Спосіб отримання тонких плівок оксиду алюмінію, які містять наноструктурований триоксид вольфраму

Реферат: Спосіб отримання тонких плівок оксиду алюмінію, які містять наноструктурований триоксид вольфраму включає одержання поруватих оксидних плівок шляхом двостадійного анодування алюмінію з подальшим заповненням пор матриці. Заповнення пор проводять просоченням у розчині вольфрамату амонію з подальшим сушінням зразків та термічним розкладом солі до триоксиду вольфраму при температурі 450-500 °C протягом 30-40 хв. UA 73012 U (12) UA 73012 U UA 73012 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до області нанотехнологій і може бути використана при виготовленні чутливих елементів напівпровідникових газових сенсорів для детектування NOx. Відомий спосіб одержання тонких плівок, що містять наноструктурований діоксид олова [1]. Заповнення пор пористих плівок наноструктурованого оксиду алюмінію металевим оловом проводять електрохімічним методом у розчині наступного складу: сульфатнокисле олово 20 г/л; сульфосаліцилова кислота 20 г/л; сульфатна кислота 9 г/л. Після обробки зразки промивають, сушать, а потім піддають випалу на повітрі при температурі 250-450 °C протягом 40-90 хв. При цьому металеве олово окиснюється з утворенням діоксиду олова. Такий спосіб досить ефективний для одержання однорідних наноструктур діоксиду олова. Недоліками даного метода є перебіг конкуруючих реакцій (наприклад, виділення водню) на стадії заповнення пор плівки Аl2О3, які сприяють руйнуванню оксидної матриці. Крім того, сенсори на основі SnO2 не відрізняються високою селективністю, оскільки мають більшу або меншу чутливість майже до усіх газів [2]. Також відомий спосіб отримання наноструктур напівпровідника [3]. Цей спосіб був вибраний як найближчий аналог. Суть методу полягає у формуванні пористої матриці оксиду алюмінію з подальшим осадженням в пори напівпровідникових матеріалів. Формування матриці проводять шляхом двостадійного анодного окиснення алюмінію до утворення упорядкованої нанопористої структури. Напівпровідник (сполуки, що входять в ізоелектронний ряд германію, переважно германій, арсенід галію, селенід цинку та інші) осаджують методом термічного випаровування -7 матеріалу в умовах надвисокого вакууму ( 10 Па). Порошок матеріалу засипають у випарник, підключений до двох високоточних контактів. На контакти подають струм до 100 А для розігріву випарника до робочої температури 1500 °C. Матеріал випаровують та осаджують в матрицю пористого оксиду алюмінію. Даний спосіб дозволяє синтезувати наноструктурований напівпровідник в матриці анодного оксиду алюмінію, однак реалізується він у досить енергетично затратних умовах (при високій температурі та тиску). Також слід зазначити, що запропоновані напівпровідники мають недостатньо високу селективність при взаємодії з молекулами газової фази. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу отримання тонких плівок оксиду алюмінію, які містять наноструктурований триоксид вольфраму та являють собою композитний матеріал з розвиненою питомою поверхнею напівпровідника, що забезпечує високу чутливість і селективність при детектуванні NOX. Поставлена задача вирішується тим, що, згідно з корисною моделлю, заповнення пор сформованої наноструктурованої матриці оксиду алюмінію напівпровідниковим матеріалом пропонується проводити просоченням у розчині вольфрамату амонію з подальшим сушінням зразків та термічним розкладом солі при температурі 450-500 °C протягом 30-40 хв. до утворення в порах матриці WO3, що є напівпровідником n-типу, та виявляє високу чутливість і селективність до акцепторного газу NOx. Процес синтезу триоксиду вольфраму в матриці пористого наноструктурованого оксиду алюмінію можна описати наступними реакціями [4]: 12(NH4 )2 WO 4  (NH4 )10 H2W12O42  4H2O  14NH3  2H2O 450  500  C (NH 4 )10 H2W12 O42  4H2O   12WO 3  10NH3  10H2O .  45 Спосіб, згідно з корисною моделлю, реалізується наступним чином. Приклад Плівки пористого анодного оксиду алюмінію з високоупорядкованою структурою формували за методикою двостадійного окиснення [5]. Як вихідний матеріал для синтезу анодних плівок АІ 2О3 використовували алюмінієву фольгу (99,99 %). Умови процесу електролізу наведено в табл. 1. Таблиця 1 Електроліт (СООН)2 50 Концентрація розчину, М 0,5 Напруга, В 50 Густина струму, 2 мА/см 10 Температура, °C 2-А Для рівномірного формування оксидної плівки на всій поверхні алюмінієвої підкладки електроліт ретельно перемішували за допомогою механічної мішалки. Просочення синтезованого наноструктурованого анодного оксиду алюмінію здійснювали у насиченому розчині вольфрамату амонію. Далі одержані зразки сушили при температурі (2022)°С, при цьому кристалізувався паравольфрамат амонію (ПВА). 1 UA 73012 U Наступний етап - термічний розклад ПВА, що проводили в атмосфері повітря в муфельній печі при температурі (450-500)°С протягом 30-40 хв. Такий спосіб дозволяє синтезувати напівпровідниковий композит на основі наноструктурованого оксиду алюмінію, параметри якого наведені в таблиці 2. 5 Таблиця 2 Поверхня 2 зразка, см 2 10 15 20 Товщина зразка, Кількість пор мкм 9 15 21·10 Об'єм пор, Теоретична маса Практична маса 3 3 3 см WO , мг WO , мг 3 0,5·101,69 1,74 Стехіометрію складу напівпровідника, сформованого в порах оксидної матриці, контролювали за допомогою методу рентгеноелектронної спектроскопії. Перевагою патентуемого способу у порівнянні з найближчим аналогом та іншими відомими методами одержання тонких плівок оксиду алюмінію, які містять наноструктурований напівпровідник є підвищення технологічності за рахунок виключення енерговитратних процесів, а також можливість отримати композитну систему Аl2О3-WO3 з заданими контрольованими параметрами. Джерела інформації: 1. пат. RU№ 2379784 02.12.2008 2. Арутюнян В.М. Микроэлектронные технологии - магистральный путь для создания твердотельных сенсоров. // Микроэлектроника, 1991. - Т. 20, №4. - С. 331-355. 3. пат. RU№ 2385835 23.10.2008 4. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов -М.: Металлургия, 1991.432 с. 5. Masuda H., Fukuda К. Ordered metal nanohole arrays made by a two-step replication of honeycomb structures of anodic alumina // Science, 1995. - vol. 268. - pp. 1466-1468. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб отримання тонких плівок оксиду алюмінію, які містять наноструктурований триоксид вольфраму, що включає одержання поруватих оксидних плівок шляхом двостадійного анодування алюмінію з подальшим заповненням пор матриці, який відрізняється тим, що заповнення пор проводять просоченням у розчині вольфрамату амонію з подальшим сушінням зразків та термічним розкладом солі до триоксиду вольфраму при температурі 450-500 °C протягом 30-40 хв. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2