим основным эффектам: (1) изменению зарядового состояния в системе, (2) уменьшение влияния объемных процессов при адсорбции анализируемого газа и (3) формирование рецепторного слоя на поверхности УНТ. Модификация ОУНТ серой, фосфором и сульфидами фосфора оказывает наиболее сильное влияние на кинетику отклика и регенерации за счет интеркаляции в пространство внутри и между нанотрубками. Нанесение каликсаренов позволяет создать слой, который специфично взаимодействует с молекулами по механизму гость-хозяин. Последний случай осуществляется за счет нанесения донорных (тетратиафульвален) и акцепторных (тетрацианохинодиметан) молекул, которые позволяют улучшать или уменьшать чувствительность к молекулам в зависимости от их природы путем настройки взаимодействия с переносом заряда в системе. Полученные гибридные материалы обладают высокой к диоксиду азота (0,1-0,5% ppb-1), небольшими характерными временами (от 30 до 5 мин) и относительно невысокой рабочей температуре (75-150 °С).

Cite: Сысоев В.И. , Ворфоломеева А.А. , Гурова О.А. , Лаврухина С.А. , Булушева Л.Г. , Окотруб А.В.
Гибридные материалы на основе углеродных нанотрубок для газовых сенсоров
VII международный Российско-Белорусский семинар-конференция «Новые наноматериалы и их электромагнитные свойства» 11-15 сент. 2023