Search

Zinc oxide (ZnO) is an environmentally friendly metal oxide, which can be synthesized by various methods, from which microwave-assisted heating stands out. The objective of the present work was to synthesize and characterize the ZnO nanostructures by the microwave-assisted heating method and apply them to maize germination. Two NaOH concentrations and two reaction times were compared. It was found that the reaction kinetics of ZnO depends on the NaOH concentra-tion and the reaction time. A band gap between 3.01 and 3.13 eV was obtained. The morphology was prismatic hexagons and the sizes of ZnO had a strong reaction time dependence. In the seed germination process, an improvement was observed in the parameters studied concerning the control sample: root length, coleoptile length, coleoptile diameter, and vigor index, as well as a considerable presence of root hairs without modifying the chemical composition of the seeds. Therefore, the present work provides important information on the synthesis process of ZnO nanostructures and its application to seed germination to avoid the use of toxic chemical agents., El óxido de zinc (ZnO) es un óxido metálico amigable con el ambiente; puede sintetizarse por diversos métodos, entre los cuales destaca el calentamiento asistido por microondas. El objetivo de la presente investigación fue sintetizar y caracterizar las nanoestructuras de ZnO por el método de calentamiento asistido por microondas y aplicarlas en la germinación de maíz. Luego de comparar dos concentraciones de NaOH y dos tiempos de reacción, se encontró que la cinética de reacción de ZnO depende de la concentración de NaOH y del tiempo de reacción. Se obtuvo una banda prohibida entre 3.01 y 3.13 eV. La morfología fue de hexágonos prismáticos y los tamaños de ZnO tuvieron una fuerte dependencia del tiempo de reacción. En el proceso de germinación de semillas, se observó una mejoría en los parámetros estudiados con referencia a la muestra control: longitud de raíz, longitud de coleóptilo, diámetro de coleóptilo e índice de vigor, así como presencia considerable de pelos radiculares sin modificar la composición química de las semillas. Por lo tanto, el presente artículo aporta información importante en el proceso de síntesis de nanoestructuras de ZnO y su aplicación en la germinación de semillas para evitar el uso de agentes químicos tóxicos.

Метою роботи є розробка мобільних сенсорів ацетону на основі оксиду металів для їх подальшого використання при розробці приладів для моніторингу стану здоров’я. У роботі були використані наступні методи дослідження: вимірювання чутливості зразків сенсорів від товщини плівки та температури віджигу; зняття залежностей чутливості, селективності та межі виявлення від робочої температури; вивчення морфології зразків сенсорів за допомогою рентгенівської дифрактометрії та польової емісійної скануючої електронної мікроскопії. Наукова новизна полягає у кореляції чутливості та межі виявлення зразків сенсорів з морфологією поверхні та робочою температурою. Практичне значення одержаних результатів – розробка сенсорів ацетону з певною чутливістю, селективністю та межею виявлення в залежності від морфології поверхні та робочої температури. Було розроблено сенсор ацетону на основі наноструктурованих тонких плівок оксиду цинку, визначено його чутливість при різних температурах в результаті яких оптимальна робоча температура датчика склала близько 400 °C. Значення чутливості газового сенсора ZnO становило більше 26,5% при 1000 ч/млн , 65% при 500 ч/млн і 5% при 300 ч/млн ацетону. Можливі майбутні напрямки розвитку заключаються у розробці мультисенсорних систем датчиків ЛОС для впровадження їх у бездротових інтелектуальних системах для моніторнгу стану здоров’я населення., The aim of this work is to develop mobile sensors for acetone based on metal oxide for their subsequent use in the development of devices for monitoring health status. The following research methods were used in the work: - measurement of the sensitivity of sensor samples on the film thickness and annealing temperature; - removal of dependences of sensitivity, selectivity and detection limits on the operating temperature; - study of the morphology of sensor samples using X-ray diffractometry and field emission scanning electron microscopy. Scientific novelty lies in the correlation of the sensitivity and detection limit of sensor samples with surface morphology and operating temperature. The practical significance of the results obtained is the development of acetone sensors with a certain sensitivity, selectivity and detection limit depending on the surface morphology and operating temperature. An acetone sensor was developed on the basis of nanostructured thin zinc oxide films, its sensitivity was determined at various temperatures, as a result of which the optimal operating temperature of the sensor was about 400 ° C. The sensitivity value of the ZnO gas sensor was more than 26.5% at 1000 ppm, 65% at 500 ppm and 5% at 300 ppm acetone. Possible future directions of development are the development of multisensor VOC sensor systems for implementation in wireless intelligent systems for monitoring the health of the population.

Дисертація присвячена розробленню фізико-технологічних засад створення та дослідженню чутливості сенсорів на акустичних хвилях на основі наноструктурованого оксиду цинку. Проведено моделювання п’єзоелектричних властивостей наноструктурованого шару ZnO та показано можливість підвищення ефективності перетворення енергії та зменшення товщини активного шару у порівнянні з полікристалічним. Проведено аналіз чутливості сенсорів на ОАХ та ПАХ з наноструктурованим шаром різноманітної морфології та підтверджено значне покращення чутливості сенсорів до масового навантаження як результат використання наноструктурованого шару за рахунок збільшення площі поверхні чутливого елемента. Встановлено закономірності між параметрами синтезу та структурними властивостями ZnO у формі нанострижнів на підкладках різних типів, що дозволило удосконалити технологію синтезу, досягнути стабільності та повторюваності результатів формування матеріалу. Продемонстровано можливість застосування технології низькотемпературного синтезу наноструктурованого ZnO у поєднанні з класичними мікроелектронними технологіями для виготовлення пристроїв електроніки. Розроблено та досліджено високочутливі макетні зразки сенсорів УФ випромінювання на основі резонатора на ПАХ на підкладці 128°YX – LiNbO3 з аподизованими ЗШП та RMSC і чутливим шаром на основі наноструктурованого ZnO та ZnO:Al. За допомогою методу вимірювання за зсувом частоти резонатора досягнуто більший у порівнянні з існуючими аналогами зсув частоти (138±1,9 кГц) при меншій інтенсивності випромінювання (46 мкВт/см2) з довжиною хвилі 365±3 нм. Запропоновано метод зменшення до 45 с часу відновлення сенсора на основі наноструктурованого ZnO та ZnO:Al шляхом обробки плазмою газового розряду поверхні сенсора.

Дисертація присвячена розробленню фізико-технологічних засад створення та дослідженню чутливості сенсорів на акустичних хвилях на основі наноструктурованого оксиду цинку. Проведено моделювання п’єзоелектричних властивостей наноструктурованого шару ZnO та показано можливість підвищення ефективності перетворення енергії та зменшення товщини активного шару у порівнянні з полікристалічним. Проведено аналіз чутливості сенсорів на ОАХ та ПАХ з наноструктурованим шаром різноманітної морфології та підтверджено значне покращення чутливості сенсорів до масового навантаження як результат використання наноструктурованого шару за рахунок збільшення площі поверхні чутливого елемента. Встановлено закономірності між параметрами синтезу та структурними властивостями ZnO у формі нанострижнів на підкладках різних типів, що дозволило удосконалити технологію синтезу, досягнути стабільності та повторюваності результатів формування матеріалу. Продемонстровано можливість застосування технології низькотемпературного синтезу наноструктурованого ZnO у поєднанні з класичними мікроелектронними технологіями для виготовлення пристроїв електроніки. Розроблено та досліджено високочутливі макетні зразки сенсорів УФ випромінювання на основі резонатора на ПАХ на підкладці 128°YX – LiNbO3 з аподизованими ЗШП та RMSC і чутливим шаром на основі наноструктурованого ZnO та ZnO:Al. За допомогою методу вимірювання за зсувом частоти резонатора досягнуто більший у порівнянні з існуючими аналогами зсув частоти (138±1,9 кГц) при меншій інтенсивності випромінювання (46 мкВт/см2) з довжиною хвилі 365±3 нм. Запропоновано метод зменшення до 45 с часу відновлення сенсора на основі наноструктурованого ZnO та ZnO:Al шляхом обробки плазмою газового розряду поверхні сенсора., The dissertation is devoted to the development of physical and technological bases of design and study of the sensitivity of the acoustic wave sensors based on nanostructured zinc oxide. The simulation of the piezoelectric properties of nanostructured ZnO layer was carried out in the multilayered structure by the solving of electrostatics equation by the finite element method. It was shown that the simultaneous increase in the length, the distance between rods and the diameter reduction of nanostructured ZnO in the shape of nanorods had increased the energy-conversion efficiency and reduced the thickness of the active layer as compared with polycrystalline ZnO. The sensitivity of the sensors based on thin-film bulk resonators and surface acoustic wave sensors in the structure of delay line with nanostructured layers with different morphologies, sensitive to the mass and electrical load, were analyzed. It was confirmed a significant improvement in the mass sensor sensitivity of both types of sensors resulting from the application of nanostructured layer due to the increasing of the sensitive element’s surface area. The relationships between the parameters of synthesis (such as solution components, concentration, process time, temperature and post-growth treatment) and structural properties of nanostructured ZnO and Al-doped ZnO in the shape of nanorods on conductive, single-crystal and amorphous substrates were established. The synthesis technology of nanostructured ZnO was improved on the basis of the defined mechanisms. Stability and repeatability of the material formation at the certain process parameters were achieved, in particular on singlecrystal piezoelectric substrates of 128°YX – LiNbO3 and metal films, that allowed the formation of sensing elements on the top electrode of thin-film bulk resonators and surface acoustic wave sensor substrate between the interdigital transducers. The possibility of the application of the improved low-temperature synthesis tec, Диссертация посвящена разработке физико-технологических основ создания и исследованию чувствительности сенсоров на акустических волнах на основе наноструктурированного оксида цинка. Проведено моделирование пьезоэлектрических свойств наноструктури- рованного слоя ZnO и показана возможность повышения эффективности преобразования энергии и уменьшения толщины активного слоя по сравнению с поликристаллическим. Проведен анализ чувствительности сенсоров на ОАВ и ПАВ с наноструктурированным слоем различной морфологии и подтверждено значительное улучшение чувствительности сенсоров к массовой нагрузке в результате использования наноструктурированного слоя за счет увеличения площади поверхности чувствительного элемента. Установлены закономерности между параметрами синтеза и структурными свойствами ZnO в форме наностержней на подложках разных типов, что позволило усовершенствовать технологию синтеза, достигнуть стабильности и повторяемости результатов формирования материала. Продемонстрирована возможность применения технологии низкотемпературного синтеза наноструктурированного ZnO в сочетании с классическими микроэлектронными технологиями для изготовления устройств электроники. Разработаны и исследованы высокочувствительные макетные образцы сенсоров УФ излучения на основе резонатора на ПАВ на подложке 128°YX–LiNbO3 с аподизоваными ВШП и RMSC и чувствительным слоем на основе наноструктурированного ZnO и ZnO:Al. С помощью метода измерения по сдвигу частоты резонатора достигнут больший по сравнению с существующими аналогами сдвиг частоты (138±1,9 кГц) при меньшей интенсивности излучения (46 мкВт/см2) с длиной волны 365±3 нм. Предложен метод уменьшения до 45 с времени восстановления сенсора на основе наноструктурированного ZnO и ZnO:Al путем обработки плазмой газового разряда поверхности сенсора.

The combined system of solar radiation and mechanical vibrations energy conversion based on nanostructured zinc oxide was developed. Experimental results of mechanical vibrations energy conversion cell design and testing were performed. It was shown that the developed cell based on nanostructured zinc oxide can be successfully applied for energy conversion system development with a wide range of applications in the power systems and management. Ref. 8, Fig. 2., Розроблено конструкцію комбінованої системи перетворення енергії сонячного випромінювання та енергії механічних коливань на основі наноструктурованого оксиду цинку. Представлено експериментальні результати створення комірки перетворення енергії механічних коливань та тестування. Показано, що розроблена комірка на основі наноструктурованого оксиду цинку може бути успішно використана для створення системи перетворення енергії з широкими потенційними можливостями застосування у системах енергоживлення та управління. Бібл. 8, рис. 2.