Применение 3D-углеродных материалов

naked-science.ru

naked-science.ru

20 Сентября 2020

Применение 3D-углеродных материалов

Старший преподаватель кафедры строительной физики и химии СПбГАСУ, кандидат химических наук Максим Поляков ведёт исследования структурных и функциональных свойств 3D-материалов на основе углеродных нанотрубок (УНТ).

По его мнению, создание наноструктурированных трёхмерных углеродных структур с контролируемой плотностью и архитектурой – одна из фундаментальных задач нанотехнологии и необходимый шаг для появления функциональных углеродных материалов нового поколения на основе углерода. Эти материалы можно использовать в качестве активных слоёв хемирезистивных газовых сенсоров.

– Исследованием свойств материалов на основе углеродных нанотрубок я занимаюсь около пяти лет. В 2019 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Структурные особенности и сенсорные свойства мезогенных фталоцианинатов, их гибридных и композитных материалов с углеродными нанотрубками». Объединение двух веществ в новый гибридный материал, изучение свойств этого материала – крайне актуальное направление. Под данную тематику в 2018 году был получен грант Фонда фундаментальных исследований, – рассказывает Максим Сергеевич.

– Какие цели вы перед собой ставили?
– Я и мои коллеги из Новосибирска и Турции планировали получить новые гибридные материалы на основе углеродных нанотрубок и полиароматических молекул и сравнить свойства полученных веществ между собой. Мы хотели создать комбинированный, или гибридный, материал с увеличенной проводимостью, ведь углерод хорошо проводит ток. Это может быть полезно, так как позволит использовать более дешёвые приборы для измерения проводимости, поскольку для измерения высокоомных материалов требуется бо́льшая точность, что удорожает измерительный прибор. Кроме того, на основе сравнительного анализа полученных нами данных (предел обнаружения, термостабильность, время жизни сенсора, чувствительность и селективность) будут выбраны плёнки гибридных материалов, которые обладают наилучшими сенсорными свойствами, что впоследствии обеспечит возможность выбора наиболее подходящих материалов для создания сенсорных устройств.

– Что вам удалось выяснить в ходе исследования?

– В ходе экспериментов мы изучали резистивные сенсорные свойства – то есть изменение проводимости вещества при его контакте с газом. Измеряемой величиной являлась проводимость материала, изменяющаяся в ходе взаимодействия плёнки гибридного материала с газообразным веществом (NH3, H2, H2S, CO2). Как показал эксперимент, при напуске газа происходит резкое увеличение сопротивления материала, что говорит о наличии сенсорного отклика на данный газ. Важно, что при продувке чистым воздухом сопротивление возвращается к исходным значениям, а это свидетельствует об обратимости сенсорного отклика. Использование гибридного материала позволило увеличить величину сенсорного отклика более, чем в десять раз по сравнению с откликом исходных углеродных нанотрубок.

Кроме измерения величины сенсорного отклика и его обратимости, важно изучить, как на эти характеристики влияют температура и влажность. Мы провели такие исследования и опубликовали полученные результаты. Другим усовершенствованием эксперимента стала возможность изучения селективности отклика при одновременном введении двух и более газов. Мы исследовали селективность на примере смесей газов аммиак/углекислый газ, аммиак/сероводород, водород/углекислый газ, водород/сероводород.

– Где опубликованы результаты ваших исследований?

– В начале этого года журнал «Applied Surface Science» опубликовал статью, где описаны получение и сенсорные свойства материала на основе УНТ и молекул кумарина. А журнал «Molecules» (изд. MDPI), индексированный в Scopus, опубликовал статью «Гибридный материал для химиорезистивных сенсоров, полученных на основе одностенных углеродных нанотрубок и аксиальнозамещенного фталоцианината кремния IV».

– Чем, на ваш взгляд, химия отличается от других наук? В каком направлении она будет развиваться?
– В широком смысле химия окружает нас повсюду – любой объект состоит из веществ, а вещества и лежат в поле пристального внимания химиков. Например, не прошло и ста лет, как человек научился делать искусственные полимеры, которых не существует в природе, чтобы полимеры прочно вошли в повседневную жизнь, и сегодня без них сложно обойтись (пластмассы, резины, нейлон, капрон и многие другие). Это заслуга химии. Ведь это не просто переработка природного сырья, его очистка, обогащение и прочее: это создание абсолютно новых веществ, изучение их свойств и использование этих свойств на благо человеку. Химия – очень широкая научная область, чтобы выделить одно направление развития. Я вижу, что в настоящее время активно ведутся исследования в области нанообъектов, самых разнообразных гибридных и функциональных материалов, в области биохимии и фармацевтики.

– Поделитесь, пожалуйста, вашими дальнейшими планами.

– Мне бы хотелось продолжить научную работу по электрофизическому исследованию свойств органических полупроводников в широком диапазоне параметров. Глубокое понимание механизмов проводимости молекулярных органических полупроводников послужит необходимым условием для их более широкого применения в области сенсорики.
Источник:  https://www.spbgasu.ru/
Короткая ссылка на новость: https://www.nstar-spb.ru/~cGnCM


Газета «Санкт-Петербургский вестник высшей школы»

Санкт-Петербургский вестник высшей школы

музыкальный вестник