Nanomateriale și heterojoncțiuni non-planare în bază de oxizi semiconductori

Abstract

Scopul lucrării: constă în obținerea nanomaterialelor, heterojoncțiunilor și heterostructurilor non-planare în bază de oxizi semiconductori, CuO/Cu2O, TiO2/CuO/Cu2O, Fe2O3 - CuO/Cu2O, CuO-Cu2O/ZnO:Al și Al2O3/CuO, prin metode și tehnologii cost-eficiente; identificarea nanomaterialelor și heterostructurilor cu sensibilitate și selectivitate la gaze (H2) și compuși organici volatili (COV) (acetonă, n-butanol, etanol și 2-propanol); obținerea structurilor senzor stabili la umiditatea relativă înaltă în baza nanomaterialelor și heterojoncțiunilor elaborate. Scopul lucrării: constă în obținerea nanomaterialelor, heterojoncțiunilor și heterostructurilor non-planare în bază de oxizi semiconductori, CuO/Cu2O, TiO2/CuO/Cu2O, Fe2O3 - CuO/Cu2O, CuO-Cu2O/ZnO:Al și Al2O3/CuO, prin metode și tehnologii cost-eficiente; identificarea nanomaterialelor și heterostructurilor cu sensibilitate și selectivitate la gaze (H2) și compuși organici volatili (COV) (acetonă, n-butanol, etanol și 2-propanol); obținerea structurilor senzor stabili la umiditatea relativă înaltă în baza nanomaterialelor și heterojoncțiunilor elaborate.

Aim of the study: consists in obtaining non-planar nanomaterials, heterostructures, and heterojunctions based on semiconductor oxides, CuO/Cu2O, TiO2/CuO/Cu2O, Fe2O3 - CuO/Cu2O, CuO-Cu2O/ZnO:Al and Al2O3/CuO, through cost-effective methods and technologies; identification of nanomaterials and heterostructures with sensitivity and selectivity to gases (H2) and volatile organic compounds (VOC: acetone, n-butanol, ethanol and 2-propanol); obtaining sensor structures stable at high relative humidity based on developed nanomaterials and heterostructures. Scientific novelty and originality: ensuring long-term stability of response, regulating selective sensitivity, as well as improving the gas and VOC response of TiO2, CuO/Cu2O, TiO2/CuO/Cu2O, CuO-Cu2O/ZnO:Al and Al2O3/CuO nanomaterials and heterostructures. For the first time, heterostructures of CuO/Cu2O and Fe2O3 - CuO/Cu2O were obtained by the 3D printing method and investigated their properties. Through the techniques of SEM, XRD, Raman, TEM, HRTEM, SAED, EDX and XPS, research was performed to determine the quality and characteristics of obtained nanomaterials and heterostructures. Calculations (DFT) of heterojunctions, by simulating the interaction of gas/VOCs molecules with the surface of modeled structures were performed to model the proposed detection mechanisms and to understand the effects and phenomena that occurs at the surface and interface of heterojunctions developed in this thesis.

Цель работы: получение непланарных наноматериалов, гетероструктур и гетеропереходов на основе полупроводниковых оксидов, CuO/Cu2O, TiO2/CuO/Cu2O, Fe2O3 - CuO/Cu2O, CuO-Cu2O/ZnO:Al и Al2O3/CuO, экономичными методами и технологиями; идентификация наноматериалов и гетеропереходов с чувствительностью и селективностью к газам (H2) и летучим органическим соединениям (ЛОС: ацетон, н-бутанол, этанол и 2-пропанол); получение сенсорных структур стабильных при высокой относительной влажности на основе разработанных наноматериалов и гетероструктур. Научная новизна и оригинальность: обеспечение долговременной стабильности, регулирование селективной чувствительности, а также улучшение газового и ЛОС-отклика наноматериалов и гетероструктуры TiO2, CuO/Cu2O, TiO2/CuO/Cu2O, Cu2O/ZnO:Al и Al2O3/CuO. Впервые были получены гетероструктуры CuO/Cu2O и Fe2O3 - CuO/Cu2O методом 3D-печати и исследованны их свойства. С помощью методов SEM, XRD, Raman, TEM, HRTEM, SAED, EDX и XPS были проведены исследования для определения качества и характеристик полученных наноматериалов и гетеропереходов. Расчеты (DFT) гетеропереходов путем моделирования взаимодействия молекул газа/ЛОС с поверхностью моделируемых структур были выполнены для моделирования предложенных механизмов обнаружения и понимания эффектов и явлений, которые происходят на поверхности и на границе раздела разработанных гетеропереходов.