Проекты

Наноразмерный феррит никеля NiFe2O4 как перспективный рецепторный материал для газовой сенсорики

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Нанотехнология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1502 «Энергия»
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года

Актуальность

Феррит никеля характеризуется не только важными магнитными свойствами, но и является полупроводником. Поэтому может быть перспективным рецепторным материалом для газовой  сенсорики.

Цель

Изучение процесса синтеза наноразмерного феррита никеля методом совместного осаждения гидроксидов металлов.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Реагенты

  • Соли металлов (NiCl2*6H2O, FeCl3*6H2O)
  • 5 %-й водный раствор NaOH
  • Дистиллированная вода

Оборудование

  • Магнитная мешалка
  • Микродозатор
  • Автоматические пипетки
  • Химический стакан
  • Мерный цилиндр
  • Центрифуга

Описание

В ходе данной работы проведённый анализ литературы показал, что феррит никеля можно синтезировать различными методами. Автор воспользовался методом соосаждения гидроксидов металлов. Далее автор проводил синхронный термический анализ, позволяющий во время нагрева одновременно контролировать изменение массы анализируемого вещества и детектировать происходящие в нём тепловые эффекты. После чего для изучения кристаллической структуры полученной смеси гидроксидов металлов и процесса её трансформации во время термообработки порошка применялся рентгенофазовый анализ. Феррит никеля является ферримагнетиком. Для оценки основной функциональной характеристики никеля автором было изучено поведение порошка в магнитном поле.

Методика синтеза заключалась в том, что к раствору солей железа(III) и никеля(II) при перемешивании по каплям добавлялся разбавленный раствор основания. В результате наблюдалось выпадение осадка, состоящего из гидроксида соответствующих металлов.

Далее осадок отделялся от маточного раствора и промывался дистиллированной водой путём ступенчатого центрифугирования. После сушки при 100 °С полученный порошок подвергался высокотемпературной обработке на воздухе с целью кристаллизации наноразмерного феррита никеля.

Вся работа была выполнена лично автором под руководством старшего научного сотрудника.

Результаты работы/выводы

  1. Оптимизированы параметры процесса совместного осаждения гидроксидов железа (III) и никеля (II) с использованием неорганических солей указанных металлов.
  2. Изучено термическое поведение смеси гидроксидов металлов в токе воздуха в диапазоне температур 30−1000 °С.
  3. Показано влияние температуры на трансформацию кристаллической структуры нанопорошка и формирование целевого соединения – феррита никеля NiFe2O4.
  4. Для полученного нанопорошка подтверждены характерные для феррита никеля магнитные свойства.
  5. Получен задел для проведения дальнейших исследований по применению синтезированного вещества в качестве рецепторного компонента газовых сенсоров.

Результаты синхронного термического анализа.

Результаты рентгенофазового анализа.

Демонстрация магнитных свойств синтезированного NiFe2O4

Перспективы использования результатов работы

Полученный в ходе исследования нанопорошок феррита никеля будет использован для формирования соответствующих функциональных чернил с целью последующего нанесения покрытий NiFe2O4 на специализированные чипы с использованием печатных технологий высокого разрешения. Полученные таким образом покрытия предполагается изучить с точки зрения их применимости в качестве рецепторного компонента резистивных газовых сенсоров, селективностью которых, предположительно, можно будет управлять при варьировании характеристик создаваемого магнитного поля.

Кроме того, полученные результаты дополняют имеющиеся знания о синтезе наноразмерного феррита никеля, что может быть полезно в дальнейшем при направленном синтезе данного вещества с требуемыми микроструктурными и функциональными характеристиками.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН. Лаборатория химии лёгких элементов и кластеров

Мнение автора

«Во время проведения своей научно-исследовательской работы на тему «Наноразмерный NiFe2O4 как перспективный рецепторный материал для газовой сенсорики» я смогла проводить исследования на современном высокотехнологичном оборудовании под руководством старшего научного сотрудника. Мне всегда нравилась химия как школьный  предмет. Но в ходе работы я смогла более глубоко и детально проанализировать много новой и интересной для меня информации, а также закрепить её на практике. Я считаю, что тема моей работы  очень актуальна и перспективна. Наноматериалы и нанотехнологии активно входят во все сферы жизни и отрасли производства. Это только начальный этап моей научно-исследовательской деятельности по этой теме. В будущем я планирую её продолжать. Я очень рада, что в ходе конференции «Курчатовский проект» есть возможность представить свою работу творческим и увлечённым людям и познакомиться с другими исследованиями»