OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 185 MATERIAL SCIENCE Полученные нанокомпозиты наносились на подложки из фтор-легированного оксида олова (FTO) с помощью ножевого устройства для изготовления ёмкостных датчиков влажности. Предполагается, что введение нанографитового материала (NGM) способствует улучшению характеристик сенсора за счет повышения электрической проводимости и усиления взаимодействия с молекулами воды на поверхности материала. Для комплексного анализа структурных, оптических и химических свойств синтезированных нанокомпозитов применялись методы оптической спектроскопии (UV-visible spectroscopy), сканирующей электронной микроскопии (SEM), рентгеновской дифракции (XRD) и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). Сенсорные характеристики датчиков оценивались посредством измерения ёмкости и комплексного сопротивления (импеданса) в атмосфере с контролируемым содержанием азота при относительной влажности (RH) в диапазоне от 10 до 95 % [19]. Анализ зависимости ёмкости и комплексного сопротивления (импеданса) от влажности позволил определить чувствительность и динамические параметры сенсорных устройств. Полученные результаты способствуют развитию усовершенствованных нанодатчиков влажности с перспективами применения в областях экологического мониторинга, медицинской диагностики и промышленной автоматизации. Методы исследования Материалы и методы Для синтеза использовались высокочистые реактивы аналитического класса: ацетат цинка (Zn(CH3COO)2), гидрокарбонат аммония (NH4HCO3), нанографитовый материал (NGM), этанол (аналитический класс) и этилцеллюлоза, приобретённые у ведущих поставщиков BDH, Merck и Sigma-Aldrich. В процессе синтеза и промывки применялась деионизированная вода для исключения ионного и органического загрязнения. В качестве подложек для изготовления сенсорных устройств использовалось стекло с покрытием из фтор-легированного оксида олова (FTO). Для формирования устройств применялись медные и серебряные электроды. Перед использованием все подложки и компоненты подвергались тщательной очистке – сначала в растворе моющего средства Liquinox (Alconox Inc.), а затем ополаскивались ацетоном аналитического класса (Sigma-Aldrich) для удаления органических загрязнений и обеспечения чистой поверхности без загрязняющих частиц. Синтез наночастиц оксида цинка (ZnO) методом химического осаждения Для получения прекурсора наночастиц ZnO 10 мл раствора нитрата цинка (Zn(NO3)2) концентрации 1,5 моль/л медленно добавляли к 10 мл раствора карбоната аммония ((NH4)2CO3) концентрации 2,25 моль/л при постоянном магнитном перемешивании. Образование белого осадка карбоната цинка (ZnCO3) свидетельствовало об успешном протекании реакции [1]: Zn(NO3)2S + (NH4)2CO3 → → ZnCO3 ↓ + 2 NH4NO3. Осадок отделяли вакуумной фильтрацией через фильтровальную бумагу с оптимальным размером пор для удаления жидких побочных продуктов и непрореагировавших веществ. Затем осадок промывали трижды деионизированной водой для удаления остатков реагентов. Для ускорения сушки и предотвращения агломерации использовали этанол, обладающий высокой летучестью. Высушенный при 80 °C порошок ZnCO3 подвергали кальцинации в муфельной печи при 550 °C в течение 2 часов, что обеспечивало термическое разложение карбоната цинка с образованием наночастиц оксида цинка согласно уравнению ZnCO3 → ZnO + CO2. Легирование наночастиц ZnO нанографитовым материалом (NGM) Исходные порошки ZnO и NGM диспергировали отдельно в этаноле для обеспечения равномерного распределения. Затем суспензию NGM капельно вводили в раствор ZnO при непрерывном перемешивании в течение 25 минут для достижения гомогенного смешивания. Массовые соотношения ZnO и NGM варьировали для получения композитов с содержанием NGM 1, 2, 3, 4, 5 и 10 % (соответственно 99:1, 98:2, 97:3, 96:4,
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1