Разработка высокочувствительных сенсорных устройств с длительным сроком службы для обнаружения паров сжиженных углеводородных газов (СУГ) – актуальная задача в области безопасности и контроля окружающей среды. Традиционные сенсорные технологии часто сталкиваются с проблемами низкой чувствительности, медленного отклика или высокой стоимости. Существующие в настоящее время способы получения сульфида цинка обладают недостатками либо технологическими (экологически вредное производство с высокими временными и энергетическими затратами), либо связанными с качеством конечного продукта. В совместной работе сотрудников ФИЦ ПХФ и МХ РАН и Химического факультета Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону) представлен новый подход к созданию активного слоя резистивных сенсоров СУГ на основе нанокомпозитов на основе сульфида цинка (ZnS). Термолиз фумарата цинка и его комплексов с различными гетероциклическими лигандами (2,2′-дипиридил, 1,10-фенантролин и 4′-фенил-2,2′:6′,2″-терпиридин) в присутствии тиомочевины позволил получить металлополимерные нанокомпозиты на основе ZnS. Температура и режим термолиза позволяют регулировать морфологию, топографию и дисперсность образующихся частиц. Кристаллическая структура одного из комплексов, а именно фумарата цинка с 4′-фенил-2,2′:6′,2″-терпиридином, согласно рентгеноструктурному анализу представляет собой одномерный координационный полимер, в котором узлы Zn(II) связаны через фумаратовые лиганды. Рентгенофазовый анализ показал высокую фазовую чистоту и узкое распределение размеров частиц во всех продуктах термолиза, содержащих сульфид цинка. Полученные нанокомпозиты были использованы для создания сенсоров СУГ, работающих при комнатной температуре. Эти сенсоры продемонстрировали достаточно хорошие характеристики: время отклика от 4,8 до 7,2 секунд и время релаксации от 8,3 до 17,4 секунд. Кроме того, сенсоры показали высокую стабильность работы в течение как минимум 45 дней, с максимальным расхождением показаний всего в ~2.8%. Таким образом, разработанные сенсоры на основе нанокомпозитов ZnS обладают значительным потенциалом для использования в качестве чувствительных элементов для мониторинга СУГ, предлагая высокую чувствительность, быстроту отклика и долговременную стабильность работы. Данный подход открывает новые перспективы для создания эффективных и недорогих газовых сенсоров. В работе принимали участие исследователи ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Роза Баймуратова, Гульжиан Джардималиева – лаборатория полимеров ОПиКМ, Денис Корчагин – лаборатория структурной химии, Дмитрий Черняев – лаборатория полимерных резистов в коллаборации с коллегами из Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону) Uflyand I. E., Baimuratova R. K., Korchagin D. V., Dzhardimalieva G. I. [1,2], Chernyayev D. A., Zhinzhilo V.A. // Preparation of ZnS-based Nanocomposites by Thermolysis of Zinc-containing Monomers in the Presence of Thiourea: Their Characterizations and LPG Sensing Applications. // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 21 November 2024 Q-2, IF = 3,9 https://link.springer.com/article/10.1007/s10904-024-03514-5 |
Разработка высокочувствительных сенсорных устройств с длительным сроком службы для обнаружения паров сжиженных углеводородных газов (СУГ) – актуальная задача в области безопасности и контроля окружающей среды. Традиционные сенсорные технологии часто сталкиваются с проблемами низкой чувствительности, медленного отклика или высокой стоимости. Существующие в настоящее время способы получения сульфида цинка обладают недостатками либо технологическими (экологически вредное производство с высокими временными и энергетическими затратами), либо связанными с качеством конечного продукта. В совместной работе сотрудников ФИЦ ПХФ и МХ РАН и Химического факультета Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону) представлен новый подход к созданию активного слоя резистивных сенсоров СУГ на основе нанокомпозитов на основе сульфида цинка (ZnS).
Термолиз фумарата цинка и его комплексов с различными гетероциклическими лигандами (2,2′-дипиридил, 1,10-фенантролин и 4′-фенил-2,2′:6′,2″-терпиридин) в присутствии тиомочевины позволил получить металлополимерные нанокомпозиты на основе ZnS. Температура и режим термолиза позволяют регулировать морфологию, топографию и дисперсность образующихся частиц. Кристаллическая структура одного из комплексов, а именно фумарата цинка с 4′-фенил-2,2′:6′,2″-терпиридином, согласно рентгеноструктурному анализу представляет собой одномерный координационный полимер, в котором узлы Zn(II) связаны через фумаратовые лиганды.
Рентгенофазовый анализ показал высокую фазовую чистоту и узкое распределение размеров частиц во всех продуктах термолиза, содержащих сульфид цинка. Полученные нанокомпозиты были использованы для создания сенсоров СУГ, работающих при комнатной температуре. Эти сенсоры продемонстрировали достаточно хорошие характеристики: время отклика от 4,8 до 7,2 секунд и время релаксации от 8,3 до 17,4 секунд. Кроме того, сенсоры показали высокую стабильность работы в течение как минимум 45 дней, с максимальным расхождением показаний всего в ~2.8%.
Таким образом, разработанные сенсоры на основе нанокомпозитов ZnS обладают значительным потенциалом для использования в качестве чувствительных элементов для мониторинга СУГ, предлагая высокую чувствительность, быстроту отклика и долговременную стабильность работы. Данный подход открывает новые перспективы для создания эффективных и недорогих газовых сенсоров.
В работе принимали участие исследователи ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Роза Баймуратова, Гульжиан Джардималиева – лаборатория полимеров ОПиКМ, Денис Корчагин – лаборатория структурной химии, Дмитрий Черняев – лаборатория полимерных резистов
в коллаборации с коллегами из Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону)
Uflyand I. E., Baimuratova R. K., Korchagin D. V., Dzhardimalieva G. I. [1,2], Chernyayev D. A., Zhinzhilo V.A. // Preparation of ZnS-based Nanocomposites by Thermolysis of Zinc-containing Monomers in the Presence of Thiourea: Their Characterizations and LPG Sensing Applications. // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 21 November 2024 Q-2, IF = 3,9
https://link.springer.com/article/10.1007/s10904-024-03514-5