Uhlíkové nanomateriály pro elektroniku

Abstract

Tato disertační práce je zaměřena na vývoj a optimalizaci chemirezistivního senzoru vodíku založeného na jednostěnných uhlíkových nanotrubicích (SWCNT) modifikovaných nanočásticemi palladia (Pd). Pozornost byla soustředěna na volbu materiálů a optimalizaci technologického postupu umožňujícího přípravu senzoru se spolehlivou detekcí vodíku v širokém koncentračním rozsahu při pokojové teplotě bez nutnosti vnějšího ohřevu. Aktivní vrstva senzoru byla realizována technologií airbrush pro depozici SWCNT na keramický substrát s interdigitální elektrodovou (IDE) strukturou a následnou depozicí nanočástic Pd metodou pulzní laserové ablace (PLA). Byly testovány dvě varianty - přímá depozice Pd pomocí PLA ve vakuu a příprava Pd koloidu pomocí PLA ve vodě s následným nanesením airbrushem. Výsledky potvrdily výhodnost metody PLA ve vakuu, jež byla následně zvolena pro podrobný výzkum. Struktura a složení výsledné aktivní vrstvy senzoru byla detailně studována pomocí pokročilých charakterizačních metod, zahrnujících HRTEM, XPS, Ramanovu spektroskopii a EELS. Nanočástice Pd vykazovaly dosud nepopsanou fázi tuhého roztoku kyslíku v Pd, částečně pokrytou vrstvou oxidu PdO. Tato unikátní struktura významně ovlivňuje detekční vlastnosti. Vyvinutý senzor dosahuje vysoké a reprodukovatelné odezvy (>200 %) na 4 % H2, pracuje v rozsahu 0,05-10 % a vykazuje dlouhodobou stabilitu přesahující 1,5 roku. Diskutovány jsou také možné mechanismy detekce a perspektivy využití zvoleného technologického postupu pro budoucí vývoj pokročilých plynových senzorů.