Области применения, структура и принцип действия высокочувствительных датчиков газа. Металоксидные датчики на основе оксидов молибдена. Описание природы и свойств MoO3, MoO2, Mo2O5. Перспектива их использования. Оксидные соединения молибдена, его синтез.
Аннотация к работе
Необходимость разработки реальных систем с управляемым уровнем чувствительности к различным внешним воздействием связана с изучением элементарных физико-химических процессов протекающих на поверхности полупроводниковых оксидов металлов, с последующим использованием полупроводниковых сенсоров в качестве высокочувствительных датчиков. В качестве преимущества работы с полупроводниковыми сенсорами можно выделить такие характеристики как миниатюрность, высокая чувствительность, быстродействие и низкая стоимость. газ оксид молибден синтез Среди устройств, содержащих в качестве регистрирующего элемента оксид молибдена, а выразившись более точно, его тонкий слой (пленку), к применению можно рекомендовать светоперераспределяющие фильтры, электрохромные зеркала, а также электрохромные и фотохромные дисплеи. А именно, в качестве каталитически активных материалов в процессах окисления, катодных материалов в химических источниках тока, оптических устройств, сенсоров для контроля содержания газов в атмосфере и, кроме того, существенно увеличивают коррозийную стойкость и защитную способность в ряде коррозийных сред. Оксиды переходный металлов, в частности оксида молибдена, нашли применение в качестве материалов селективных поверхностно-ионизационных источников ионов органических соединений в приборах газового анализа для детектирования физиологически опасных веществ, для экологического мониторинга окружающей среды, систем охранной и пожарной безопасности.Исследования влияния адсорбции газов на электрофизические характеристики полупроводников, начатые в 40-х годах прошлого столетия в связи с развитием полупроводниковой техники, поставили и обратную задачу - детектировать газовые примеси по изменению электрофизических характеристик полупроводника. Применение полупроводников для определения концентрации газов основано на изменении проводимости этих веществ при обратимой хемосорбции активных газов. Это, в первую очередь, материал сенсора, так как разные оксиды имеют различную энергию связи кислорода с решеткой оксида, и чем эта связь будет слабее, тем легче хемосорбированный кислород будет входить в реакцию окисления и заметнее влиять на модуляцию проводимости полупроводника. Сенсоры с наименьшей толщиной активного слоя (?0,1?0,2 мкм) обладают максимальной чувствительностью при минимальной рабочей температуре полупроводника. В случае постепенного падения чувствительности сенсора, восстановление его чувствительности до исходного состояния обеспечивается импульсным режимом работы сенсора, который заключается в периодическом переключении мощности, подаваемой на нагреватель, из рабочего режима в режим прокаливания и обратно.Изза своей слоистой структуры и благодаря свойству пары ионов MOVI/MOV , данный оксид представляет интерес для использования в электрохимических устройствах и дисплеях. 4) Действием на молибдена диоксидом углерода: Mo 2СО2>MOO2 2СО Получается в виде темно-фиолетового порошка при дегидратации гидроксида молибдена в токе газообразного СО2 (или азота), а также разложением соединений Mo2O(SO4)2, Mo2O(C2O4)2 в токе азота. Устройства на основе оксида молибдена могут быть рекомендованы к использованию в качестве электрохромных и фотохромных дисплеев, электрохромных зеркал или светоперераспределяющих фильтров, сенсоров для контроля содержания газов в атмосфере. Это затрудняет изучение электрохимических свойств этих материалов, а особенности электронного строения внешних энергетических уровней атомов молибдена обуславливает многообразие форм его соединений, в которых молибден проявляет переменную валентность от двух до шести.Молибденовая синь образуется в виде коллоидного раствора при частичном восстановлении молибденовой кислоты или молибдатов, а также при осторожном окислении соединений молибдена низшей валентности. Молибденовая синь представляет собой смесь оксидов молибдена различных степеней окисления, не превышающих значение 6. Щелочи разлагают молибденовую синь, а сильные кислоты растворяют. Реакция образования молибденовой сини , протекающая при взаимодействии молибденовых соединений с различными восстановителями, относится к весьма чувствительным аналитическим реакциям.Современное состояние химического контроля воздушной среды мало соответствует перспективам, которые дает анализ полупроводниковых химических сенсоров.
Вывод
Молибденовая синь образуется в виде коллоидного раствора при частичном восстановлении молибденовой кислоты или молибдатов, а также при осторожном окислении соединений молибдена низшей валентности. Эти синие растворы не получаются в щелочных и сильно кислых растворах. Молибденовая синь представляет собой смесь оксидов молибдена различных степеней окисления, не превышающих значение 6. Испарение такого золя дает черный осадок. Молибденовая синь достаточно устойчива в присутствии кислорода воздуха. Щелочи разлагают молибденовую синь, а сильные кислоты растворяют. Реакция образования молибденовой сини , протекающая при взаимодействии молибденовых соединений с различными восстановителями, относится к весьма чувствительным аналитическим реакциям. В некоторых случаях она позволяет обнаружить такие ничтожно-малые количества вещества, которые другими химическими реакциям обнаружить не удается. Такой резко выраженной реакционной способностью обладают комплексные соединения молибденовой кислоты с фосфорной, мышьяковой и кремневой кислотой. Определение основано на образовании молибденовой сини при взаимодействии фосфат-иона с молибдатом аммония в присутствии восстановителя и последующем фотометрическом анализе окрашенного соединения. Мышьяк определяют по окраске молибденовой сини, образующейся при восстановлении арсеномолибдата аммония. На развитие и интенсивность окраски молибденовой сини существенное влияние оказывают двухвалентное железо и сульфит натрия; с увеличением концентрации двухвалентного железа (до определенного предела) окраска резко усиливается.Современное состояние химического контроля воздушной среды мало соответствует перспективам, которые дает анализ полупроводниковых химических сенсоров. Металлооксидные сенсоры находят свое применение во многих областях, однако их разработка и улучшение требует определенных затрат и времени на исследование. Несмотря на то, что разработка методов направленного синтеза новых композиционных покрытий на основе оксидов переходных металлов и интенсивные исследования в области сенсорного анализа являются одними из приоритетных направлений современной науки, можно только надеяться, что в будущем полупроводниковые химические сенсоры займут достойное и постоянное место в газовом анализе.
Список литературы
1. Васильев, А. А. Физико-химические принципы конструирования газовых сенсоров на основе оксидов металлов и структур металл/твердый электролит/полупроводник : автореферат.
2. Гаман, В. И. Физика полупроводниковых приборов.
3. Захарова, Г. С .Журнал аналитической химии. - 2013. - Т. 68, № 1. [С. 53-59].
4. Калинина, Л. Н. МДП-сенсоры с различными металлическими и диэлектрическими слоями / Л. Н. Калинина, А. В. Литвинов, И. Н. Николаев // Датчики и системы. - 2011. - № 2. [ С. 20-24].
5. Калинина, Л. Н. Особенности динамических характеристик МДП-сенсоров / Л. Н. Калинина, А. В. Литвинов, И. Н. Николаев // Датчики и системы. - 2010. - № 6. [ С. 12-16].
6. Куданович, О. Н. Газовые термоэлектрические и металлооксидные микросенсоры на основе тонкопленочных WO3, NIO и микропрофилированных подложек из Al2O3 : автореферат.
7. Мясников И. А. Полупроводниковые сенсоры свободных радикалов и молекул кислорода в жидких полярных средах / И. А. Мясников, Л. А. Обвинцева, А. П. Сысоева // Журн. физ. химии - 2004. - Т. 78, № 2. [ С. 241].
8. Обвинцева, Л. А. Полупроводниковые металлооксидные сенсоры для определения химически активных газовых примесей в воздушной среде / Л. А. Обвинцева // Рос. хим. журн. - 2008. - Т. 52, № 2. [ С. 113-121].
9. Соломянский, А. Е. Формирование и свойства наноструктурированных композиционных покрытий на основе органических амфифильных соединений и неорганических наночастиц : автореферат.