Главная страница/Main page

Cенсорные элементы на основе оксида графена для электронного носа

Проект поддержан грантом РФФИ 16-33-00866 мол_а

Исполнители:
Синицына О.В. (ИНЭОС РАН)
Мешков Г.Б. (Физический факультет МГУ)

Цель проекта:
установить взаимосвязи между структурой оксида графена,
его локальной электропроводностью и
адсорбцией ароматических веществ

Термин электронный нос был предложен Гарднером и Барлеттом в 1988 году.
Они предложили следующее определение: инструмент, состоящий из массива
электронных химических сенсоров с ограниченной специфичностью и системы
распознавания сигналов, способной распознавать простые и сложные ароматы.

Основные требования к устройству: высокая чувствительность,
относительно низкая селективность сенсорных элементов, воспроизводимость,
надежность, сигнал должен слабо зависеть от внешних факторов (температуры,
влажности), простота калибровки или «тренировки», короткие времена
определения ароматов, портативность.


GO1


Схема двухслойного оксида графена

Перспективным материалом для создания резистивных сенсоров для
электронного носа является оксид графена. Это вещество является
нестехиометрическим химическим соединением, продуктом окисления
графена. В оксиде графена к углеродным сеткам присоединены
преимущественно эпоксидные и гидроксильные группы. Предполагается, что
незначительное количество карбонильных и карбоксильных групп содержится
по краям углеродных сеток. Включение кислородсодержащих функциональных
групп в углеродную сетку делает ее гидрофильной, поэтому в случае
многослойного оксида графена возможна интеркаляция молекул воды в
межслоевое пространство, при этом межплоскостное расстояние возрастает до
6 - 12 Å (в графите 3.35 Å).

Оксид графена обладает следующими преимуществами:
1. Высокое отношение поверхности к объему – высокая чувствительность
сенсорных элементов,
2. Низкая стоимость,
3. Физико-химические характеристики (электропроводность, адсорбцию)
можно варьировать, меняя степень окисления.

Подходы к получению сенсорных слоев на основе оксида графена

1. Пленки оксида графена могут быть осаждены из суспензии частичек оксида
графена, полученных химическим или электрохимическим окислением графита
с последующим расслоением окисленных слоев с помощью ультразвукового
воздействия.


GO2


Частица оксида графена.
Изображение получено методом атомно-силовой микроскопии


2. Сенсорный слой из оксида графена может быть получен электрохимическим
окислением тонкого слоя графита. Электрохимическое окисление графита
приводит к формированию пористых структур с разветвленной поверхностью,
что может способствовать высокой чувствительности сенсорных элементов.


GO3


Схема ячейки для электрохимического окисления тонкой пленки графита


GO4


Поверхность графита, подвергнутая электрохимическому окислению.
Изображение получено методом атомно-силовой микроскопии


3. Пределы миниатюризации сенсорных слоев можно проверить с помощью
метода локального анодного окисления, в котором поверхность окисляется
локально под иглой сканирующего зондового микроскопа при приложении
электрического сопротивления. Такой метод литографии достигает разрешения 10 нм.


GO5


Линии, созданные на поверхности графита методом локального анодного окисления


Публикации по проекту:

1. О. Синицына, Г. Мешков, И. Яминский.
Изучение стадий электрохимического синтеза оксида графита с применением
мультифункциональной зондовой микроскопии // Наноиндустрия, 2016, 6, 52-59.

2. О.В. Синицына, Г.Б. Мешков, И.В. Яминский.
«Электронный нос» для медицинских приложений: поиск новых материалов для сенсорных
элементов // Медицина и высокие технологии, 2016, 2, 40-44.

3. О.В. Синицына, Г.Б. Мешков, И.В. Яминский.
Изучение строения и локальных проводящих свойств оксида графита и графена методами
сканирующей зондовой микроскопии // Десятая Международная конференция
«Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология»,
6-9 июня 2016, Москва, г. Троицк, сборник тезисов докладов, 402-403.

4. О.В. Синицына, Г.Б. Мешков, А.В. Григорьева, Ш. Раджабзода, И.В. Яминский.
Сканирующая зондовая микроскопия оксидов графита и графена:
поиск новых материалов для электронного носа // Сборник
тезисов докладов Восьмой международной конференции «Современные
достижения бионаноскопии», 15-17 июня 2016, Москва, стр. 22.

Главная страница / Main page