Настоящая работа посвящена отчету по стажировке в научной группе Димитра Ценова Димитрова в Софийском университете «Св. Климент Охридский». Тематика стажировки связана с синтезом и исследованиями наноматериалов для химических сенсоров и фотокатализаторов, а также разработкой мультисенсорных систем на основе наноматериалов.
Несколько слов о научных интересах и их развитии в группе Д. Ц. Димитрова. Д. Ц. Димитров работал над диссертацией в научной школе «ЛЭТИ» под руководством профессора Ю. М. Таирова и профессора В. А. Мошникова. За годы аспирантуры им были решены следующие актуальные научные задачи, отраженные в публикациях, которые до сих пор интенсивно цитируются [1–12, 17]. Прежде всего, Д. Димитровым были разработаны технологические приемы получения газочувствительных слоев на основе оксида олова магнетронным методом и методом окисления металлических слоев [1,2]. Впервые были разработаны методики анализа микровключений методом внутреннего трения [3–4]. Разработана модель повышения газочувствительности путем обработки слоев в условиях термоотжига в динамическом вакууме [5]. До сих пор активно используется экспресс-метод оценки пористости газовых сенсоров методом эллипсометрии [6–7]. Теоретические расчеты проводились с учетом развитых физико-химических представлений о влиянии концентрации собственных электрически активных дефектов, электрофизические свойства диоксида олова и управление этими параметрами с использованием термоотжигов с заданным значением давления кислорода [8]. Особо следует отметить пионерские работы в области атомно-силовой микроскопии [9–12]. Работы по технологии и диагностике обобщены в следующих книгах и пособиях [13–16]. Технические параметры изготовленных приборов приведены в работе [17].
После защиты диссертации научные интересы Д. Ц. Димитрова расширились с включения в вопросы получения и использования сложных организованных слоев. Наиболее важные работы этого периода отражены в публикациях [18–20], выполненных в процессе прохождения стажировок по программе PostDoc в Израиле и Японии.
После возвращения в Софийский университет Д. Ц. Димитров активно исследует наноструктурированные твердые электролиты на основе стабилизированного иттрием оксида циркония в научной группе Д. Тодоровского и Ц. Душкина. Полученные на этом этапе научные результаты опубликованы в ведущих мировых изданиях и активно цитируются мировыми исследователями [21–27].
С 2011 года Димитров Д. Ц. руководит лабораторией науки и технологии наночастиц (LNST), исследования которой включают ряд направлений: фотокаталитические материалы и приложения [28–32]; разработка и исследование новых типов газовых сенсоров [33]; сенсоры бактерий на основе наноструктурированных материалов; сенсоры на основе ионных проводников [27].
Естественное развитие сенсорной и каталитической тематики переросло на принципиально новый уровень изучения биообъектов (биосенсоры). Во время стажировки под руководством Д. Димитрова исследуются бактериочувствительные свойства оксида цинка, проведены измерения отклика структуры ZnO/ZnO:Fe на бактериальный аэрозоль. В качестве исследуемого микроорганизма использовалась бактерия PseudomonasPutida. Впервые предложен метод оценки цитотоксичности наноматериалов на основе оксида цинка, представляющий лицензионно-патентный интерес. При воздействии на него УФ-излучения образуется пероксид водорода, который способен вызывать необратимые изменения клеточной структуры, приводящие к гибели микроорганизма. По данной тематике готовится статья.
Сотрудничество между кафедрой нано- и микроэлектроники Пензенского государственного университета и лабораторией начинается в 2012 году по направлению исследования газовых сенсоров [33–37]. В дальнейшем проводились совместные исследования в области фотокаталитических процессов на тонких наноструктурированных плёнках оксида цинка [38, 39]. В 2015 году между Софийским университетом «Св. Климент Охридский» и Пензенским государственным университетом заключен договор о сотрудничестве.
В 2012 году коллективом ученых Софийского университета, Пензенского государственного университета и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) под руководством Д. Ц. Димитрова был разработан новый тип газовых сенсоров, принцип действия которого заключается в возникновении пьезоэффекта в поликристаллических ориентированных пленках. Сейчас происходит исследование предложенных сенсоров, результаты уже опубликованы в ведущем международном журнале по сенсорной тематике [35]. Также проведены исследования, впервые показывающие взаимосвязь газочувствительных, фотокаталитических и фотолюминесцентных свойств пленок оксида цинка [40, 41].
И. А. Пронин и Н. Д. Якушова благодарят Министерство образования и науки Российской Федерации за финансовую поддержку проведения исследований в Софийском университете «Св. Климент Охридский» в течение 10 месяцев в рамках Стипендии Президента РФ для обучения за рубежом.
Литература:
1. Voschchilova R. M., Dimitrov D.Tz., Dolotov N. I., Kuz'min A. R., Makhin A. V., Moshnikov V. A., Tairov Yu.M. Forming the structure of gas-sensitive layers of tin dioxide produced by reactive magnetron sputtering // Semiconductors. 1995. Т. 29. № 11. С. 1036–1039
2. Bakin A. S., Bestaev M. V., Dimitrov D.Tz., Moshnikov V. A., Tairov Yu.M. SnO2 based gas sensitive sensor // Thin Solid Films. 1997. Т. 296. № 1–2. С. 168–171.
3. Андреев Ю. Н., Бестаев М. В., Димитров Д. Ц., Мошников В. А., Таиров Ю. М., Ярославцев Н. П. Методика исследований субмикровыделений в поликристаллических материалах методом внутреннего трения // Физика и техника полупроводников. 1997. Т. 31. № 7. С. 841–843.
4. Andreev Yu.N., Yaroslavtsev N. P., Bestaev M. V., Dimitrov D.Ts., Moshnikov V. A., Tairov Yu.M. Study of submicron deposits in polycrystalline materials using the internal-friction method // Semiconductors. 1997. Т. 31. № 7. С. 714–715.
5. Бестаев М. В., Димитров Д. Ц., Мошников В. А. Исследование газочувствительных слоев диоксида олова, подвергнутых термообработке в динамическом вакууме // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 1997. № 504. с. 34.
6. Dimitrov D.Ts., Luchinin V. V., Moshnikov V. A., Panov M. V. Ellipsometry as a rapid method of establishing a correlation between the porosity and the gas sensitivity of tin dioxide layers // Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. 1999. Т. 44. № 4. С. 468–469.
7. Димитров Д. Ц., Лучинин В. В., Мошников В. А., Панов М. В. Эллипсометрия как экспресс-метод установления корреляции между пористочтью и газочувствительностью слоев диоксида олова // Журнал технической физики. 1999. Т.69. № 4. С. 129–130.
8. Dimitrov D.Tz., Lutskaya O. F., Moshnikov V. A. Сontrol of defect in the gas-sensitive tin dioxide layers // Electron Technology (Warsaw). 2000. Т. 33. № 1. С. 61–65.
9. Бестаев М. В., Димитров Д. Ц., Ильин А.Ю,. Мошников В. А., Трэгер Ф., Штиц Ф. Атомно-силовая микроскопия слоев диоксида олова // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 1998. Т. 62. № 3. С. 552
10. Бестаев М. В., Димитров Д. Ц., Ильин А. Ю., Мошников В. А., Трэгер Ф., Штиц Ф. Исследование структуры поверхности слоев диоксида олова для газовых сенсоров атомно-силовой микроскопией // Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32. № 6. С. 654–657.
11. Бестаев М. В., Димитров Д. Ц., Ильин А. Ю., Крюков И. И., Мошников В. А., Трегер Ф., Штиц Ф. Атомно-силовая микроскопия слоев диоксида олова для газовых сенсоров // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 1998. Т. 62. № 3. С. 549–551
12. Бестаев М. В., Димитров Д. Ц., Ильин А. Ю. Атомно-силовая микроскопия слоев диоксида олова // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 1998. Т. 62. № 3. С. 552
13. Мошников В. А., Спивак Ю. М. Атомно-силовая микроскопия для нанотехнологии и диагностики. Учебное пособие // Федеральное агентство по образованию, Санкт-Петербургский гос. электротехнический ун-т «ЛЭТИ». Санкт-Петербург, 2009. С. 80
14. А. Мошников, Ю. М. Спивак, П. А. Алексеев, Н. В. Пермяков Атомно-силовая микроскопия для исследования наноструктурированных материалов и приборных структур. Учебное пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. 144 с.
15. Александрова О. А., Максимов А. И., Мошников В. А., Чеснокова Д. Б. Халькогениды и оксиды элементов IV группы. Получение, исследование, применение СПб.: Технолит, 2008. — 240 с.
16. В. А. Мошников, Ю. М. Таиров, Т. В. Хамова, О. А. Шилова Золь-гель технология микро-и нанокомпозитов СПб.: Лань, 2013. — 290 с.
17. Бестаев Ю., Димитров Д. Ц., Кузмин А. Р., Махин A. B., Мошников В. А., Таиров Ю. М., Ганус А. И. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 1997. № 504. С. 47
18. Dimitrov D., Trakhtenberg S., Naaman R., Smith D. J., Samartzis P. C., Kitsopoulos T. N. Momentum dependence of electron transmission through organized organic thin films // Chemical Physics Letters. 2000. Т. 322. № 6. С. 587–591.
19. Haran A., Dimitrov D., Trakhtenberg S., Naaman R.
20. Journal of Chemical Physics. 2000. Т. 113. С. 7571
21. Watanabe K., Dimitrov D. T., Takagi N., Matsumoto Y.
22. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics. 2002. Т. 65. С. 235328
23. Dimitrov D. T., Dushkin C. D., Petrova N. L., Todorovska R. V., Todorovsky D. S., Anastasova S. Y., Oliver D. H. Oxygen detection using junctions based on thin films of yttria-stabilized zirconia doped with platinum nanoparticles and pure yttria-stabilized zirconia // Sensors and Actuators A: Physical. 2007. Т. 137. № 1. С. 86–95.
24. Uzunova-Bujnova M., Dimitrov D., Bojinova A., Todorovsky D., Radev D. Effect of the mechanoactivation on the structure, sorption and photocatalytic properties of titanium dioxide // Materials Chemistry and Physics. 2008. Т. 110. № 2–3. С. 291–298.
25. Uzunova-Bujnova M., Todorovska R., Dimitrov D., Todorovsky D. Lanthanide-doped titanium dioxide layers as photocatalysts // Applied Surface Science. 2008. Т. 254. № 22. С. 7296–7302.
26. Uzunova-Bujnova M., Dimitrov D., Bojinova A., Todorovsky D., Radev D.
27. Effect of the mechanoactivation on the structure, sorption and photocatalytic properties of titanium dioxide // Materials Chemistry and Physics. 2008. Т. 110. № 2–3. С. 291–298.
28. Kralchevska R., Milanova M., Tsvetkov M., Dimitrov D., Todorovsky D. Influence of gamma-irradiation on the photocatalytic activity of degussa P25 TiO2 // Journal of Materials Science. 2012. Т. 47. № 12. С. 4936.
29. Dimitrov D.Tz., Dushkin C. D. Oxygen detection using yttria-stabilized zirconia thin films doped with platinum // Central European Journal of Chemistry. 2005. Т. 3. С. 605.
30. Dimitrov D. T., Anastasova S. Y., Dushkin C. D. Oxygen sensing junctions based on yttria stabilized zirconia with platinum nanoparticles // Review of Scientific Instruments. 2006. Т. 77. № 5. С. 056.
31. Kaneva N. V., Dimitrov D. T., Dushkin C. D. Effect of nickel doping on the photocatalytic activity of ZnO thin films under UV and visible light // Applied Surface Science. 2011. Т. 257. № 18. С. 8113–8120.
32. Dimitrov D.Tz., Milanova M. M., Kralshevska R. P. Lanthanide oxide doped titania photocatalysts for degradation of organic pollutants under UV and visible light illumination // Bulgarian Chemical Communications. 2011. Т. 43. № 4. С. 489–501.
33. Божинова А. С., Канева Н. В., Кононова И. Е., и др. Изучение фотокаталитических и сенсорных свойств нанокомпозитных слоев ZnO/SiO2 // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. № 12. С. 1662–1666.
34. Kaneva N. V., Siuleiman S. A., Bojinova A. S., Papazova K. I., Dimitrov D. T., Gracheva I., Karpova S., Moshnikov V. A. Nanosized composite thin films of sio2-zno for photocatalytic decomposition of organic dyes — structure and characterization // Bulgarian Chemical Communications. 2013. Т. 45. № 4. С. 611–616.
35. Donkova B., Dimitrov D., Kostadinov M., Mitkova E., Mehandjiev D. Catalytic and photocatalytic activity of lightly doped catalysts M:ZnO (M = Cu, Mn) // Materials Chemistry and Physics. 2010. Т. 123. № 2–3. С. 563–568.
36. Пронин И. А., Аверин И. А., Димитров Д. Ц., Крастева Л. К., Папазова К. И., Чаначев А. С. Исследование чувствительности к этанолу переходов ZNO—ZNO:FE на основе тонких наноструктурированных пленок, полученных с помощью золь-гель-технологии // Нано- и микросистемная техника. 2013. № 3. С. 6–10.
37. Аверин И. А., Пронин И. А., Мошников В. А., Димитров Д. Ц., Якушова Н. Д., Карманов А. А., Кузнецова М. В. Анализ каталитических и адсорбционных свойств d-металлов-модификаторов диоксида олова // Нано- и микросистемная техника. 2014. № 7. С. 47–51.
38. Pronin I. A., Averin I. A., Yakushova N. D., Dimitrov D. T., Krasteva L. K., Papazova K. I., Chanachev A. S., Bojinova A. S., Georgieva A. T., Moshnikov V. A. Theoretical and experimental investigations of ethanol vapour sensitive properties of junctions composed from produced by sol-gel technology pure and Fe modified nanostructured ZnO thin films // Sensors and Actuators A: Physical. 2014. Т. 206. С. 88–96
39. Якушова Н. Д., Димитров Д. Ц. Чувствительность переходов ZnO/ZnO:Fe к этанолу // Молодой ученый. 2013. № 5. С. 26–28.
40. Пронин И. А., Аверин И. А., Димитров Д. Ц., Мошников В. А. Чувствительность переходов ZnO-ZnO:Fe к парам этанола // Датчики и системы. 2013. № 6 (169). С. 60–63
41. Пронин И. А., Донкова Б. В., Димитров Д. Ц., Аверин И. А., Пенчева Ж. А., Мошников В. А. Взаимосвязь фотокаталитических и фотолюминесцентных свойств оксида цинка, легированного медью и марганцем // Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48. № 7. С. 868–874.
42. Пронин И. А., Канева Н. В., Божинова А. С., Аверин И. А., Папазова К. И., Димитров Д. Ц., Мошников В. А. Фотокаталитическое окисление фармацевтических препаратов на тонких наноструктурированных пленках оксида цинка // Кинетика и катализ. 2014. Т. 55. № 2. С. 176.
43. Крастева Л. К., Димитров Д. Ц., Папазова К.И и др. Синтез и характеризация наноструктурированных слоев оксида цинка для сенсорики // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. № 4. С. 564–569.
44. Пешкова Т. В., Димитров Д. Ц., Налимова С. С. и др Структуры из нанопроводов с переходами Zn-ZnO:CuO для детектирования паров этанола // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 5. С. 143–148.
