ИСТИНА

В результате выполнения настоящего проекта предполагается создать новый класс термокаталитических планарных газовых сенсоров с наноструктурированой поверхностью на основе пленок пористого оксида алюминия. Предлагаемый подход основан на увеличении "активной" удельной поверхности в 10-100 раз, а также на создании участков с большой кривизной поверхности. Для этого методом анодного окисления будут синтезированы пленки оксида алюминия, проведены эксперименты по формированию сложного рельефа на пленках пористого материала с помощью химической фотолитографии и изучен механизм структурирования поверхности. Также будут исследованы возможности нанесения тонких слоев требуемого состава и контролируемой геометрической формы на пористую подложку. Несомненный интерес представляет информация о механизме процессов химической фотолитографии и возможности структурирования поверхности пористого материала по шаблону сложной геометрической формы. В результате выполнения данного проекта планируется создание планарного термокаталитического чувствительного элемента и аттестация его сенсорных свойств.

На первом этапе выполнения проекта предложена оригинальная методика формирования платиновых микронагревателей, суть которой заключается в магнетронном напылении буферного слоя алюминия перед проведением фотолитографического процесса. Чувствительные элементы, полученные по данной оптимизированной методике, характеризуются полным удалением перемычек между соседними витками Pt меандра, ровным краем и отсутствием каких либо дефектов на поверхности нагревателя. При этом удаётся добиться существенного увеличения воспроизводимости синтеза, не смотря на введение в эксперимент нескольких дополнительных стадий. Данная методика нанесения платинового микронагревателя обеспечивает однородность на большой площади и высокую адгезию металла к поверхности оксидной мембраны за счет формирования на его нижней поверхности микротрубочек, обеспечивающих дополнительное сцепление материала с пористой оксидной пленкой. Высокое значение термического коэффициента сопротивления (0,00328 1/К) позволяет использовать платиновый нагреватель в качестве высокочувствительного термометра сопротивления. Планарный микронагреватель характеризуется низкой инерционностью, что позволяет использовать газовый сенсор в импульсном режиме работы, что значительно снижает потребляемую им мощность. При этом Pt микронагреватель выдерживает более 100 тысяч циклов нагрев/охлаждение, а дрейф сопротивления линеен и составляет не более 35 мОм на 1000 циклов. Полученные результаты позволяют перейти к финальной стадии реализации проекта – сборке лабораторных образцов планарных термокаталитических сенсоров и тестированию их функциональных свойств в зависимости от микроструктуры пористой подложки, параметров микронагревателя и катализатора окисления горючих газов. В ходе выполнения второго этапа проекта была разработана методика формирования пористых пленок анодного оксида алюминия (АОА) сложной формы, а также предложена методика создания планарных микронагревателей на их основе методом взрывной фотолитографии. Показана их работоспособность Pt микронагревателей и преимущества по сравнению с объемными аналогами. Получены новые фундаментальные знания о термических свойствах АОА и прекурсоров Pt и Pd, используемых для нанесения катализаторов. Впервые экспериментально найдены термические характеристики АОА: определены коэффициент теплового расширения, значения теплоемкости и теплопроводности. Показано, что пористая структура анодного оксида алюминия не претерпевает значительных изменений и остается стабильной в широком интервале температур вплоть до 1000 °С. В результате отжига мембран АОА при температуре 800 °С происходит формирование высокоразвитой поверхности (Sуд. = 61,4 м2/г), что перспективно в случае применения пористой пленки в качестве носителя для катализатора. Экспериментально установлено, что пористые пленки анодного оксида алюминия характеризуются низкой теплоёмкостью 1,09 Дж/г/К и теплопроводностью 1,6 Вт/м/К. Коэффициент теплового расширения АОА равен 10,4•10^-6 1/К, что близко к значению КТР металлической платины, использованной нами в качестве материала нагревателей. Изучены процессы термического разложения хлор-содержащих прекурсоров платины и палладия и нитратов их тетрамминных комплексов. Выявлено, что использование PdCl2 и H2PtCl6*5,6H2O позволяет получить стабильный Pd-Pt катализатор окисления горючих газов и паров. Таким образом, в ходе выполнения проекта была предложена и экспериментально апробирована новая методика изготовления лабораторных образцов планарных чувствительных элементов термокаталитических сенсоров. Полученные при выполнении проекта результаты обладают фундаментальной новизной (в части аттестации термических свойств пористых пленок анодного оксида алюминия, Pt- и Pd-содержащих прекурсоров, проведения фотолитографического процесса на поверхности пористых оксидных мембран и изучения физико-химических свойств тонких металлических слоев, выступающих в качестве нагревателей) и практической значимостью (в части создания и оптимизации методики изготовления планарных термокаталитических сенсоров).