Исследователи из
Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН впервые
разработали способ формирования планарных (пленочных) структур с помощью
микроэкструзионной печати из оксида никеля, обладающего ценными
полупроводниковыми свойствами. Полученные покрытия демонстрируют высокий
сенсорный отклик при детектировании сероводорода. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (№ 21-73-00288), https://rscf.ru/project/21-73-00288/. Результаты исследований опубликованы в журнале Applied Surface Science.
Оксид никеля является
полупроводниковым материалом, обладающим уникальными оптическими,
каталитическими и электрофизическими свойствами, что позволяет использовать его
в фотовольтаике, энергетике, электронике и газовых сенсорах.
Группа ученых из московских
институтов предложила новую технологию синтеза и нанесения слоев оксида никеля.
Работу прокомментировала один из авторов статьи, научный сотрудник ИОНХ РАН,
кандидат химических наук Татьяна Симоненко: «В нашей работе с помощью
гидротермального метода, когда вещества получают с применением воды в качестве растворителя
при температуре выше 1000С, с использованием нового комплекса никеля,
был получен оксид никеля, частицы которого представляют собой нанолисты. С
использованием чернил на основе таких частиц и пневматической
микроэкструзионной печати были созданы бездефектные полупроводниковые покрытия
на специализированном чипе».
На сегодняшний день пневматическая
микроэкструзионная печать в основном применяется в биопринтинге – печати
органов, клеток или тканей на основе клеточных культур и относится к числу так
называемых аддитивных технологий. При этом она является перспективной и для
создания неорганических материалов благодаря ряду преимуществ перед другими
печатными технологиями (возможность формирования непрерывных линий, фигур при
печати структур сложной геометрии и низкая стоимость).
«Изучение сенсорных
свойств материалов на основе оксида никеля по отношению к сероводороду имеет
большое практическое значение, так как он является одним из наиболее токсичных
газов, выделяющихся в качестве побочного продукта в нефтяной, газовой и целлюлозно-бумажной
промышленности. При воздействии на человека сероводород оказывает негативное влияние
на нервную, пищеварительную и дыхательную системы, а его высокие концентрации
могут приводить к летальному исходу. Мы установили, что при воздействии
сероводорода поверхность нанолистов оксида никеля частично подвергается
необратимым химическим изменениям, в результате чего проводимость покрытия существенно
изменяется. Нам удалось показать, что сформированная планарная структура демонстрирует
высокую чувствительность при детектировании сероводорода, а разработанный подход,
сочетающий гидротермальный синтез и аддитивные технологии, является
перспективным при создании современных компонентов резистивных газовых сенсоров»,
– пояснила Татьяна Симоненко.
Авторы отмечают, что новая
технология формирования полупроводниковых покрытий может использоваться не
только для создания современных газовых сенсоров, но и для формирования
компонентов миниатюрных электрохимических генераторов энергии (в частности
топливных элементов), где также требуется высокая воспроизводимость микроструктурных
и функциональных свойств получаемых слоёв.
Источник:
A.S. Mokrushin, T.L.Simonenko, N.P. Simonenko, P.Yu. Gorobtsov, V.A. Bocharova, M.G. Kozodaev, A.M. Markeev, A.A. Lizunova, I.A. Volkov, E.P. Simonenko, G.I. Tselikov, S.M. Novikov, V.S. Volkov, V.G. Sevastyanov, N.T. Kuznetsov. Microextrusion printing of gas-sensitive planar
anisotropic NiO nanostructures and their surface modification in an H2S
atmosphere. Applied Surface Science. Volume 578, 15 March 2022, 151984.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S016943322103021X
Схема. Сенсорный датчик и покрытие из оксида никеля, нанесенное на него методом пневматической микроэкструзионной печати.