Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН впервые разработали способ формирования планарных (пленочных) структур с помощью микроэкструзионной печати из оксида никеля, обладающего ценными полупроводниковыми свойствами. Полученные покрытия демонстрируют высокий сенсорный отклик при детектировании сероводорода. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (№ 21-73-00288), https://rscf.ru/project/21-73-00288/. Результаты исследований опубликованы в журнале Applied Surface Science.

Оксид никеля является полупроводниковым материалом, обладающим уникальными оптическими, каталитическими и электрофизическими свойствами, что позволяет использовать его в фотовольтаике, энергетике, электронике и газовых сенсорах.

Группа ученых из московских институтов предложила новую технологию синтеза и нанесения слоев оксида никеля. Работу прокомментировала один из авторов статьи, научный сотрудник ИОНХ РАН, кандидат химических наук Татьяна Симоненко: «В нашей работе с помощью гидротермального метода, когда вещества получают с применением воды в качестве растворителя при температуре выше 100⁰С, с использованием нового комплекса никеля, был получен оксид никеля, частицы которого представляют собой нанолисты. С использованием чернил на основе таких частиц и пневматической микроэкструзионной печати были созданы бездефектные полупроводниковые покрытия на специализированном чипе».

На сегодняшний день пневматическая микроэкструзионная печать в основном применяется в биопринтинге – печати органов, клеток или тканей на основе клеточных культур и относится к числу так называемых аддитивных технологий. При этом она является перспективной и для создания неорганических материалов благодаря ряду преимуществ перед другими печатными технологиями (возможность формирования непрерывных линий, фигур при печати структур сложной геометрии и низкая стоимость).

«Изучение сенсорных свойств материалов на основе оксида никеля по отношению к сероводороду имеет большое практическое значение, так как он является одним из наиболее токсичных газов, выделяющихся в качестве побочного продукта в нефтяной, газовой и целлюлозно-бумажной промышленности. При воздействии на человека сероводород оказывает негативное влияние на нервную, пищеварительную и дыхательную системы, а его высокие концентрации могут приводить к летальному исходу. Мы установили, что при воздействии сероводорода поверхность нанолистов оксида никеля частично подвергается необратимым химическим изменениям, в результате чего проводимость покрытия существенно изменяется. Нам удалось показать, что сформированная планарная структура демонстрирует высокую чувствительность при детектировании сероводорода, а разработанный подход, сочетающий гидротермальный синтез и аддитивные технологии, является перспективным при создании современных компонентов резистивных газовых сенсоров», – пояснила Татьяна Симоненко.

Авторы отмечают, что новая технология формирования полупроводниковых покрытий может использоваться не только для создания современных газовых сенсоров, но и для формирования компонентов миниатюрных электрохимических генераторов энергии (в частности топливных элементов), где также требуется высокая воспроизводимость микроструктурных и функциональных свойств получаемых слоёв.

Источник: A.S. Mokrushin, T.L.Simonenko, N.P. Simonenko, P.Yu. Gorobtsov, V.A. Bocharova, M.G. Kozodaev, A.M. Markeev, A.A. Lizunova, I.A. Volkov, E.P. Simonenko, G.I. Tselikov, S.M. Novikov, V.S. Volkov, V.G. Sevastyanov, N.T. Kuznetsov. Microextrusion printing of gas-sensitive planar anisotropic NiO nanostructures and their surface modification in an H₂S atmosphere. Applied Surface Science. Volume 578, 15 March 2022, 151984.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S016943322103021X

Схема. Сенсорный датчик и покрытие из оксида никеля, нанесенное на него методом пневматической микроэкструзионной печати.