Квантово-химический анализ полупроводниковых свойств газочувствительных тонкопленочных материалов на основе SiO2*SnOx*AgO

Известия ЮФУ. Технические науки

Специальный выпуск

Sn2O3 с размерами 14-25 нм и кристаллитов оксида меди CuO с размерами 714нм.

Исследование температурных зависимостей данных пленок показало, что сопротивление пленок уменьшается с повышением температуры, что доказывает полупроводниковый характер данных пленочных образцов. Для данных пленочных образцов была рассчитана энергия активации и ширина запрещенной зоны. Значения энергии активации лежат в диапазоне от 0,11 до 0,84 эВ, а ширина запрещенной зоны составила от 0,78 до 1,12 эВ.

Проводилось исследование образцов данных пленок на чувствительность к диоксиду азота. При действии газа сопротивление пленок понижается, время отклика при этом составляет 30-80 секунд. Последующая продувка камеры воздухом, не содержащим NO2, возвращает сопротивление к исходному значению, время восстановления при этом составляет 1-3 минуты.

Для данных образцов пленок величина газовой чувствительности, время отклика и время восстановления зависят от температуры отжига пленок и содержания основных компонентов в исходном пленкообразующем растворе.

Исследования показали, что пленки обладают лучшей чувствительностью на диоксид азота при комнатной и повышенной температуре (больше 100 °С), при этом более высокими значениями газовой чувствительности обладают пленки с большим содержанием олова в исходном растворе. Чувствительность пленок находится в диапазоне 0,2-0,45 отн.ед.

С повышением концентрации диоксида азота чувствительность пленок падает, что обусловлено насыщением поверхностного слоя газочувствительного материала. При этом максимум величины газовой чувствительности у пленок соответствует концентрации NO2, равной 0,8 ppm.

Таким образом, исследования показали, что на основе пленок состава SiO2(SnOx,CuO) возможно создание газовых датчиков, в частности датчика диоксида азота.

УДК 541.138

Е.В. Воробьев, В.В. Петров, М.Н. Илюшников, Т.Н. Назарова КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СВОЙСТВ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ SIO2*SNOX*AGO

В настоящий момент для предсказания ряда свойств твердых тел, в том числе поверхностных, широко используются квантово-химические расчеты.

Известно, что при легировании наноразмерного материала на основе смеси SiO2 и нестехиометрического оксида олова SnOx некоторыми металлами или их оксидами увеличивается его селективность по отношению к аммиаку. В зависимости от количественного соотношения Sn:Ag тонкопленочные материалы проявляют различную чувствительность и селективность по отношению к молекулам газа. На первом этапе работы была выбрана тетрагональная структура типа рутила, соответствующая основному способу кристаллизации SnO2, в которой один из атомов олова замещен атомом серебра (такой подход возможен с учетом близости их атомных радиусов и за счет дальнейшей оптимизации геометрии). Таким образом, моделировалось поведение кластера с соотношением олова к серебру как 9:1.

Секция химии и экологии

Для выявления влияния структуры кластера на газочувствительные свойства были проведены квантово-химические исследования (с использованием программных пакетов «ADF’06» и «Gaussian’98»). Выбранные методы и модели позволяют оценить и сравнить ряд параметров исследуемой структуры за счет вариации положения с ней атома серебра, а также форму взаимодействия и посадки атома аммиака (на один из атомов Ag или Sn, мостиковая посадка между двумя атомами, между тремя атомами металла (рис. 1). Использовались различные квантово-химические методы расчетов: ab initio, полуэмпирические методы, методы молекулярной механики. Рассчитывались следующие параметры: энергия рассматриваемых структур, распределение электронной плотности, ширина запрещенной зоны, населенность граничных орбиталей. Все расчеты перечисленных выше свойств проводились для оптимизированных структур, геометрические характеристики которых удовлетворительно совпадают с полученными другими авторами на основании как расчетных методов, так и спектральных данных.

На основе расчетов делался вывод о наиболее удачной структуре материала и форме взаимодействия и посадки атома аммиака на структуру SiO2*SnOx*AgO с целью объяснения максимальной чувствительности смеси оксидов кремния и олова, легированных серебром к молекулам газа.

УДК 502.55 (204): 628.19

А.И. Королева, Е.С.Василевская, К.Ф.Булатова ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ И ФОРМ СУЩЕСТВОВАНИЯ МЕДИ (II) В ПРИБРЕЖНЫХ ВОДАХ ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА

В последнее время актуальной является проблема загрязнения ОС тяжелыми металлами. Специалистами по охране ОС среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа. В нее входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как наиболее опасные для здоровья человека и животных.

Нами для эколого-аналитического исследования прибрежных вод Таганрогского залива выбрана медь. Медь - один из важнейших микроэлементов, участвующих в процессе фотосинтеза и влияющих на усвоение азота растениями. Физиологическая активность меди в организме связана главным образом с деятельностью ферментов, в состав которых она входит. Избыток меди в организме приводит к ухудшению состояния тканей печени, почек и мозга.