В ходе выполнения проекта «Совместная разработка чувствительного наноматериала и газового микро- и наносенсора нового поколения» по Соглашению о предоставлении субсидии от 16 июля 2014 года No 14.613.21.0002 Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе No 1 в период с 16 июля 2014 г. по 31 декабря 2014 г. в соответствии с "План- графиком" выполнялись следующие работы: По п. 1.1 ПГ: патентный поиск по созданию газового микро- и наносенсора на основе низкоразмерных оксидных соединений ванадия и молибдена. По п. 1.2. дополнительный патентный поиск по синтезу чувствительного низкоразмерного материала на основе оксида ванадия. По п. 1.3. ПГ: аналитический обзор научной литературы по созданию газового микро- и наносенсора нового поколения на основе низкоразмерных оксидных соединений ванадия и молибдена. По п. 1.4. ПГ: сравнительный анализ возможных решений при создании эффективного газочувствитьельного сенсорного материала. Анализ литературных данных позволил сформулировать пути возможных решений при создании газочувствительного сенсорного материала. По п. 1.5 ПГ: разработан план экспериментов по синтезу, характеризации и исследованию свойств полученных соединений. Сформулированы направления дальнейших исследований. По п. 1.6 ПГ: создана установка по измерению электропроводности объемных образцов в контролируемой атмосфере. По п. 1.7 ПГ: аналитический обзор по конструкционным особенностям лабораторных стендов для испытаний материалов в качестве газовых сенсоров. По п. 1.8 ПГ: сравнительный анализ возможных решений при создании эффективного газочувствительного сенсорного материала. При этом были получены следующие результаты: Выполнен патентный поиск по созданию газового микро- и наносенсора на основе низкоразмерных оксидных соединений ванадия и молибдена. Анализ патентной ситуации в области защиты составов газосенсорных материалов на основе оксидных соединений ванадия и молибдена, а также способов их использования в конструкциях газосенсорных датчиков в качестве объектов изобретения позволил выявить 25 охранных документов, из них 9 патентов, 11 акцептованных заявок и 5 выложенных заявок. Глубина поиска составляла более 10 лет по базам данных следующих патентных ведомств: - база данных ФИПС (Федерального института промышленной собственности) - www.fips.ru - база данных Европейского патентного ведомства - ep.espacent.com - база данных патентного ведомства США – www.uspto.gov - база данных патентного ведомства Японии – www.jpo.go.jp - база данных патентного ведомства Китая – www. sipo.gov.cn. Анализ массива обнаруженных охранных документов позволил выявить значительное количество охранных документа (17 документов), которые защищают технические решения, касающиеся газовых сенсоров с использованием в качестве конструктивных элементов материалов на основе оксидных соединений ванадия и молибдена для контроля содержания в окружающей атмосфере аммиака и оксидов азота (акцептованные заявки Японии NoNo 2009198347, 2008116321, Н085606, Н08271465, выложенная заявка США No 2009211906) или горючих газов, в частности оксидов углерода, водорода, углеводорода и др. (акцептованные заявки Японии NoNo 2010117288, 2006046970, S60100752 выложенная заявка США No 200403774 патенты США NoNo 4045177, 4507643 патент SU No 1804620). Необходимо отметить, что подавляющее количество охранных документов, касающихся разработок газовых сенсоров на основе оксидных материалов, принадлежит японским фирмам (11 охранных документов). Анализ патентной ситуации в области защиты составов газосенсорных материалов на основе оксидных соединений ванадия и молибдена, а также способов их использования в конструкциях газосенсорных датчиков позволил выявить, что ведущими странами в данной области по количеству охранных документов являются Япония (11 охранных документов) и США (7 охранных документов). При этом необходимо отметить, что наиболее перспективные разработки газовых сенсоров на основе наноструктур оксида ванадия принадлежат китайским разработчикам (патенты Китая NoNo 103267779, 2906611, 103101973). Анализ патентной ситуации в Российской Федерации показал, что защита технических решений в области разработки составов газосенсорных материалов на основе оксидных соединений ванадия и молибдена, а также способов их использования в конструкциях газосенсорных датчиков практически отсутствует.
Выполнен аналитический обзор научной литературы по созданию газового микро- и наносенсора нового поколения на основе низкоразмерных оксидных соединений ванадия и молибдена. При выполнении аналитического обзора использовались база данных сайтов ScieceDirect (http://www.sciecedirect.com/) b Web of Science(http://webofsknoledge.com/). Проведен поиск научно-технической литературы по способам синтеза газочувствительного нано- и микроматериалов на основе оксидных соединений ванадия и молибдена. Глубина поиска – последние 5 лет. Найдена информация об использовании низкоразмерных соединений ванадия и молибдена в качестве сенсорных материалов для определения паров этанола и аммиака. Из рассмотренных литературных данных следует, что сенсорный отклик на пары этанола преимущественно проявляют нано- и микроструктуры на основе оксидных соединений ванадия. Оксидные соединения молибдена демонстрируют сенсорные свойства при детектировании аммиака, CO, NO2, CH4.
Анализ литературных данных позволил сформулировать пути возможных решений при создании газочувствительного сенсорного материала, а именно:
-использование модифицирования для улучшения сенсорных характеристик,
- использование метастабильных модификаций сложных оксидов,
-использование новых прекурсоров для синтеза микро- и наноматериалов.
Разработан план экспериментов по синтезу, характеризации и исследованию свойств полученных соединений. Сформулированы направления дальнейших исследований. Создана установка по измерению электропроводности объемных образцов в контролируемой атмосфере.
За счет внебюджетных средств выполнен аналитический обзор по конструкционным особенностям лабораторных стендов для испытаний материалов в качестве газовых сенсоров. Описано оборудование, используемое для исследования сенсорных свойств материалов, в Уханьском технологическом университете. Оно представляет собой измерительный комплекс, состоящий из печи, измерительной системы, дисплей-системы. Измерительные комплексы для исследования газосенсорных свойств микро- и наноматериалов выпускаются компаниями WS-30A/WS-60 A (Zhenzhou Winsen Technology Corp, LTD), NSSRL-810 (KENA Smart Instrument, LTD), CGS-8(Beijing Elite Tech Corp, LTD и т.д. Газовый поток в них контролируется динамической системой распределения газа (например, DGD-3, Elite, Beijing). Тест-камера (ETCP-2000, ECOPIA, Korea) позволяет проводить вакуумирование до 10-3 torr, она также оснащена микроскопом, что позволяет проводить различные манипуляции с материалом и контролировать наличие контакта между электродом и испытуемым материалом. Измерение и вывод данных на дисплей осуществляется с помощью интерфейса возможных вариантов, позволяющих создать эффективный газовый сенсор, включающих использование 1) полупроводникового газового сенсора, 2) газочувсвтвительного материала на основе сложных соединений, 3) направленного электроизлучения для изготовления наноустройства, 4) наноматериалов с высоким отношением длины к диаметру и огромной удельной поверхностью, 5) высокого дизайна наноустройств.
