Золь-гель жараёнлар асосида олинган наноматериаллардан фойдаланиб аммиакнинг селектив газ сенсорларини яратиш

Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати. Бугунги кунда саноатни жадал ривожлантиришда, экологик муаммоларни ҳал этишда, айниқса, кимё, нефть ва газ кимёсининг жадал ривожланиши натижасида бутун дунёда вужудга келган атмосфера ҳавоси мониторинги муаммосини ҳал этишда селектив усуллар ва сезгир сенсорларни кўллаш долзарб масалага айланиб бормокда. Ярим ўтказгичли сенсорлар (ЯЎС) сезгир асбоблар жумласига киради ва уларнинг асосий кулайликлари ишлатишдаги оддийлиги, кичик ўлчамлилиги, ишлаш ресурсининг катталиги, юкори аниқлиги ва тезкорлигидан иборат.
Мустақиллик йилларида мамлакатимизда саноатнинг турли соҳаларига замонавий технологияларни киритиш, модернизация қилиш ва улар асосида янги турдаги маҳсулотлар ишлаб чиқаришга асосланган қатор янги саноат корхоналари ишга туширилди. Ушбу корхоналарда газ аралашмалари назоратида кенг қўлланиладиган ярим ўтказгичли сенсорларни ишлаб чиқишда SnO2, TiO2, ZnO, 1п20з, МоОз, Ғе2О3, WO3 ва V2O5 лар асосида олинган газсезгир материаллар аҳамиятли хисобланади. Булардан ўз кўрсатг'ичлари бўйича жуда муҳим бўлган TiO2 ва Ғе2О3 лар асосида золь-гель технология усулида олинган газсезгир материллар (ГСМ) алохида ўринга эга. Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича Ҳаракатлар стратегиясига мувофиқ, кимё саноати соҳаларини ривожлантиришда, жумладан, золь-гель технологиялари асосида селектив ярим ўтказгичли газ сенсорларини яратиш мухим ахамият касб этади.
Жахон миқёсида иқтисодиёт тармоқлари айниқса автотранспорт, энергетика ва саноат ривожланиб борган сари атмосфера хавоси экологик мониторингига бўлган талаб тобора ортиб бормоқда. Жумладан, мавжуд анализ усуллари ва асбобларини такомиллаштириш, янги ярим ўтказгичли юқори сезгир сенсорлар яратиш, селектив газсезгир материаллар хосил қилиш жараёнларини илмий жиҳатдан асослаш кабилар долзарб масалалардан бўлиб, бу борада золь-гель технология асосида яримўтказгичли газсезгир материаллар олиш жараёни қонуниятларини аниқлаш, жараённи оптимал шароитларини топиш, юкори эффектив ярим ўтказгичли сенсорлар ишлаб чиқиш, уларнинг метрологик, аналитик ва эксплуатацион тавсифларини аниклашга алохида эътибор каратилмоқда.
Узбекистан Республикаси Президентининг 2010 йил 15 декабрдаги ПҚ-1442-сонли «2011-2015 йилларда Ўзбекистон Республикаси саноатини ривожлантиришнинг устувор йўналишлари тўғрисида»ги қарори, 2017 йил 7 февралдаги ПФ-4947-сон «Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича харакатлар стратегияси тўғрисида»ги Фармони, Вазирлар Махкамасининг 2013 йил 27 майдаги «2013-2017 йилларда Ўзбекистон Республикасида атроф-мухит муҳофазаси бўйича харакатлар дастури тўғрисида»ги 142-сонли карори хамда мазкур фаолиятга тегишли бошка меъёрий-хукукий хужжатларда белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация тадқиқоти муайян даражада хизмат қилади.
Гадки коти инг мақсади. SiO2-TiO2 таркибли юпқа плёнка асосидаги сенсор элементларини золь-гель жараёнлар асосида олинган нано матери алл ард ан фойдаланиб аммиакнинг концентрациясини аниқловчи селектив ярим ўтказгичли газ сенсори яратишдан иборат.
Тадкиқотнинг илмий янгилнгн қуйидагилардан иборат:
илк бор газ аралашмалари таркибидан NH3 нинг аниқловчи TiCb ва ҒезОз асосидаги яримўтказгичли селектив газ сезгир материалларининг мақсадга йўналтирилган золь-гель синтези амалга оширилган;
SiO2-TiC>2 таркибли газ сезгир материални ҒегОз билан модификациялаш уни NH3hh аниклашдаги температура чегарасини пасайтириб, селективлигини ошириши аникланган;
танланган газсезгир материаллар ва оптимал шароитлардан фойдаланиб, NH3 ни ҒЬ, СО ва SO2 иштирокида аниқлашнинг юқори сезгирлиги кўрсатилган;
газ аралашмалари айрим компонентларига нисбатан активликлари турлича бўлган катализаторлардан фойдаланилиб яримўтказгичли сенсорнинг NH3 ни аниклашдаги селективлиги аниқланган;
NH3 ни аникловчи 5%Fe2O3-95%TiO2 асосида тайёрланган яримўтказгичли сенсорнинг метрологии, аналитик, эксплуатацией ва бошка кўрсаткичларига турли омилларнинг таъсири кўрсатилган.
Хулосалар
1. Концентрация ва температуранинг кенг оралиғида тетраэтоксисилан (ТЭОС) асосида ярим ўтказгичли газсезгир материал шаклланишининг золь-гель жараёни кинетикасига бошланғич эритма компонентлари таркиби ва ўзаро нисбатининг таъсири ўрганилган. Таркиби ТЭОС:Н20:этанол:НС1=1:20:30:0,05 га мос келувчи эритманинг баркарорлигининг энг юқори бўлиши аникланган. SiO2-TiOi таркибли газсезгир пленка синтезининг оптимал температура ва вакт режими (450°С ва 30 мин.) танланган. Тадқиқот натижаларидан NH3 нинг юқори сезгир сенсори учуй газсезгир материал олишнинг золь-гель жараёнини бошқариш усули тавсия этилди.
2. Золь-гель технология усулида титан ва темир оксидлари асосида газсезгир материалларни шакллантириш методикаси ишлаб чиқилган. NH3 нинг селектив сенсорларини яратиш учун TiCF-FeaO; таркибли юпка пленка намуналари олинган. Плёнканинг тузилиши икки каватли копламадан иборат бўлиб, биринчиси тагликни қопловчи-тўлиқ ва узлуксиз бўлиши бошлангич золнинг таркибига боғлиқ бўлган TiCh асосидаги катлам, иккинчи қават эса асосан катализатордан I'e^O; дан иборат катлам.
3. Газ сенсорларнинг ривожланиш тенденцияси ва техник холатларини хисобга олган холда сезгир элемента юзаси золь-гель технология усулида титан ва темир оксидлари асосидаги газсезгир материал билан копланган, шиша қатламли платина симидан тайёрланган спиралдан иборат NFI? ни аникловчи сенсорнинг конструкцияси таклиф этилган ва амалда қўлланилган. Сезгир элементининг ўлчамлари ва сигналки узатувчи платина материалнинг паст иссиклик ўтказувчанлиги сенсорга бериладиган кучланишни 100 мВт гача пасайтиришга имкон яратди. Бу эса сенсорлардан кичик ўлчамли, батареяда автоном ишловчи асбоблар тайёрлашда фойдаланишга имкон беради.
4. Селектив ярим ўтказгичли сенсорлар учун катализатор танлаш мақсадида ёнувчи моддаларнинг металл оксидлари иштирокидаги оксидланиш қонуниятлари ўрганилган. Тажрибалар натижасида таркибида газ аралашмаларига нисбатан турлича активликка эга бўлган, катализатор сақлаган газсезгир материаллардан фойдаланиб, юқори селектив ярим ўтказгичли сенсорлар яратиш имконияти тасдиқланган. NH3 ни оксидлаш жараёнида 5% ҒезОз - 95% TiO2 таркибли аралашма энг юқори активлик ва селективликка эга бўлиши аникланган. Ушбу катализаторлар иштирокида 350 °C температурада NH3 тўлиқ (100 % - гача) оксидланиши кузатилади.
5. NHj ни захарли, енгил алангаланувчан ва портловчан газлар аралашмаси таркибидан аниқловчи юқори селектив ва сезгир ярим ўтказгичли сенсорлар ишлаб чикилган. Ишлаб чиқилган селектив ярим ўтказгичли сенсорларнинг NH3 ни аниклаш жараёнидаги асосий эксплуатацион ва метрологик тавсифи бахоланган. Ушбу сенсорлар концентрациянинг кенг оралиғида NH; ни аниқлашга имкон беради ва юқори метрологик хамда эксплуатацион тавсифга эга.
6. Кичик ўлчамли автоматик ярим ўтказгичли сенсорлар нинг тажрибавий намуналари яратилган. Ушбу сенсорлар саноат чиқинди газлари ва ёпиқ экологик системалар атмосфера хавоси таркибидан NH3 нинг узлуксиз автоматик анализида қўлланилади.