Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Определение содержания СО и NH₃ - необходимый элемент контроля состояния окружающей среды. Возможность проведения такого анализа на полупроводниковых материалах имеет важнейшее достоинство – легкость миниатюризации его средств в отличие от существующих оптических, хроматографических и др. методов. Исследование поверхности алмазоподобных полупроводников, мало изученных в таком аспекте, играющей определяющую роль во многих протекающих на них процессах, является приоритетным для творческого коллектива кафедры физической химии ОмГТУ. Перспективность использования таких материалов и при этом практическое отсутствие сведений об их поверхностных свойствах придают особую актуальность исследованиям.

Перед нами стояли следующие задачи: выбрать способ и получить пленки CdS, определить рН-изоэлектрического состояния, адсорбционную способность по отношению к оксиду углерода (II) и аммиаку (т.е. оценить возможность создания сенсоров – датчиков экологического назначения).

Определение рН-изоэлектрического состояния проводили методом гидролитической адсорбции[1]. Результаты представлены в виде зависимостей DрН=¦(рН₀) (рис.1).

Рисунок 1. рН-изоэлектрического состояния  CdS, экспонированного на воздухе и в атмосфере аммиака

Значение рН-изоэлектрического состояния поверхности CdS после экспонирования на воздухе отвечает слабокислой области: составляет 6,6. Для предварительного выяснения чувствительности данного материала к оксиду углерода (II), аммиаку и, как следствие, возможности использования в полупроводниковых сенсорах – датчиках прослежено за изменением pH-изоэлектрического состояния после экспонирования в этих газах. Оксид углерода (II) получали каталитическим разложением в вакууме муравьиной кислоты, аммиак – разложением аммонийных солей оксидом кальция с последующей очисткой выделяющихся газов по стандартным методикам[3].

Порошок сульфида кадмия помещали в реактор вакуумной установки [2], подвергали термовакуумированию. Затем выдерживали в газе (P = 133,3 Па) в течение 48 часов и определяли значение pH-изоэлектрического состояния. Так в NH₃ оно составило 7,5, что на 0,9 больше, по сравнению с pH- изоэлектрического состояния исходной поверхности. Это позволило предположить высокую чувствительность сульфида кадмия к NH₃.

Предположение нашло подтверждение в дальнейших адсорбционных исследованиях методом пьезокварцевого микровзвешивания, который имеет ряд преимуществ: высокая чуствительность, достигающая 2,5 МГц¤м²(разрешающая способность масс-чувствительных резонаторов - 10^-11 г/см²Гц); универсальность; работоспособность в широком диапазоне температур; независимость результатов измерений от значения силы тяжести и положения в пространстве; малые габариты и размеры; возможность применения для измерений в вакууме.

Пленки сульфида кадмия получали методом термического испарения в вакууме 1,33*10^-4 Па. Толщину пленок после напыления и массу адсорбированного вещества определяли по изменению частоты пьезокварцевого элемента по формуле Dm = r(NS¤f₀²)Df (r - плотность кварца; N – частотный коэффициент кварцевой пластины; S – геометрическая поверхность электродов; f₀ – собственная частота колебаний кварцевой пластины; Df – изменение частоты колебаний).

Перед измерениями образцы подвергали термовакуумной обработке в соответствующих режимах, выбор которых определялся физико-химическими свойствами адсорбентов и пьезокварцевых резонаторов. Исследования проводили в интервале температур 273 К – 420 К и давлений газа (CO, NH₃) 2 - 24 Па. Типичные изотермы и изобары адсорбции представлены на рис.2, 3, 4.

Рисунок 2. Температурная зависимость адсорбции аммиака на пленке CdS (1- р=1,6 Па; 2-р=4,12 Па)

Рисунок 3. Равновесные изотермы адсорбции аммиака на пленке CdS (1-Т=294 К, 2-Т=323 К)

Рисунок 4. Кинетические изотермы адсорбции аммиака на пленке CdS при р=1.6 Па (1- Т=294 К, 2- Т=323 К)

Проведенные исследования показали: максимальное значение адсорбции CO (1,127 * 10^-3 ммоль/м²) наблюдается при температуре 273 К, (Р = 2 Па); максимальное значение адсорбции аммиака (0,17*10^-4 ммоль/м²) при температуре 323 К (Р =20 Па). С повышением температуры наблюдались явления, для выяснения природы которых требуются дополнительные исследования.

Обнаруженная высокая адсорбционная активность CdS по отношению к оксиду углерода (II) и аммиаку дает основание рекомендовать его как перспективный материал для сенсоров-датчиков на микропримеси этих газов. Работы в данном направлении продолжаются. Планируется изучить адсорбционную активность CdS по отношению к O₂, CO₂.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Майдановская Л.Г.//Каталитические реакции в жидкой фазе. Алма-Ата:Изд-во АН КазССР, 1963. С.212-217.

2. Кировская И.А. Адсорбционные процессы. Иркутск:ИГУ, 1995. 310с.

3. Рапопорт Ф.М., Ильинская А.А. Лабораторные методы получения чистых газов. М.:Госхимиздат, 1963. 419с.