Учебное пособие 1900

тройных и четверных систем полупроводников A3B5 обладающих высокой люминесценцией; методами МОС-гидридной эпитаксии на установке EMCORE GS3100 в лаборатории «Полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей» ФТИ РАН им. А.Ф. Иоффе.

Варьирование основных технологических режимов (температура эпитаксии, скорость эпитаксии, давление в реакторной камере, соотношение концентрации элементов в газовой смеси). Это позволит изменять в широком диапазоне степень неравновесности эпитаксиального процесса и, тем самым создавать условия для формирования качественного слоя.

2.Формирование объѐмных (> 1мкм) эпитаксиальных слоев

А3B5 (в том числе на подложках GaN) с низким уровнем дислокаций и высоким оптическим совершенством.

3.Формирование и исследование эпитаксиальных слоев А3B5 на подложках с целью модификации их кристаллографической симметрии и их электрооптических характеристик.

4.Получение эпитаксиальных слоев либо через формирования аморфного буферного слоя, либо прямой гетероэпитаксией соединений А3B5 (в том числе на подложках GaN).

5.Подбор гетерокомпозиций для создания в системе твердых растворов Al-Ga-In-As-P квантовых ям W-типа, излучающих на длину волны более 1.0 мкм на основе теоретического расчета разрывов зон по модели Van de Walle (model-solid theory).

6.Идентификация фаз на основе прецизионного определения параметров твердых растворов, сверхструктурных фаз упорядочения и нанодоменов методами рентгеновской дифракции.

7.Исследование ИК и Рамановских спектров решеточного отражения от наноструктур с сверхструктурными фазами упорядочения и нанодоменами, твердыми растворами вычитания, квантовыми ямами W-типа.

8.Проведение дисперсионного анализа на основании полученных ИК и Рамановских спектров для многокомпонентных твердых растворов с представлением диэлектрической функции пленки в классической адиабатической форме

9.Расчет внутренних напряжений кристаллических решеток из особенностей ИК-спектров отражения наноструктур и установление их влияния на формирование сверхструктурных фаз упорядочения и нанодоменов, твердых растворов вычитания, квантовых ям

141

W-типа..

10.Изучение методами зондовой и электронной микроскопии поверхностного наноструктурирования исследуемых объектов и выявление особенностей морфологии областей упорядочения и образования сверхструктурных фаз упорядочения и нанодоменов, твердых растворов вычитания, квантовых ям W-типа.

(валентная зона), полученных, в том числе и с использованием синхротронного излучения

11.Исследование люминесцентных свойств полученных мате-

риалов.

Таким образом:

По завершении 1-го года будут получены образцы гетероструктур c нанодоменами и сверхструктурными фазами, гетероструктур на основе твердых растворов вычитания, образцов квантовых ям W-типа на основе тройных и четверных систем полупроводни-

ков A3B5 обладающих высокой люминесценцией; методами МОСгидридной эпитаксии на установке EMCORE GS3100 в лаборатории «Полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей» ФТИ РАН им. А.Ф. Иоффе.

По завершении 2-го года будут подготовлены технологические рекомендаций по формированию гетероструктур c нанодоменами и сверхструктурными фазами на полупроводниковых квантовых точках на основе полученных в результате фундаментальных исследований данных.

УДК 625.142

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ШПАЛ

Стратьева Е.В., Ендовицкая Ю.С.

Воронежская государственная лесотехническая академия

Применяемые в РФ в настоящее время деревянные шпалы изготавливаются в основном из древесины сосны, срок службы которых из-за невысокой плотности и большой грузонапряженности путей составляет в среднем 12-15 лет. (Для сравнения: в развитых странах Европы и Америки шпалы изготавливают из древесины твердых лиственных пород (дуба, бука, тропических пород, и срок их службы составляет 50 лет).

142

Срок службы шпал на железных дорогах России – 50 лет.

В таблице приводятся сравнения показателей шпалы из модифицированной древесины со шпалами, изготовленными из других материалов.

Сравнительная характеристика шпал

Выводы:

-создание шпал из модифицированной древесины позволит рационально и комплексно использовать древесину мягких лиственных пород;

-сэкономить ежегодно 1,9 млн. м3 ценной древесины хвойных пород;

-полностью решить в масштабе страны проблему службы

шпал.

УДК 66.017

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Лавриненко Я.Б., Глазков С.С.

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

E-mail: unr@vgasu.vrn.ru

В настоящее время наблюдается увеличение темпов роста возведения объектов недвижимости как жилого, так и коммерческого назначения, что определят необходимость использования отделочных материалов высокого качества при относительно невысокой

144

стоимости. Этим критериям удовлетворяют материалы полученные на основе древесно-полимерных композитов, обладающие улучшенными физико-механическими свойствами. Использование древесных полимеров в строительстве будет полностью удовлетворять растущий спрос на высококачественные строительные материалы.

Цели работы:

Внедрение технологии производства строительных материалов на основе древесно-полимерных композитов

Обеспечение потребителей высококачественными строительными материалами

Снижение экономических издержек при возведении объектов недвижимости

Повышение экологической безопасности региона ввиду применения для изготовления вторичного сырья

Решаемые задачи, необходтмые для дастижения цели: Поведение дополнительных исследований древесно-

полимерных композитов Создание опытного образца

Краткие результаты патентного исследования:

А.с. 566794 СССР С 04 В 25/02 Полимербетонная смесь Ю.Б. Потапов, А.И. Белозеров Б.С. Танасейчук и др. – 2118539/33 Заявл. 31.03.75 Опубл. 30.07.77

Патент RU 2001030 C04 B 18/26 Сырьевая смесь для изготовления древесного строительного материала Майко В.П. Туйнов В.М. Тимар В.В. Заявл. 27.11.92

А.с. SU 1571023 C04 B 18/24 Способ корректирования состава древесно-минеральной смеси Гольцева В.П., Чемлева Т.А., Щербаков А.С., Фортенко М.С. Заявл. 25.02.88

А.С. SU 1006458 С 08 L 97/02 Полимерная композиция Эльберт А.А., Хотилович П.А., Сапотницкий С.А. Тупицын Ю.С. и др.

Заявл. 09.01.81

Результаты НИОКР полученные на данный момент: Технология производства сайдинга на основе вторичного по-

лиэтилена Технология производства сайдинга из вторичного полиэтилен-

терефталата Технология производства ДВП покрытый вискозным флоком с

использованием композиции КЛК-2К Планируемые этапы работы (на 2 года).

145

Первый год: Исследование совместимости основных ингредиентов композитов; исследование основных ингредиентов декоративно - отделочных составов.

Второй год: разработка декоративно-отделочных составов с повышенной устойчивостью к длительной эксплуатации в условиях переменно-влажностных температурных воздействий; исследование мастичных и клеевых материалов композиции

По завершении первого года финансирования ожидается: Выявление закономерностей совместимости основных ингредиентов композитов; уточнение физико-химических свойств основных ингредиентов декоративноотделочных составов.

По завершении второго года финансирования в дополнение к полученным результатам первого года исследования ожидается: Технология декоративно-отделочных составов, обеспечивающих длительную эксплуатацию отделочных материалов в переменновлажностных условиях; уточнение ингредиентов масличных и клеевых материалов, способствующих увеличению срока службы материалов.

На сегодняшний день создана следующая интеллектуальная собственность: Пат. 2356728 РФ, B27N 3/00 08L97/02 Способ изготовления плит из композиционного материала / Глазков С.С., Семенова Л.К.; заявл. 21.02.2007; опубл. 27.05.2009, Бюл. № 15.

УДК 621.383

МЕТОДИКА АКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ МИКРОЭЛЕКТРОННОГО ДАТЧИКА ГАЗОВ ЗА СЧЕТ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Багнюков К.Н., Кошелева Н.Н., Овсянников С.В.

Воронежский государственный технический университет

E-mail: venomeye@rambler.ru

Автоматизация промышленности, в особенности сложных и опасных технологических процессов, остро нуждается в средствах, позволяющих получить информацию о составе газовых сред. Подобные устройства должны обеспечивать выборочную реакцию на определенные компоненты среды, обладать высокой надежностью и воспроизводимостью результатов. Современное развитие научной мысли предоставляет множество способов и методик для реа-

146

лизации данной проблемы, поэтому, как правило решающим и определяющим критерием выбора является объем затрат на создание и эксплуатацию необходимого оборудования. Однако во многих случаях требуются миниатюрные, дешевые, простые в использовании и обслуживании системы, пригодные для использования в любых условиях, от систем кондиционирования воздуха внутри жилых помещений до систем безопасности на складах, хранилищах, горных выработках. Сенсорные элементы таких систем должны обладать максимально высокой чувствительностью

Целью работы является разработка методики активации поверхностных состояний микроэлектронного датчика газов за счет оптического облучения.

Решаемые задачи, необходимые для достижения цели следующие: выбор источника излучения и определение его мощности и спектра, исследование экспериментальным путем влияния излучения на чувствительность и рабочую температуру газового датчика при одинаковой мощности и разных спектрах источника излучения, исследование оптимального соотношения между мощностью внутреннего нагревателя датчика и мощностью источника излучения для достижения минимума суммарной мощности при котором будет наблюдаться наибольшая чувствительность, разработка рекомендации по практическому использованию улучшенных микроэлектронных датчиков газов.

Результаты НИОКР, полученные на данный момент. На данный момент получены образцы, выполненные по микроэлектронной технологии. Датчик газа содержит чувствительный слой из SnO2, нагреватель из слоя платины сопротивлением 22 Ом.

Для десорбции и дегазации чувствительного слоя SnO2 был применен изотермический отжиг при температуре 500оС. При отжиге происходит снижение сопротивления чувствительного слоя SnO2 и стабилизация происходит в течение 90 минут.

Исследовалась газовая чувствительность тестовых структур к парам этилового спирта в воздухе и при воздействии света. Величина газовой чувствительности определялась как отношение сопротивления чувствительного элемента на воздухе к сопротивлению чувствительного элемента в парах исследуемого газа. На нагреватель подавалось постоянное напряжение от 0,5 до 6 В. Для облучения использовали ультрафиолетовый светодиод L5013VC.

Максимальная газовая чувствительность (2 отн. ед.) наблюда-

147

ется при температуре 2870С. А при воздействии света максимальная газовая чувствительность (6 отн. ед.) наблюдается при температуре 2570С.

Ожидаемые научные результаты по завершении 1-го года финансирования и 2-го года финансирования. По завершению 1-го года финансирования планируется получить результаты по исследованиям увеличения срока службы и снижения вероятности отказа датчика газов путем уменьшения термической нагрузки на него. По окончанию второго года планируется получить результаты исследования изменения параметров улучшенного датчика газов при длительной эксплуатации, а также разработать рекомендации по практическому применению в газовой сенсорике.

УДК 621.382:53.06

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ СЛОИ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ

Шматова Ю.В., Белоусов С.А.

Воронежский государственный технический университет

E-mail: shyuv@inbox.ru

Загрязнение природы делает неотложной проблему контроля состояния окружающей среды. Еѐ невозможно решить без наличия недорогих и надежных датчиков токсичных и взрывоопасных газов. Для разработки датчика необходимо создание высокочувствительных сенсорных слоев с заданными физическими свойствами. Активные исследования, связанные с различными газовыми датчиками, стимулируются потребностями экологического мониторинга, аналитического обеспечения техники безопасности и т.д.

В качестве чувствительных элементов датчиков газов используется металлооксидные полупроводники, в частности SnO2. На чувствительность металлооксидных полупроводников оказывает влияние размер зерна в поликристаллических пленках. Чем меньше размер зерна, тем выше чувствительность. Известно, что путем смешивания металлооксидов, можно изготовить пленки нанокомпозитов с высокой газовой чувствительностью и высокими рабочими температурами.

Целью работы является разработка технологии изготовления наноструктурированных металлооксидных сенсорных слоев для

148

датчиков токсичных и взрывоопасных газов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: отработать технологию изготовления серии пленок Sn-Zr-O с различным содержанием примеси циркония (0,5 – 4,6 ат. %); исследовать состав, структуру и морфологию поверхности пленок; изучить оптические и электрофизические свойства образцов; исследовать термическую стабилизацию электрофизических параметров пленок; исследовать газовую чувствительность пленок в зависимости от их состава и размеров зерен; разработать рекомендации по практическому использованию пленок Sn-Zr-O в газовой сенсорике.

Для получения композиционных наноструктур на основе диоксида олова применен метод ионно-лучевого реактивного распыления составной металлической мишени в атмосфере аргона - кислорода. Предложенная методика изготовления наноструктурированных пленок Sn-Zr-O совместима с микроэлектронной технологией изготовления датчиков газов.

По данным рентгеновского микроанализа изготовленные образцы пленок Sn-Zr-O содержали от 0,5 до 4,6 ат. % Zr.

В настоящее время проводится исследование оптических (спектрофотометр СДЛ-2) и электро-физических параметров свойств пленок, морфологии и структуры их поверхности (АСМ), размеров зерна (электронный микроскоп H800 фирмы Hitachi), газовой чувствительности для установления корреляций между атомным составом пленок, размером их зерен и величины газовой чувствительности.

Установлено, что по мере увеличения концентрации Zr в пленках Sn-Zr-O возрастает их электрическое сопротивление, уменьшается размер зерен до ≈10 нм (4,6 ат. % Zr) и уменьшается температура максимальной газовой чувствительности пленок на 50-100 °С.

Дальнейшие исследования позволят определить оптимальные составы пленок Sn-Zr-O, обладающих наноразмерными зернами и хорошими метрологическими параметрами. Для применения пленок Sn-Zr-O в микроэлектронных датчиках газов необходимо изготовить пробную партию датчиков с чувствительным слоем Sn-Zr-O и выполнить измерения всех параметров датчиков.

149

УДК 611.18

РАЗРАБОТКА СЕНСОРОВ ПОВЫШЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИЗКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ СЕРОВОДОРОДА В ВОЗДУХЕ

Мешкова Н.Л.

Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д.Глинки

E-mail: n.l.meshkova@rambler.ru

Добыча и экспорт нефти - основная бюджетообразующая отрасль промышленности России. В настоящее время для нефтеперерабатывающей промышленности наибольший интерес представляют высококачественные светлые и легкие (менее 850 кг/м3) виды нефти. Основные источники такой нефти расположены в Северокавказском и Каспийском регионах. Однако для нефтерегионов характерно высокое содержание кислых газов более 20% (сероводорода и углекислоты). В Астраханской нефти содержание сероводорода доходит до 30%. Высокая химическая активность и токсическое действие сероводорода осложняет нефтедобычу. Постоянная коррозия металлоконструкций в 2-4 раза снижает срок их эксплуатации. Разрушение оборудования сопровождается крупными материальными потерями и экологическими катастрофами. Плановые ремонты металлоконструкций увеличивают затраты добычи нефти на треть.

Из-за высокого содержания сероводорода Астраханская нефть не пригодна для прямой эксплуатации и требует дополнительной очистки. Для очистки от сероводорода нефть пропускают через водные растворы щелочей, подвергают отдувке (десорбция в потоке газа) или ректификации с целью удаления серосодержащих кислот. Высокая токсичность сероводорода и меркаптанов требует обеспечения безопасности здоровья обслуживающего персонала. Справиться с этой задачей могут помочь приборы, позволяющие контролировать состав воздуха рабочей зоны и управлять техпроцессом.

Воронежская финансово-промышленная компания «Космос- Нефть-Газ» проектирует и выпускает полный комплекс оборудования, позволяющего обеспечивать безопасную и полностью автоматизированную работу на нефтепромысловых предприятиях. В состав выпускаемых газоанализаторов входят химические сенсоры, закупаемые в Канаде. Стоимость таких сенсоров доходит до $1000

150