Влияние структурных особенностей композита «диоксид титана – оксид меди (II)» на его газочувствительные свойства

Abstract

Золь-гель методом синтезированы композиты «диоксид титана – оксид меди (II)» (TiO2 – CuO) с содержанием оксида меди в интервале 1–75 мол. %. Методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопии изучены структурные особенности композитов. Установлена зависимость фазового состава композита от метода синтеза, мольного соотношения компонентов в материале, температуры прогрева. На основе синтезированных композитов сформированы полупроводниковые химические газовые сенсоры. Показана возможность низкотемпературного детектирования паров этилового спирта и водорода в довзрывных концентрациях при потребляемой мощности сенсора 20 мВт. Установлено, что наилучшими газочувствительными свойствами обладает композиционный материал TiO2 – CuO, содержащий 20 мол. % оксида меди, прогретый при 450 °С, что обеспечивает формирование кристаллической фазы тенорита на фоне фазы анатаза. Увеличение содержания оксида меди в композите свыше 20 мол. %, а также повышение температуры его прогрева приводит к снижению газочувствительной активности материалов, что связано с изменением фазового состава композитов и их морфологии. = In the work TiO2 – CuO composites with copper oxide content in the range of 1–75 mol. % were synthesized using sol-gel method. Structural peculiarities of the composites were investigated by X-ray diffraction analysis, infrared and ultraviolet spectroscopy and scanning electron microscope. Dependence of the phase composition of the material on synthetic procedure, molar ratio of the components in the composite, heating temperature was established. The possibility of low-temperature detection of ethanol vapour and hydrogen in its under-explosive concentration by semiconductor gas sensors on the basis of the synthesized composites at 20 mW capacity was shown. The highest gas sensing properties were observed for TiO2 – CuO composite material with 20 mol. % of copper oxide after heating at 450 °С. In this composite formation of tenorite crystalline phase in the presence of anatase phase is ensured. Increase of copper oxide content in the composite more that 20 mol. % as well as increase of heating temperature lead to the decrease of gas sensing activity of the materials, which is due to change of the phase composition of the composites and their morphology.