Способ формирования пленок, содержащих поли-n, n-диметил-3, 4-диметиленпирролидиний цианид, на поверхности оксидных стекол

Авторы патента:

Кутвицкий Валентин Александрович (RU)

G01N27/12 - твердого тела в зависимости от абсорбции текучей среды, твердого тела; в зависимости от реакции с текучей средой

Владельцы патента RU 2541715:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) (RU)

Использование: для определения содержания паров воды в воздушной среде. Сущность изобретения заключается в том, что при формировании пленок для определения содержания паров воды в воздушной среде выполняют последовательное нанесение на поверхность оксидного стекла поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорида аэрозольным распылением и гексацианоферрата(III) калия ультразвуковым распылением в соотношении 3:1 с образованием поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианидной пленки, селективной по отношению к парам воды. Технический результат: обеспечение возможности получения тонких пленок контролируемой толщины, увеличение стабильности, селективности пленки на поверхности оксидных стекол по отношению к содержанию влаги в воздушной среде и улучшение метрологических характеристик измерения величины электрической проводимости.

Изобретение относится к области мониторинга окружающей среды, а именно газовому анализу, определяющему содержание паров воды в воздушной среде, в частности к формированию пленки на поверхности оксидных стекол методом последовательного аэрозольного распыления гексацианоферрата(III) калия и ультразвукового распыления поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорида.

Известен способ изготовления пленок с использованием ультразвукового распыления [Патент №2089165 от 19.08.2009]. Ультразвуковое распыление используется для нанесения пленки на оксидные стекла с последующим химическим проникновением пара для введения связующей фазы.

Недостатком в данном методе является то, что способ пригоден для распыления компонентов с низкой молекулярной массой, а именно растворов парамолибдата аммония и 12-молибденфосфорной кислоты.

Известен способ изготовления датчика для совместного определения паров воды и сероводорода [Патент РФ №2418295 от 10.05.2011]. Модифицирование осадка проводят с помощью раствора гептамолибдата аммония методом аэрозольного распыления. На оксидном стекле последовательно формируются две зоны. С целью получения области, чувствительной к сероводороду, полученную структуру сушат при 100-120°C в течение 2 ч, а затем обжигают при 400-500°C в течение 1 ч. С целью получения области, чувствительной к парам воды, полученную структуру сушат при температуре 120-140°C в течение 2 ч.

Недостатками способа изготовления датчика является то, что нанесение раствора гептамолибдата аммония происходит методом аэрозольного распыления, что в результате приводит к образованию неоднородной по толщине пленки на поверхности датчика.

Наиболее близким техническим решением является способ формирования многослойных нанокристаллических пленок на основе синтеза нанокристаллических оксидов и гидроксидов, отличающийся от известных тем, что синтез происходит на поверхности жидкой фазы [Патент РФ №2233791 от 10.08.2004].

Недостатком указанного прототипа является многостадийность процесса, что приводит к длительности и удорожанию процесса формирования многослойных нанокристаллических пленок за счет того, что вначале получают осадок нанокристаллических оксидов и гидроксидов и лишь потом подвергают ее тепловой, ультразвуковой и другим обработкам. Кроме этого, указанным способом сложно получить чередующиеся нанокристаллические рецепторные слои разного фазового состава с контролируемой толщиной.

Техническим результатом изобретения является возможность получения тонких пленок контролируемой толщины, увеличивается стабильность, селективность пленки на поверхности оксидных стекол по отношению к содержанию влаги в воздушной среде и улучшаются метрологические характеристики измерения величины электрической проводимости.

Указанный технический результат достигается тем, что способом получения пленки является взаимодействие поли -N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорида и гексацианоферрата(III) калия на поверхности оксидных стекол. Взаимодействие компонентов с образованием новой полимерной фазы, то есть поли -N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианида, происходит при соотношении гексацианоферрата(III) калия к поли -N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлориду как 3:1. Доставка поли -N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиния хлорида и гексацианофферата(III) калия осуществляется последовательным аэрозольным и ультразвуковым распылением.

Преимуществом данного способа является то, что можно обсудить количество реагентов, толщину слоев. Кроме того, этот метод обеспечивает полное протекание реакции на поверхности оксидных стекол, результатом чего является появление однородной, стабильной, селективной по отношению к влаге тонкой пленки.

Пример 1

Приготовление растворов: 0,36 г поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорида разбавляют 6 мл дистиллированной воды и подкисляют 0,1 мл 60% серной кислоты. Гексацианоферрат(III) калия массой 10 г разбавляют 300 мл дистиллированной воды.

Подготовка подложки: на оксидное очищенное стекло токопроводящим клеем крепят медные электроды на расстоянии 1 см. Стекла оставляют на просушку не менее 4 ч.

Нанесение растворов на оксидное стекло: нанесение поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорида осуществляют методом аэрозольного распыления с использованием пульверизатора. Выявлено, что при трех нажатиях на пульверизатор масса осажденного полимера составляет 0,00120±0,00006 г. Для ультразвукового распыления раствора гексацианоферрата(III) калия используют бытовой ультразвуковой распылитель жидкости марки Wellton DHU-445. Время нанесения составляет 26 минут согласно градуировке ранее установленной зависимости массы осаждаемого гексацианоферрата(III) калия от времени в растворе данной концентрации. Масса осажденного компонента составляет 0,00240±0,00012 г. Таким образом, массовое соотношение гексацианоферрата(III) калия к поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлориду составляет 2:1.

Оксидное стекло с нанесенной пленкой оставляют на просушку в лабораторных условиях на 24 ч, после чего пленка считается синтезированной.

Пример 2

Все технологические условия получения пленок совпадают с теми, которые описаны в примере 1, за исключением времени ультразвукового нанесения гексацианоферрата(III) калия, которое составляет 38 минут. Таким образом, на поверхности оксидного стекла массовое соотношение компонентов составило 3:1.

Пример 3

Все технологические условия получения пленок совпадают с теми, которые описаны в примере 1, за исключением времени ультразвукового нанесения гексацианоферрата(III) калия, которое составило 50 минут. Таким образом, на поверхности оксидного стекла массовое соотношение компонентов составило 4:1.

Внешний вид образцов, полученных с разными соотношениями гексацианоферрата(III) калия к поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлориду, различается. Образец с соотношением 2:1 после просушки имеет однородную целостную пленку продукта взаимодействия компонентов желто-зеленого цвета. Однако при контакте с парами воды пленка приобретает темно-зеленый оттенок. Электропроводящие свойства пленки понижаются, то есть использовать ее можно только единожды.

Образец с соотношением 3:1 после просушки имеет однородную целостную пленку насыщенного желтого цвета. При контакте с парами воды пленка не меняет цвет. В течение трех месяцев пленка не разрушается. Электропроводность сохраняется и имеет степенной характер зависимости электрической проводимости от концентрации паров воды в воздушной среде.

Образец с соотношением 4:1 имеет также целостную однородную пленку насыщенного ярко желтого цвета. Такой цвет говорит о преобладании в пленке гексацианоферрата(III) калия. Пленка устойчива к парам воды. Однако пленка кристаллизуется и теряет свою целостность через 5-10 дней.

Измерение электрической проводимости проводят с использованием иммитансометра Е7-8 (ПО «Калибр», Белоруссия) с электронной индикацией результатов измерения. Для определения чувствительности пленки к парам воды применялись растворы 15%, 25%, 35% и 45% серной кислоты. Концентрация паров воды над данными растворами имеет известные величины.

Оксидное стекло крепят в зажимах иммитансометра и подвергают измерению электрической проводимости. Аналитическим сигналом служит изменение электрической проводимости пленки под действием различного содержания паров воды (от 13,01 до 17,22 г/м³) над растворами серной кислоты заданной концентрации. При соотношении 2:1 и 4:1 зависимости проводимости от концентрации паров воды в воздушной среде имеют экспоненциальный характер. При соотношении 3:1 зависимость проводимости от концентрации паров воды в воздушной среде имеет степенной характер, что говорит о протекании реакции на поверхности оксидного стекла и получении полимерной фазы, селективной к парам воды, при этом величина электрической проводимости составляет 16,56±0,41 мкСм.

Результатом изобретения является формирование однородной, селективной по отношению к парам воды в воздушной среде пленки на поверхности оксидных стекол.

Способ формирования пленок для определения содержания паров воды в воздушной среде, включающий последовательное нанесение на поверхность оксидного стекла поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорида аэрозольным распылением и гексацианоферрата(III) калия ультразвуковым распылением в соотношении 3:1 с образованием поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианидной пленки, селективной по отношению к парам воды.

Изобретение относится к области нанотехнологии сенсорных материалов и может быть использовано для создания полупроводниковых газовых сенсоров, селективных к содержанию в воздухе сероводорода и его производных.

Способ изготовления газового сенсора с наноструктурой и газовый сенсор на его основе // 2532428

Изобретение относится к изготовлению газовых сенсоров, предназначенных для детектирования различных газов. Предложен способ изготовления газового сенсора, в котором образуют гетероструктуру из различных материалов, в ней формируют газочувствительный слой, после чего ее закрепляют в корпусе сенсора, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников.

Нанополупроводниковый газовый датчик // 2530455

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака.

Полупроводниковый газовый датчик // 2528118

Способ изготовления чувствительного элемента датчиков газов с углеродными нанотрубками // 2528032

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано для контроля токсичных и взрывоопасных газов и в тех областях науки и техники, где необходим анализ газовых сред.

Полупроводниковый газоанализатор // 2526226

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано в экологии. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного сульфидом цинка, нанесенной на непроводящую подложку.

Газовый датчик // 2526225

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода. Датчик микропримесей оксида углерода содержит полупроводниковое основание и подложку.

Способ калибровки полупроводниковых сенсоров газа и устройство для его осуществления // 2523089

Изобретение относится к области анализа газов. Способ калибровки полупроводникового сенсора реализуется с помощью программно-аппаратного измерительного комплекса и состоит в том, что циклически заданное количество раз (K раз) нагревают чувствительный элемент сенсора в чистом воздухе (ПГС-1) до температуры Т1 и охлаждают до температуры Т2, далее в течение следующих K циклов нагрева и охлаждения подают поверочную газовую смесь ПГС-2 в область чувствительного элемента, далее в течение следующих K циклов подают поверочную газовую смесь ПГС-3 в область чувствительного элемента, далее в течение следующих К циклов подают поверочную газовую смесь ПГС-N в область чувствительного элемента, строят семейство из N=4 временных зависимостей проводимости газочувствительного слоя σ(t) для каждой газовой смеси и для фиксированного в цикле момента времени ti определяют градуировочную характеристику.

Электрический сенсор на пары гидразина // 2522735

Изобретение может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности. Электрический сенсор на пары гидразина содержит диэлектрическую подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой, меняющий фотопроводимость в результате адсорбции паров гидразина, при этом чувствительный слой состоит из структуры графен-полупроводниковые квантовые точки, фотопроводимость которой уменьшается при адсорбции молекул гидразина на поверхность квантовых точек пропорционально концентрации паров гидразина в пробе.

Способ получения газочувствительного материала на основе оксида цинка к парам ацетона // 2509302

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для изготовления полупроводниковых газовых сенсоров, предназначенных для детектирования паров ацетона в воздухе.

Полупроводниковый датчик кислорода // 2546849

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания кислорода. Газовый датчик согласно изобретению содержит диэлектрическую подложку с нанесенным слоем полупроводникового материала толщиной от 0,07 мкм до 0.2 мкм. На слой нанесены металлические электроды. В качестве полупроводникового материала используется поликристаллический материал состава Sm1-xLnxS, где x изменяется от 0 до 0.14, а Ln представляет собой один из элементов: La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Изобретение обеспечивает возможность изготовления датчика для измерения содержания кислорода, обладающего повышенной чувствительностью. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 пр.

Полупроводниковый газоанализатор угарного газа // 2548049

Использование: для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Сущность изобретения заключается в том, что полупроводниковый газоанализатор угарного газа содержит полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, при этом полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,26(CdSe)0,74. Технический результат: повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика. 3 ил.

Экспрессный способ оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс // 2555775

Изобретение относится к аналитической химии, а может быть использовано для оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс. Для этого используют многоканальный анализатор газов (МАГ-8) с 8-мью пьезокварцевыми резонаторами, электроды которых модифицируют нанесением растворов полидиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликольсебацината, полиэтиленгликольфталата, полифенилового эфира, триоктилфосфиноксида, пчелиного клея, пчелиного воска и комбинированного сорбента - пчелиного клея с хлоридом железа (III). После удаления растворителя при температуре 40-50°C в течение 15-20 мин, масса пленки сорбента составляет 15-20 мкг. После этого модифицированные пьезокварцевые резонаторы помещают в закрытую ячейку детектирования МАГ-8 и выдерживают в течение 5 мин для установки стабильного нулевого сигнала. Затем в пробоотборник помещают 5,00 г измельченного образца фенолформальдегидной пластмассы, плотно закрывают полиуретановой пробкой и выдерживают при температуре 20±1°C в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами фенола. Затем отбирают 3 см3 равновесной газовой фазы через полиуретановую пробку и инжектируют ее в закрытую ячейку детектора МАГ-8, фиксируют в течение 120 с изменение частоты колебаний пьезосенсоров и рассчитывают площадь «визуального отпечатка» Sв.о., Гц·с по формуле Sв.о.=f(Сф), S=1959·Сф+35. Для расчета предварительно строят калибровочный график зависимости Sв.о., Гц·с от концентрации фенола Сф, мг/дм3. Если площадь Sв.о.≥130±10 Гц·с, то концентрация свободного фенола в равновесной газовой фазе над фенолформальдегидными пластмассами Сф>0,05 мг/дм3 превышает рекомендуемый уровень для пищевых пластмасс, а при Sв.о. >260 Гц·с и выше, регистрируется высокое содержание фенола и формальдегида. Изобретение позволяет быстро оценить безопасность изделий из фенолформальдегидных пластмасс с 5% погрешностью измерений. 2 ил., 1 пр.

Полупроводниковый анализатор диоксида азота // 2561019

Использование: для регистрации и измерения содержания микропримесей диоксида азота. Сущность изобретения заключается в том, что датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (InSb)0,94(CdTe)0,06, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора. Технический результат: обеспечение возможности повышения чувствительности, селективности датчика и технологичности его изготовления. 3 ил., 1 табл.

Устройство для измерения коэффициентов диффузии водорода в металлах и способ его применения // 2562178

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии водорода в различных конструкционных материалах, используемых в космической и атомной технике, в изделиях, подвергаемых наводороживанию и облучению в процессе эксплуатации. Для управления электронным пучком в вакуумной камере расположены отклоняющие пластины, проходя которые, электронный пучок облучает с определенной частотой различные места поверхности металлической мембраны-образца. одна сторона которого, находящаяся в электролитической ячейке, насыщается водородом, диффундирующим к противоположной стороне образца-мембраны, встроенной герметично в торец вакуумной камеры и одновременно облучаемой отклоняемым пучком электронов от электронной пушки. Технический результат - повышение точности измерения. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Полупроводниковый газоанализатор угарного газа // 2565361

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,68(CdSe)0,32, и непроводящей подложки. Датчик согласно изобретению при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора // 2568331

Использование: для непрерывного контроля утечек взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и выдачи звукового или светового сигнала при повышении концентраций паров жидкостей в воздухе помещений, замкнутых объемах (подземных сооружениях и коммуникациях) и наружных установок. Сущность изобретения заключается в том, что устройство с открытым входом для контроля утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсоров содержит частотомер с функцией непрерывного измерения скорости изменения аналитического сигнала с шагом τ=10 с (ΔF/Δτ, Гц/с) одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием электродов; сигнальным световым или звуковым устройством, срабатывающим при скачкообразном повышении скорости изменения аналитического сигнала вследствие быстрого повышения концентрации паров жидкостей в околосенсорном пространстве относительно фонового значения; устройством для крепления сигнализатора в местах контроля утечек жидкостей; дополнительной перфорированной крышкой, крепящейся ко дну ячейки детектирования, которая не препятствует самопроизвольной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсороное пространство и предохраняет пьезосенсор от механических повреждений. Технический результат: обеспечение возможности непрерывного контролирования утечки взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и оповещения с помощью светового или звукового сигнала о быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового значения. 2 ил., 2 табл.

Портативный анализатор газов с массивом пьезосенсоров // 2571280

Изобретение относится к проведению экспресс-анализа воздуха или смесей газов. Портативный анализатор газов с массивом пьезосенсоров включает высокопрочный полимерный корпус с насадкой-нагнетателем и защитной крышкой из фторопласта, на верхней панели корпуса расположена ячейка с массивом из трех пьезосенсоров с чувствительными пленочными покрытиями для определения компонентов воздуха и равновесной газовой фазы над полимерными изделиями, продуктами питания, топливом по совокупности их легколетучих соединений, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с тремя микроконтроллерами, запрограммированными в сумме на 150 ячеек памяти для регистрации и преобразования сигналов пьезосенсоров и передачи их на моно- или полихромный дисплей для отображения аналитического сигнала в виде «визуальных отпечатков» максимумов трех сенсоров и для сохранения информации на съемном носителе памяти, приводящимися в действие автономно от встроенного компактного источника питания, на панели корпуса размещены кнопка включения прибора, кнопка работы нагнетателя и переключатель на отдельные режимы измерения: анализ топлива, полимерных материалов, пищевых продуктов и индикаторы работы пьезосенсоров и моно-/полихромный дисплей для отображения аналитического сигнала. Достигается повышение мобильности, компактности и надежности работы анализатора, а также - упрощение эксплуатации. 2 ил.

Полупроводниковый газовый сенсор // 2583166

Изобретение может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях для контроля довзрывных концентраций взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей. Полупроводниковый газовый сенсор содержит корпус реакционной камеры, выполненный из коррозионно-стойкой стали и с торца закрытый сеткой из нержавеющей стали проволокой диаметром 0,02…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм. В корпусе по центру реакционной камеры на контактных проводниках (4) установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент (5) сенсора при помощи проводов нагревателя (6) и измерительного проводника (7). Внутри полупроводникового газочувствительного элемента (5) размещен нагреватель (6) в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента (5) расположен прямой измерительный проводник (7). Нагреватель (6) и измерительный проводник (7) газочувствительного элемента (5) выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,01…0,025 мм, нагреватель (6) имеет 3…15 витка проволоки, шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент (2) имеет внешний диаметр 0,4…0,8 мм и выполнен из внутреннего объема (8): SnO2 - 40…60 мас.% и внешнего объема (5): пористого гамма-Аl2О3 - 40…60 мас.% соответственно шарообразного газочувствительного элемента сенсора. Нагреватель (6) выполнен с возможностью питания постоянным напряжением в 0,2…1,5 В. Изобретение обеспечивает существенное улучшение долговременной стабильности, упрощение технологии изготовления сенсора, а также повышение чувствительности полупроводникового газового сенсора к малым концентрациям газов, быстродействие и устойчивость к воздействию внешних факторов. 1 табл., 10 ил.

Полупроводниковый датчик микропримесей аммиака // 2589455

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и изменения содержания микропримесей аммиака. Датчик микропримесей аммиака содержит полупроводниковое основание и подложку, полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора теллурида цинка в антимониде галлия (GaSb)0,90(ZnTe)0,10, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающую чувствительность известных датчиков. 3 ил.