Comisia de atestare
Comisia de acreditare
Comisiile de experţi
Dispoziţii, instrucţiuni
Acte normative
Nomenclator
Instituţii
Consilii
Seminare
Teze
Conducători de doctorat
Deţinători de grad
Doctoranzi
Postdoctoranzi
CNAA logo

 română | русский | english


Proprietățile senzoriale ale structurilor hibride în bază de oxizi metalici și a rețelelor lor


Autor: Postica Vasile
Gradul:doctor în tehnică
Specialitatea: 05.27.01 - Electronica corpului solid, microelectronică, nanoelectronică
Anul:2020
Conducător ştiinţific: Oleg Lupan
doctor habilitat, conferenţiar universitar
Instituţia: Universitatea Tehnică a Moldovei

Statut

Teza a fost susţinută pe 24 iunie 2020 în CSS şi se află în examinare la CNAA

Autoreferat

Adobe PDF document3.37 Mb / în română

Teza

CZU 620.3 : 621.38 (043.2)

Adobe PDF document 13.56 Mb / în română
206 pagini


Cuvinte Cheie

ZnO, oxizi metalici, nanotehnologii, nanosenzori, senzori de gaze, structuri hibride

Adnotare

Structura tezei: Teza a fost realizată în cadrul Universității Tehnice a Moldovei (UTM), Centrul de Nanotehnologii și Nanosenzori (CNN), Departamentul Microelectronică și Inginerie Biomedicală (DMIB), Chișinău, 2020. Este scrisă în limba română și constă din introducere, 5 capitole, concluzii generale și recomandări, bibliografie din 291 de titluri, 116 pagini text de bază, 49 figuri și 1 tabel. Rezultatele obținute au fost publicate în 41 lucrări științifice, inclusiv: 1 brevet de invenție; 16 articole recenzate în reviste cotate în baza de date ISI și SCOPUS (în 6 ca prim-autor); 21 lucrări prezentate și publicate la Conferințe Naționale şi Internaționale, avînd și 5 publicații monoautor la tema tezei.

Scopul lucrării: constă în identificarea procedeelor tehnologice de depunere și post-depunere a peliculelor columnare de ZnO pentru elaborarea materialelor selective la gaze reducătoare; analiza structurilor hibride optimale pe bază de ZnO-MexOy și ZnO-ZnxMeyOz (Me = Fe, Cu, Al, Bi sau Sn) pentru îmbunătățirea sensibilității și selectivității; elaborarea mecanismelor senzor și fizica nanosistemelor funcționale.

Obiectivele cercetării: studierea proprietăților senzoriale ale materialelor dopate și hibride de înaltă performanță pe bază de: (i) pelicule columnare de ZnO:Fe și ZnO:Pd depuse prin metode chimice din soluții și funcționalizate; (ii) structuri 3-D hibride ZnO-Bi2O3, ZnO-CuO, ZnO-ZnAl2O4, ZnO-Fe2O3, ZnO-Zn2SnO4 și ZnO-CNT; (iii) structuri individuale de ZnO și hibride cu diferite morfologii; analiza fizico-chimică avansată și caracterizarea proprietăților lor; cercetarea influenței temperaturii de operare și a direcției de polarizare asupra selectivității, sensitivității și rapidității la gaze în cazul senzorului cu joncțiune de tip Schottky.

Noutatea și originalitatea științifică: Cuplarea metodelor teoretice de modelare computațională (DFT) cu analiza datelor experimentale ale măsurărilor la gaze în cazul materialelor cercetate a contribuit esențial la elucidarea proceselor de suprafață la nivel molecular. Pentru prima dată au fost fabricate dispozitive de tip micro- și nanosenzor de înaltă performanță pe bază de structuri hibride individuale de Fe2O3/ZnO, ZnAl2O4 și CNT/ZnO, utilizând instrumentul FIB/SEM. Rezultatele obținute demonstrează relaţia strânsă între performanțele dispozitivelor elaborate și efectele sinergice ale materialelor hibride.

Problema științifică și de cercetare soluționată constă în identificarea materialelor sensibile și selective la gaze reducătoare (H2, C2H5OH, CH4 și NH3), în particular pentru vaporii de etanol și pentru hidrogen gazos în cazul peliculelor columnare de ZnO:Fe sau ZnO:Pd funcționalizate cu AgO/Ag sau PdO/PdO2, respectiv, precum și pentru NH3, H2, CH4, CO, C2H5OH în cazul rețelelor hibride de ZnO-CNT, ZnO-MexOy și ZnO-ZnxMeyOz.

Semnificația teoretică rezidă în propunerea mecanismelor fizico-chimice de sesizare a gazelor reducătoare și de detectare a radiației UV de către rețelele și structurile individuale hibride, precum și de către peliculele columnare de ZnO dopate și funcționalizate cu nanoparticule de metale nobile. Datele experimentale au fost confirmate de către calculele de tip DFT prin calcularea interacțiunii moleculelor de gaz țintă cu suprafața materialelor modelate.

Valoarea aplicativă a lucrării constă în prezentarea aplicațiilor practice de detectare înalt selectivă și senzitivă a gazelor de H2, CO, CH4, C2H5OH și NH3 de către rețelele hibride în baza tetrapozilor de ZnO cu MexOy și ZnxMeyOz, ale peliculelor columnare de ZnO dopate (Fe sau Pd) și funcționalizate (AgO/Ag sau PdO/PdO2), precum și a structurilor individuale (Fe2O3/ZnO, ZnAl2O4/ZnO, CNT/ZnO).

Implementarea rezultatelor științifice. Rezultatele științifice au fost implementate parțial în procesul instructiv-educativ desfășurat în cadrul UTM, precum și la elaborarea tezelor de licență ale studenților din cadrul departamentului MIB. Ulterior, în baza rezultatelor științifice a fost posibilă obținerea unui act de implementare a cercetărilor inovaționale la UTM.

Cuprins


1. ANALIZA METODELOR DE ÎMBUNĂTĂȚIRE A PROPRIETĂȚILOR SENZORIALE ALE OXIZILOR METALICI
  • 1.1. Senzori de gaze pe bază de micro- și nanostructuri de ZnO. Influența morfologiei
  • 1.2. Doparea ZnO pentru senzori de gaze. Posibilități de modificare a selectivității
  • 1.3. Funcționalizarea suprafeței nano- și microstructurilor de ZnO pentru îmbunătățirea proprietăților senzoriale
  • 1.4. Senzori de gaze pe bază de structuri individuale de oxizi metalici
  • 1.5. Concluzii la capitolul 1

2. METODE ȘI DISPOZITIVE UTILIZATE LA PREPARAREA ȘI CARACTERIZAREA PELICULELOR COLUMNARE ȘI MATERIALELOR HIBRIDE
  • 2.1. Metode și dispozitive utilizate la caracterizarea proprietăților materialelor
  • 2.2. Depunerea peliculelor columnare de ZnO
  • 2.3. Sinteza structurilor 3-D hibride în baza tetrapozilor de ZnO
  • 2.4. Modelarea reacțiilor de suprafață ale moleculelor de gaze cu suprafețele materialelor hibride

3. PROPRIETĂȚILE SENZORIALE ALE STRUCTURILOR COLUMNARE DE ZnO FUNCȚIONALIZATE CU AgO/Ag ȘI PdO/PdO2
  • 3.1. Cercetarea proprietăților peliculelor columnare de ZnO dopate cu Fe sau Pd și funcționalizate cu AgO/Ag sau PdO/PdO2
  • 3.2. Cercetarea proprietăților senzoriale și elaborarea mecanismelor fizico-chimice ale peliculelor columnare de ZnO:(Fe, Pd)
  • 3.3. Efectele funcționalizării suprafeței ZnO:Fe cu AgO/Ag pentru îmbunătățirea selectivității la etanol și simulările computaționale ale reacțiilor de suprafață
  • 3.4. Efectele funcționalizării suprafeței ZnO:Pd cu nanoparticule de PdO/PdO2 pentru îmbunătățirea selectivității la hidrogen
  • 3.5. Concluzii la capitolul 3

4. CERCETAREA REȚELELOR 3-D DE STRUCTURI HIBRIDE ÎN BAZA ZnO PENTRU APLICAȚII SENZOR
  • 4.1. Proprietățile structurilor 3-D hibride de ZnO-MexOy și ZnO-ZnxMeyOz (Me = Fe, Cu, Al, Bi sau Sn)
  • 4.2. Proprietățile senzoriale și mecanismul fizico-chimic de sesizare ale rețelelor 3-D hibride de ZnO-Fe2O3, ZnO-CuO, ZnO-ZnAl2O4, ZnO-Bi2O3 și ZnO-Zn2SnO4
  • 4.3. Rețele 3-D hibride în baza oxidului de zinc-nanotuburi de carbon (ZnO-CNT) pentru detectarea selectivă a NH3
  • 4.4. Concluzii la capitolul 4

5. PROPRIETĂȚILE SENZORIALE ALE STRUCTURILOR INDIVIDUALE HIBRIDE Fe2O3/ZnO, ZnAl2O4/ZnO și CNT/ZnO
  • 5.1. Influența morfologiei nanostructurilor individuale de ZnO asupra proprietăților senzoriale
  • 5.2. Proprietățile senzoriale ale structurilor individuale hibride de Fe2O3/ZnO, ZnAl2O4/ZnO și CNT/ZnO
  • 5.3. Nanosenzori selectivi de NH3 în baza structurilor individuale de CNT/ZnO
  • 5.4. Nanosenzori în baza nanostructurilor individuale de ZnO și CNT/ZnO cu joncțiune de tip Schottky
  • 5.5. Concluzii la capitolul 5

CONCLUZII GENERALE ŞI RECOMANDĂRI
BIBLIOGRAFIE
ANEXE
MULȚUMIRI
DECLARAŢIA PRIVIND ASUMAREA RĂSPUNDERI
I CURRICULUM VITAE
LISTA LUCRĂRILOR ŞTIINŢIFICE, ŞTIINŢIFICO-METODICE, DIDACTICE