+7 (800) 505-67-97

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

    Магистерская диссертация Повышение производственной эффективности
    Все выполнено согласно требований и в срок! Рекомендую автора!
    Управление рисками в логистической системе предприятия
    Довольна работой автора!
    Совершенствование правового регулирования участия государства в акционерных обществах
    Спасибо,все хорошо!
    Необходимо выполнить два раздела магистерской диссертации
    Очень приятно работать с Татьяной! Работы всегда в соответствии с требованиям...
    Противодействие коррупции на государственной службе
    Нужно было написать речь для защиты ранее выполненной этим экспертом работы. ...
    Анализ преимуществ и расчет экономического эффекта при размещении линий связи на опорах ЛЭП
    Рекомендую данного автора! Работа выполнена в срок, все замечания были устран...
    Гражданское общество: теория, российский и мировой опыт
    Всё огонь
    Новое задание по государственному и муниципальному управлению
    Прекрасный автор, работа с ней доставляет удовольствие - всё всегда точно в с...
    Мотивация как психическое явление в условиях глобальных трансформационных процессов общественной жизни
    Хочу сказать огромное спасибо Дмитрию! С ним всегда приятно работать! Чётко, ...

    Хочешь уникальную работу?

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

    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
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    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
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ

    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)