OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 197 MATERIAL SCIENCE нанографитового материала (NGM) в матрицу ZnO. Данные рентгенофазового анализа (РФА) выявили сдвиги дифракционных пиков с увеличением содержания NGM, что свидетельствует о деформации кристаллической решетки и структурных изменениях. Изображения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) продемонстрировали равномерное распределение NGM в матрице ZnO, приводящее к увеличению шероховатости поверхности и образованию дополнительных активных центров для адсорбции молекул воды. Методом ИК-Фурье-спектроскопии подтверждено наличие функциональных групп (O–H и C=C), играющих важную роль в процессе адсорбции влаги. Исследования электрических характеристик показали, что легирование ZnO нанографитовым материалом (NGM) значительно улучшает характеристики датчика влажности. Датчик на основе ZnO с 2 % NGM продемонстрировал наиболее благоприятное сочетание динамических характеристик, характеризующееся временем отклика 4,5 с и временем восстановления 6,9 с. Данное улучшение связано с увеличением подвижности носителей заряда и повышением концентрации активных центров адсорбции. Увеличение концентрации легирующей добавки NGM свыше 5 % хотя и приводит к росту чувствительности, но сопровождается ухудшением динамических характеристик, что, вероятно, обусловлено агломерацией NGM, уменьшающей эффективную площадь поверхности и затрудняющей быструю кинетику адсорбции и десорбции молекул воды. Сравнение полученных результатов с характеристиками датчиков влажности на основе других материалов, представленных в научной литературе, подчеркивает конкурентоспособность нанокомпозитов ZnO-NGM. Разработанные датчики демонстрируют более сбалансированное сочетание чувствительности и динамических характеристик по сравнению с традиционными датчиками, страдающими от медленного отклика и медленного восстановления. Это позволяет рассматривать датчики на основе ZnO, легированного NGM, как перспективные для применения в системах мониторинга влажности реального времени в различных областях, включая управление промышленными процессами, мониторинг окружающей среды и биомедицинскую диагностику. В качестве направлений для дальнейших исследований следует рассмотреть оптимизацию концентрации NGM с целью одновременного улучшения чувствительности и долговременной стабильности характеристик. Кроме того, перспективным является изучение альтернативных методов формирования тонких пленок ZnO-NGM и разработка гибких датчиков влажности для носимой электроники и портативных устройств. Заключение В данной работе представлен эффективный метод синтеза наночастиц ZnO, легированных нанографитовым материалом (NGM), для создания высокоэффективных ёмкостных датчиков влажности. Методом оптической спектроскопии подтверждено наличие выраженного пика поглощения при 367 нм, свидетельствующего о полупроводниковом характере и оптической пригодности структуры ZnO. Данные рентгенофазового анализа (РФА) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) указывают на улучшение кристалличности и текстуры поверхности ZnO при легировании NGM, что приводит к значительному увеличению скорости адсорбции и улучшению переноса заряда. На основании результатов исследования влияния концентрации NGM на характеристики датчика установлено, что датчик на основе ZnO с 4 % NGM демонстрирует оптимальное сочетание высокой чувствительности и быстрого отклика, характеризующееся временем отклика 4,0 с и временем восстановления 6,2 с. Увеличение концентрации NGM до 5 % и выше приводит к дальнейшему росту чувствительности по ёмкости, однако сопровождается снижением скорости отклика, что, вероятно, обусловлено агломерацией NGM и уменьшением эффективной площади поверхности. Разработанные датчики демонстрируют высокую воспроизводимость результатов, незначительный гистерезис и стабильную работу в широком диапазоне частот и относительной влажности (10–95 % RH, 10 кГц – 1 МГц). Список литературы 1. High-performance humidity sensor based on the graphene fl ower/zinc oxide composite / M. Saqib, S. Ali Khan, H.M. Mutee Ur Rehman, Y. Yang, S. Kim,
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1