Чутливі елементи тонкоплівкових сенсорів газових середовищ для харчової промисловості

Abstract

Дисертація присвячена розробці напівпровідникових сенсорів на основі тонких плівок органічних та неорганічних напівпровідників, вивченню їхніх технологічних властивостей для індикації газових середовищ різного типу у технологічних процесах харчової промисловості – етанолу, аміаку, кисню. Вивчено вплив парціального тиску аміаку та парів етанолу на резистивні властивості плівок органічних напівпровідників – пентацену, фталоціанану кобальту і хлориду кобальту та барвника метилового червоного, ці матеріали рекомендовані для створення чутливих елементів резистивних газових сенсорів для моніторингу свіжості харчових продуктів. Показано, що тонкі шари пентацену можуть бути використані в оптичних сенсорах аміаку для моніторингу якості продуктів харчування за зміною оптичного пропускання на довжинах хвиль 625, 675 та 765 нм. Знайдено, що оптичні властивості плівок поліаміноаренів суттєво залежать від парціального тиску аміаку. Встановлений при цьому ефект зміни їхнього кольору використаний для створення візуального індикатора свіжості харчових продуктів тваринництва. Запропоновано метод отримання гнучких експрес-індикаторів на основі плівкових композитів спряжених поліаміноаренів з еластичними полімерними матрицями. Диссертация посвящена разработке чувствительных элементов полупроводниковых сенсоров на основе тонких пленок органических и неорганических полупроводников, изучению их структуры, физических и физико-технологических свойств для индикации газовых сред различного типа – этанола, аммиака, кислорода в технологических процессах пищевой промышленности. Разработаны резистивные сенсоры этанола на основе тонких пленок оксида цинка, полученных термовакуумным осаждением на подложках различной природы. Низкий порог чувствительности разрешает применять разработанный сенсор в биотехнологических процессах пищевой промышленности. Предложен макет тонкопленочного сенсора кислорода на основе ТіО2 с улучшенными физико-технологическими показателями: чувствительностью 4·103 и временем отклика 50 мс. Технология изготовления сенсора обеспечивает возможность автоматизации процесса его серийного производства. Изучено влияние аммиака и паров этанола на резистивные свойства пленок органических полупроводников – пентацена, фталоцианинов кобальта и хлорида кобальта, а также красителя – метилового красного. Эти материалы рекомендованы для создания чувствительных элементов резистивных газовых сенсоров для мониторинга свежести пищевых продуктов. Тонкие слои пентацена могут быть использованы в оптических сенсорах аммиака для мониторинга качества продуктов питания по изменению оптического пропускания на длинах волн 625, 675 и 765 нм. Показано, что оптические свойства пленок полиаминоаренов существенно зависят от парциального давления аммиака. Установленный при этом эффект изменения их цвета использован для создания визуального индикатора свежести белковых продуктов животноводства. Предложен метод получения гибких экспресс – индикаторов свежести на основе пленочных композитов сопряженных полиаминоаренов с эластичными полимерными матрицами. The thesis is devoted to the development of semiconductor sensors based on thin films of the organic and inorganic semiconductors, investigation their technological property for detection the different types of gaseous mediums in the technological processes in food industry – ethanol, ammonia, oxygen. It has been study an influence of ammonia, oxygen and ethanol vapors on the resistive properties of the organic (pentacene, cobalt phthalocyanine, methyl red dye) and inorganic (ZnO, TiO2) thin films. These materials are recommended to creation the sensitive elements of the gaseous resistive sensors for monitoring of the food freshness. It shown that pentacene thin films may be used in optical sensors of ammonia to monitoring the quality of the animal food by changing in optical transition on the wavelength 625, 675 and 765 nm. It found that optical properties of the polyaminoarene films significantly depend on the ammonia pressure. The effect of the change in film color is used for manufacturing the visual indicator of the animal food freshness. The method to obtaining the flexible express-indicators based on film composites of conducting polymers with elastic polymer matrices is proposed.