Инновационный Вестник "Современные Нанотехнологии"

Углеродные нанотрубки привлекают все большее внимание науч­но-технической общественности из-за своих экстраординарных свойств, являющихся ре­зультатом уникальной структуры. Углеродные нанотрубки нашли применение в качестве игольчатых щупов сканирующих зондовых микроскопов, в дисплеях с полевой эмиссией, высокопрочных композиционных материалах, электронных устройствах, а также чувстви­тельных элементов газовых сенсоров Углеродные нанотрубки имеют толщину практичес­ки в один молекулярный слой, то есть каждый атом углерода находится на поверхности, и каждый атом взаимодействует с внешней средой и, как следствие этого взаимодействия - изменяются электрофизические характеристики как самих нанотрубок, так и элементов сенсоров на их основе.

За последние несколько лет во ФГУП «НИФХИ им. Л.Я.Карпова» разработана тех­нология термокаталитического синтеза углеродных многостенных нанотрубок с высокой электропроводностью и магнитными свойствами. Нанотрубки обладают высокой термосткойкостью (более 2500° С), прочностью (прессуются без наполнителя при 70 000 атм), химической стойкостью (не рас­творяются в щелочах и «царской водке»). В представленной разработке использованы сорбционные свойства нанотрубок и эффекты изменения электрофизических свойств, в частнос­ти, электрической проводимости, при воздействии на образцы различных газовых сред.

На сегодняшний день устройства газовой сенсорики представляют большой интерес в части создания систем мониторинга окружающей среды, обеспечения защиты и жизне­деятельности населения и опасных объектов при угрозах террористических проявлений. Поиск решений создания газовых систем с улучшенными эксплуатационными характерис­тиками, создания конкурентоспособных аналогов существующих систем, а также расши­рение их функциональных возможностей за счет разработки новых конструктивно-тех­нологических вариантов сенсоров, основанных на применении нетрадиционных для этой области разработок физико-химических принципах и технологических приемах, являются крайне актуальной задачей во всем мире.

Целый ряд устройств газовой сенсорики исполняют с использованием чувствительных материалов на основе полимерных композиционных материалов с углеродными сорбента­ми и качестве наполнителя. Исполнительные элементы таких сенсоров можно достаточно легко сформировать стандартными приемами технологии объемной или поверхностной микрообработки, в отличие от конструктивов на основе одиночных нанотрубок, где не­обходимо высокопрецизионное позиционирование последних относительно контактов. Установлено, что использование полимер-углеродных нанокомпозиционных материалов на основе нанотрубок и различных полимерных связующих весьма перспективно для использования таких материалов в качестве чувствительных материалов газовых сенсоров.

Технологический процесс изготовления чувствительных элементов сенсора заключается в последовательном формировании на подложке функциональных слоев с опреде­ленной топологией: формирование тонкопленочных нагревателей, диэлектрического слоя, контактных площадок и проводящих элементов конструкции, терморезистивного эле­мента, защитного слоя и чувствительного слоя. Технология изготовления сенсора позволяет получать образцы групповыми методами изготовления интегральных микросхем с использованием стандартного технологического оборудования для микро электроники.

Разработанный сенсор подходит для применения в автомобильной, авиационно-кос­мической, газоперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности, в системах жиз­необеспечения замкнутых пространств, на предприятиях добывающих отраслей.

Перспективно применение сенсоров для обнаружения превышение допустимых концентраций химически опасных газов, используемых в технологических процессах на критически важных и потенциально опасных объектах, а также при транспортировке опасных грузов.