Сенсор на основе полимерного композита, полученного методом лазерной интеграции

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Ким, Лариса - Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий (ИШХБМТ)
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Данная работа посвящена изучению структуры лазерно-индуцированного металл-полимерного композита с использованием металлических наночастиц серебра и меди. На основе полученного материала необходимо показать принципиальную возможность использования в электронике, таким образом был представлен прототип газового сенсора и его характеристики в виде калибровочной кривой. Результаты показывают наличие отклика сенсора на этанол. Данная работа имеет спектр применений от обеспечения безопасности на производстве, детектируя токсичные газы, до изучения космоса

Введение………………………………………………………………………………………………. 15

1. Обзор литературы ………………………………………………………………………… 16

1.1 Лазерно-индуцированный графен (LIG) ……………………………………….. 16

1.2 Наноматериалы и их свойства ………………………………………………………. 18

1.2.1 Локализованный поверхностный плазмонный резонанс ………….. 19

1.2.2 Фототермические свойства ……………………………………………………… 19

1.3 Лазерно-интегрированный металл-полимерный композит (LIMPc).. 20

1.4 Сенсоры газа ………………………………………………………………………………… 21

1.4.1 Сенсоры газа на основе LIG ……………………………………………………. 23

1.4.2 Электроды газового сенсора……………………………………………………. 26

1.4.3 Материалы активного слоя ……………………………………………………… 27

2. Объекты и методы исследования …………………………………………………….. 28

2.1 Используемые материалы …………………………………………………………….. 28

2.2 Оборудование ………………………………………………………………………………. 29

2.3 Методика подготовки подложек LIMPc ………………………………………… 29

2.4 Оптимизация параметров лазерного излучения …………………………….. 30

2.5 Методика приготовления газового сенсора …………………………………… 31

2.6 Методика определения характеристик сенсора……………………………… 32

3. Результаты и обсуждение ……………………………………………………………….. 34

3.1 Спектроскопия комбинационного рассеяния ………………………………… 34

3.2 Четырехточечное измерение сопротивления …………………………………. 36

3.3 Описание характеристик газового сенсора ……………………………………. 38
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение ………………………………………………………………………………. 34

Введение …………………………………………………………………………………………… 34

4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения . 35

4.1.1 Потенциальные потребители результатов проекта …………………… 35

4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………….. 35

4.1.3 SWOT-анализ …………………………………………………………………………. 37

4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ……………………. 38

4.2 Инициация проекта ………………………………………………………………………. 41

4.2.1 Цели и результаты проекта ……………………………………………………… 41

4.2.2 Организационная структура проекта ……………………………………….. 42

4.2.3 Бюджет проекта ……………………………………………………………………… 44

4.2.4 Сырье, материалы, специальное оборудование, покупные изделия
……………………………………………………………………………………………………….. 44

4.2.5 Расчет затрат на оборудование для выполнения научно-
экспериментальных работ……………………………………………………………….. 45

4.2.6 Основная заработная плата исполнителей темы ………………………. 46

4.2.7 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ……………. 48

4.2.8 Отчисления во внебюджетные фонды……………………………………… 48

4.2.9 Накладные расходы ………………………………………………………………… 49

4.2.10 Бюджетная стоимость НИР …………………………………………………… 49
4.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
………………………………………………………………………………………………………….. 50

4.3.1 Интегральный показатель финансовой эффективности ……………. 50

4.3.2 Интегральный показатель ресурсоэффективности вариантов …… 50

Заключение по разделу …………………………………………………………………………. 51

5. Социальная ответственность …………………………………………………………… 52

Введение …………………………………………………………………………………………… 52

5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности .. 53

5.1.1 Основные права и обязанности работника ………………………………. 53

5.1.2 Эргономические требования к рабочему мест …………………………. 54

5.2.1 Производственная безопасность ……………………………………………… 55

5.2.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………… 56

5.2.4 Обоснование мероприятий по снижению воздействия вредных и
опасных факторов на исследователя ……………………………………………….. 61

5.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………… 67

5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………… 68

Заключение ……………………………………………………………………………………….. 69

Заключение ………………………………………………………………………………………….. 70

Список литературы: ……………………………………………………………………………… 71

Methods and materials ……………………………………………………………………………. 79

Materials used in experiments ………………………………………………………………. 79

Equipment ………………………………………………………………………………………….. 80

Experimental part ………………………………………………………………………………… 80
LIMPc substrate preparation methodology ………………………………………….. 80

Optimization of the parameters of laser radiation ……………………………………. 80

Results and discussion …………………………………………………………………………. 83

Raman spectroscopy …………………………………………………………………………. 83

Four-point resistance measurement …………………………………………………….. 85

Сегодня технологический прогресс, бесспорно, является одной из
лидирующих тенденций, способствующих человеческому благополучию.
XXI век – время, когда электроника и машины значительно упрощают жизнь
и деятельность человека. Тем не менее, с течением времени появляются
новые более функциональные материалы и технологии производства, а
значит и новые более эффективные аналоги приборов. Одним из таких
материалов является графен, который в короткие сроки завоевал внимание
благодаря отличительным электрическим [1], механическим [2],
химическим [3] и другим свойствам [4]. Графен также известен своими
модификациями, одной из популярных является лазерно-индуцированный
графен LIG. Этот материал известен своей пористостью, высокой
проводимостью, простотой и дешевизной изготовления. LIG очень быстро
приобрел популярность в области гибкой электроники, однако большим
препятствием для прикладного применения является его низкая
механическая стабильность. Недавно научным коллективом Rodriguez et al.
[5] был опубликован более механически стабильный аналог LIG.

1.Sandhya P.K. et al. Viscoelastic and electrical properties of RGO
reinforced phenol formaldehyde nanocomposites // Journal of Applied
Polymer Science. 2020. Vol. 137, № 40. P. 49211.
2.Xiang Z. et al. Reduced Graphene Oxide-Reinforced Polymeric Films
with Excellent Mechanical Robustness and Rapid and Highly Efficient
Healing Properties // ACS Nano. 2017. Vol. 11, № 7. P. 7134–7141.
3.Gnanamoorthy G. et al. New construction of Fe3O4/rGO/ZnSnO3
nanocomposites enhanced photoelectro chemical properties // Optical
Materials. 2020. Vol. 109. P. 110353.
4.Gonçalves J.M. et al. Synergic effects enhance the catalytic properties of
alpha-Ni(OH)2-FeOCPc@rGO composite for oxygen evolution reaction
// Electrochimica Acta. 2018. Vol. 267. P. 161–169.
5.Rodriguez R.D. et al. Ultra‐Robust Flexible Electronics by Laser‐Driven
Polymer‐Nanomaterials Integration // Advanced Functional Materials.
2021. Vol. 31, № 17. P. 2008818.
6.Alam S.N., Sharma N., Kumar L. Synthesis of Graphene Oxide (GO) by
Modified Hummers Method and Its Thermal Reduction to Obtain
Reduced Graphene Oxide (rGO)* // Graphene. 2017. Vol. 06, № 01. P.
1–18.
7.Guex L.G. et al. Experimental review: chemical reduction of graphene
oxide (GO) to reduced graphene oxide (rGO) by aqueous chemistry //
Nanoscale. 2017. Vol. 9, № 27. P. 9562–9571.
8.Lin J. et al. Laser-induced porous graphene films from commercial
polymers // Nature Communications. 2014. Vol. 5, № 1.
9.Singh S.P. et al. Sulfur-Doped Laser-Induced Porous Graphene Derived
from Polysulfone-Class Polymers and Membranes // ACS Nano. 2018.
Vol. 12, № 1. P. 289–297.
10. Lamberti A. et al. All-SPEEK flexible supercapacitor exploiting laser-
induced graphenization // 2D Materials. 2017. Vol. 4, № 3. P. 035012.
11. Zhang Z. et al. Visible light laser-induced graphene from phenolic resin:
A new approach for directly writing graphene-based electrochemical
devices on various substrates // Carbon. 2018. Vol. 127. P. 287–296.
12. Chyan Y. et al. Laser-Induced Graphene by Multiple Lasing: Toward
Electronics on Cloth, Paper, and Food // ACS Nano. 2018. Vol. 12, № 3.
P. 2176–2183.
13. Ye R. et al. Laser‐Induced Graphene Formation on Wood // Advanced
Materials. 2017. Vol. 29, № 37. P. 1702211.
14. El-Kady M.F., Kaner R.B. Scalable fabrication of high-power graphene
micro-supercapacitors for flexible and on-chip energy storage // Nature
Communications. 2013. Vol. 4, № 1.
15. Tan K.W. et al. Transient laser heating induced hierarchical porous
structures from block copolymer–directed self-assembly // Science.
2015. Vol. 349, № 6243. P. 54–58.
16. Tao L.-Q. et al. An intelligent artificial throat with sound-sensing ability
based on laser induced graphene // Nature Communications. 2017. Vol.
8, № 1.
17. Korotcenkov G. Handbook of Gas Sensor Materials: Properties,
Advantages and Shortcomings for Applications Volume 1: Conventional
Approaches. Springer Science & Business Media, 2013. 442 p.
18. Liu X. et al. A survey on gas sensing technology // Sensors . 2012. Vol.
12, № 7. P. 9635–9665.
19. Nazemi H. et al. Advanced Micro- and Nano-Gas Sensor Technology: A
Review // Sensors . 2019. Vol. 19, № 6.
20. Emadi T.A. et al. Polymer-based gas sensor on a thermally stable micro-
cantilever // Procedia Engineering. 2010. Vol. 5. P. 21–24.
21. Zhao W. et al. Detection of mixed volatile organic compounds and lung
cancer breaths using chemiresistor arrays with crosslinked nanoparticle
thin films // Sensors and Actuators B: Chemical. 2016. Vol. 232. P. 292–
299.
22. Carvalho W.S.P. et al. Polymer-Based Technologies for Sensing
Applications // Analytical Chemistry. 2018. Vol. 90, № 1. P. 459–479.
23. Tai H. et al. Fabrication and gas sensitivity of polyaniline–titanium
dioxide nanocomposite thin film // Sensors and Actuators B: Chemical.
2007. Vol. 125, № 2. P. 644–650.
24. Seekaew Y. et al. Low-cost and flexible printed graphene–PEDOT:PSS
gas sensor for ammonia detection // Organic Electronics. 2014. Vol. 15,
№ 11. P. 2971–2981.
25. Raut B.T. et al. CSA doped polyaniline/CdS organic–inorganic
nanohybrid: Physical and gas sensing properties // Ceramics
International. 2012. Vol. 38, № 7. P. 5501–5506.
26. Nasirian S., Moghaddam H.M. Hydrogen gas sensing based on
polyaniline/anatase titania nanocomposite // International Journal of
Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39, № 1. P. 630–642.
27. Abraham J.K. et al. A compact wireless gas sensor using a carbon
nanotube/PMMA thin film chemiresistor // Smart Materials and
Structures. 2004. Vol. 13, № 5. P. 1045–1049.
28. Chaudhary V., Kaur A. Enhanced room temperature sulfur dioxide
sensing behaviour of in situ polymerized polyaniline–tungsten oxide
nanocomposite possessing honeycomb morphology // RSC Advances.
2015. Vol. 5, № 90. P. 73535–73544.
29. Stanford M.G. et al. Laser-Induced Graphene for Flexible and
Embeddable Gas Sensors // ACS Nano. 2019. Vol. 13, № 3. P. 3474–
3482.
30. Wienecke M. et al. PTFE membrane electrodes with increased sensitivity
for gas sensor applications // Synthetic Metals. 2003. Vol. 138, № 1-2. P.
165–171.
31. Zanjani S.M.M. et al. Enhanced sensitivity of graphene ammonia gas
sensors using molecular doping // Applied Physics Letters. 2016. Vol.
108, № 3. P. 033106.
32. Suehiro J. et al. Schottky-type response of carbon nanotube NO2 gas
sensor fabricated onto aluminum electrodes by dielectrophoresis // Sens.
Actuators B Chem. 2006. Vol. 114, № 2. P. 943–949.
33. Brosha E.L. et al. Mixed potential sensors using lanthanum manganate
and terbium yttrium zirconium oxide electrodes // Sensors and Actuators
B: Chemical. 2002. Vol. 87, № 1. P. 47–57.
34. Li X., Xiong W., Kale G.M. Novel Nanosized ITO Electrode for Mixed
Potential Gas Sensor // Electrochemical and Solid-State Letters. 2005.
Vol. 8, № 3. P. H27.
35. Mazlan N.S. et al. Interdigitated electrodes as impedance and capacitance
biosensors: A review. 2017.
36. Filippidou M.K., Chatzichristidi M., Chatzandroulis S. A fabrication
process of flexible IDE capacitive chemical sensors using a two step lift-
off method based on PVA patterning // Sensors and Actuators B:
Chemical. 2019. Vol. 284. P. 7–12.
37. Mamouni J., Yang L. Interdigitated microelectrode-based microchip for
electrical impedance spectroscopic study of oral cancer cells // Biomed.
Microdevices. 2011. Vol. 13, № 6. P. 1075–1088.
38. Anh-Nguyen T. et al. An impedance biosensor for monitoring cancer cell
attachment, spreading and drug-induced apoptosis // Sensors and
Actuators A: Physical. 2016. Vol. 241. P. 231–237.
39. MacDiarmid A.G. “Synthetic Metals”: A Novel Role for Organic
Polymers (Nobel Lecture) // Angew. Chem. Int. Ed Engl. 2001. Vol. 40,
№ 14. P. 2581–2590.
40. Liu T., Burger C., Chu B. Nanofabrication in polymer matrices //
Progress in Polymer Science. 2003. Vol. 28, № 1. P. 5–26.
41. Mathkar A. et al. Controlled, Stepwise Reduction and Band Gap
Manipulation of Graphene Oxide // J. Phys. Chem. Lett. 2012. Vol. 3, №
8. P. 986–991.
42. Gao W. The Chemistry of Graphene Oxide // Graphene Oxide. 2015. P.
61–95.
43. Lipatov A. et al. Highly selective gas sensor arrays based on thermally
reduced graphene oxide // Nanoscale. 2013. Vol. 5, № 12. P. 5426–5434.
44. Gómez-Navarro C. et al. Electronic transport properties of individual
chemically reduced graphene oxide sheets // Nano Lett. 2007. Vol. 7, №
11. P. 3499–3503.
45. Basu S., Bhattacharyya P. Recent developments on graphene and
graphene oxide based solid state gas sensors // Sensors and Actuators B:
Chemical. 2012. Vol. 173. P. 1–21.
46. Lee G., Jung Y., Kim J. Graphene-based Chemical Sensors //
Semiconductor-Based Sensors. 2016. P. 221–243.
47. Lu G., Ocola L.E., Chen J. Reduced graphene oxide for room-
temperature gas sensors // Nanotechnology. 2009. Vol. 20, № 44. P.
445502.
48. Dua V. et al. All-organic vapor sensor using inkjet-printed reduced
graphene oxide // Angew. Chem. Int. Ed Engl. 2010. Vol. 49, № 12. P.
2154–2157.
49. Li W. et al. Reduced graphene oxide electrically contacted graphene
sensor for highly sensitive nitric oxide detection // ACS Nano. 2011. Vol.
5, № 9. P. 6955–6961.
50. Lu G. et al. Toward practical gas sensing with highly reduced graphene
oxide: a new signal processing method to circumvent run-to-run and
device-to-device variations // ACS Nano. 2011. Vol. 5, № 2. P. 1154–
1164.
51. Alrammouz R. et al. A review on flexible gas sensors: From materials to
devices // Sensors and Actuators A: Physical. 2018. Vol. 284. P. 209–
231.
52. Kaushal A., Dhawan S.K., Singh V. Determination of crystallite size,
number of graphene layers and defect density of graphene oxide (GO)
and reduced graphene oxide (RGO) // DAE SOLID STATE PHYSICS
SYMPOSIUM 2018. 2019.
52.Smits F.M. Measurement of Sheet Resistivities with the Four-Point Probe
// Semiconductor Devices: Pioneering Papers. 1991. P. 183–190.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать «Сенсор на основе полимерного композита, полученного методом лазерной интеграции»

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Математическое моделирование процесса производства автомобильных бензинов
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Модификация атактического полипропилена
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Исследование золы Северской ТЭЦ как наполнителя в серные композиционные материалы
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)