mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-2-116-121mateltech-131Research ArticleМоделирование процессов и материаловMODELING OF PROCESSES AND MATERIALSМОДЕЛИРОВАНИЕ ЗНАЧЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПЛЕНОК МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛАModelling of Resistance and Gas–Sensitivity Coefficient of Copper–Containing Polyacrylonitrile FilmsСеменистаяТ. В.SemenistayaT. V.

кандидат хим. наук, доцент 

Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor

semenistaya@yandex.ruКоноваленкоС. П.KonovalenkoS. P.

 кандидат техн. наук 

Cand. Sci. (Eng.) 

svetlana_s12@mail.ruПетровВ. В.PetrovV. V.

зав. кафедрой, доктор техн. наук 

Head of Department, Dr. Sci. (Eng.). 

vvp2005@inbox.ruТехнологический институт Южного Федерального Университета, ул. Чехова, д. 2, Таганрог, 347928, Россия,РоссияTechnological institute of Southern Federal University, 2 Chekhov Str., Taganrog 347928, RussiaRussian FederationТаганрогский государственный педагогический институт им. А. П. Чехова, ул. Инициативная, д. 48, Таганрог, 347936, РоссияРоссияTaganrog State Pedagogical Institute, 48 Initsiativnaya Str., Taganrog 347936, RussiaRussian Federation20142506201502116121Copyright © Семенистая Т.В., Коноваленко С.П., Петров В.В., 20152015Семенистая Т.В., Коноваленко С.П., Петров В.В.Semenistaya T.V., Konovalenko S.P., Petrov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/131

Для создания газоаналитических сенсоров традиционно применяют неорганические материалы, но в последнее время интенсивно исследуют пленки электропроводящих полисопряженных органических полимеров, которые с успехом могут быть использованы в качестве газочувствительного слоя. 

К таким материалам относится полимер полиакрилонитрил (ПАН). Рассмотрены газочувствительные свойства пленок ПАН и медьсодержащего ПАН в рамках метода QSPR (quantitative structure—property relationship). Предложены линейно− регрессионные модели, позволяющие прогнозировать сопротивление, толщину исследуемых пленок и значения коэффициента газочувствительности пленок ПАН и медьсодержащего ПАН на основе дескрипторов, учитывающих технологические и структурные параметры формирования материала чувствительного слоя сенсора газа. Установлено, что построенные модели имеют высокие статистические данные (коэффициент корреляции, коэффициент детерминации, критерий Фишера, объясненная дисперсия) и позволяют с достаточно высокой надежностью в рассматриваемом интервале технологических режимов прогнозировать указанные характеристики полученного материала. На основе результатов моделирования сделан вывод, что для газочувствительности пленок медьсодержащего ПАН определяющими параметрами являются содержание сопряженных связей и толщина пленки, которая, в свою очередь, определяется температурой ИК−отжига и массовой долей модифицирующей добавки. QSPR−подход позволяет получить уравнение с высокими предсказательными возможностями и с ограниченным числом дескрипторов, описывающих главные свойства. 

We consider the properties of gas sensitive films of poly- acrylonitrile (PAN) and copper−containing PAN in the framework of QSPR (Quantitative Structure—Property Relationship). We propose linear regression models to predict the resistance, the thickness of the studied films and the gas sensitivity coefficients of PAN and copper− containing PAN films based on descriptors that take into account the technological and structural parameters of the material forming the gas sensitive layer of the sensor. 

нанокомпозитные материалыQSPRрегрессионный анализМНКгазочувствительные материалыметаллсодержащие органические полимерыИК−отжиг.nanocomposite materialsQSPRregression analysisLSMgas−sensing materialsmetal−containing organic polymersIR−pyrolize.ReferencesПетров, В. В. Исследование физико−химических и электрофизических свойств, газочувствительных характеристик нанокомпозитных пленок состава SiO2—SnOx—CuOy / В. В. Петров, Т. Н. Назарова, Н. Ф. Копылова, О. В. Заблуда, И. Кисилев, М. Брунс // Нано− и микросистемная техника. − 2010. − No 8. − C. 15—21.Петров, В. В. Исследование физико−химических и электрофизических свойств, газочувствительных характеристик нанокомпозитных пленок состава SiO2—SnOx—CuOy / В. В. Петров, Т. Н. Назарова, Н. Ф. Копылова, О. В. Заблуда, И. Кисилев, М. Брунс // Нано− и микросистемная техника. − 2010. − No 8. − C. 15—21.Петров, В. В. Формирование тонких газочувствительных оксидных пленок смешанного состава, легированных серебром / В. В. Петров, Т. Н. Назарова, А. Н. Королев, А. Т. Козаков, Н. К. Плуготаренко // ФизХОМ. − 2005. − No 3. − С. 58—62.Петров, В. В. Формирование тонких газочувствительных оксидных пленок смешанного состава, легированных серебром / В. В. Петров, Т. Н. Назарова, А. Н. Королев, А. Т. Козаков, Н. К. Плуготаренко // ФизХОМ. − 2005. − No 3. − С. 58—62.Аль−Хадрами, И. С. Исследование газочувствительных свойств медьсодержащего полиакрилонитрила / И. С. Аль−Хадрами, А. Н. Королев, Т. В. Семенистая, Т. Н. Назарова, В. В. Петров // Изв. вузов. Электроника. − 2008. − No 1. − С. 20—25.Аль−Хадрами, И. С. Исследование газочувствительных свойств медьсодержащего полиакрилонитрила / И. С. Аль−Хадрами, А. Н. Королев, Т. В. Семенистая, Т. Н. Назарова, В. В. Петров // Изв. вузов. Электроника. − 2008. − No 1. − С. 20—25.Waghuley, S. A. Application of chemically synthesized conducting polymer−polypyrrole as a carbon dioxide gas sensor / S. A. Waghuley,S.M.Yenorkar,S.S.Yawale,S.P.Yawale//Sensors and Actuators B. − 2008. − V. 128. − P. 366—373.Waghuley, S. A. Application of chemically synthesized conducting polymer−polypyrrole as a carbon dioxide gas sensor / S. A. Waghuley,S.M.Yenorkar,S.S.Yawale,S.P.Yawale//Sensors and Actuators B. − 2008. − V. 128. − P. 366—373.Semenistaya, T. V. Nanocomposite of Ag−polyacrylonitryle as a selective chlorine sensor / T. V. Semenistaya, V. V. Petrov, P. Lu // Adv. Mater. Res. − 2013. − V. 804. − P. 135—140.Semenistaya, T. V. Nanocomposite of Ag−polyacrylonitryle as a selective chlorine sensor / T. V. Semenistaya, V. V. Petrov, P. Lu // Adv. Mater. Res. − 2013. − V. 804. − P. 135—140.Бедная, Т. А. Влияние модифицирующих добавок на газочувствительность нанокомпозитных материалов на основе полиакрилонитрила / Т. А. Бедная, С. П. Коноваленко, Т. В. Семенистая, А. Н. Королев // Перспективные материалы. − 2012. −No 5.−С.39—44.Бедная, Т. А. Влияние модифицирующих добавок на газочувствительность нанокомпозитных материалов на основе полиакрилонитрила / Т. А. Бедная, С. П. Коноваленко, Т. В. Семенистая, А. Н. Королев // Перспективные материалы. − 2012. −No 5.−С.39—44.Бедная, Т. А. Газочувствительные элементы сенсора диоксида азота и хлора на основе кобальтсодержащего полиакрилонитрила / Т. А. Бедная, С. П. Коноваленко, Т. В. Семенистая, В. В. Петров, А. Н. Королев // Изв. вузов. Электроника. − 2012. − No 4(96). − С. 66—71.Бедная, Т. А. Газочувствительные элементы сенсора диоксида азота и хлора на основе кобальтсодержащего полиакрилонитрила / Т. А. Бедная, С. П. Коноваленко, Т. В. Семенистая, В. В. Петров, А. Н. Королев // Изв. вузов. Электроника. − 2012. − No 4(96). − С. 66—71.Тугов, И. И. Химия и физика полимеров / И. И. Тугов, Г. И. Кострыкина. − М. : Химия, 1989. − 432 с.Тугов, И. И. Химия и физика полимеров / И. И. Тугов, Г. И. Кострыкина. − М. : Химия, 1989. − 432 с.Jing, M. Chemical structure evolution and mechanism during pre−carbonization of PAN−based stabilized fiber in the temperature range of 350—600 °C / M. Jing, C. Wang, Q. Wang, Y. Bai, B. Zhu // Polymer Degradation and Stability. − 2007. − V. 92. − P. 1737—1742.Jing, M. Chemical structure evolution and mechanism during pre−carbonization of PAN−based stabilized fiber in the temperature range of 350—600 °C / M. Jing, C. Wang, Q. Wang, Y. Bai, B. Zhu // Polymer Degradation and Stability. − 2007. − V. 92. − P. 1737—1742.Инокути, Х. Электропроводность органических полупроводников / Х. Инокути, Х. Акамату. − М. : Изд−во иностр. лит−ры, 1963. − 214 с.Инокути, Х. Электропроводность органических полупроводников / Х. Инокути, Х. Акамату. − М. : Изд−во иностр. лит−ры, 1963. − 214 с.Аль−Хадрами, И. С. Исследование электропроводности ИК−пиролизованного медьсодержащего полиакрилонитрила / И. С. Аль−Хадрами, А. Н. Королев, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, Т. В. Семенистая // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. 2008. − No 1. − С. 14—17.Аль−Хадрами, И. С. Исследование электропроводности ИК−пиролизованного медьсодержащего полиакрилонитрила / И. С. Аль−Хадрами, А. Н. Королев, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, Т. В. Семенистая // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. 2008. − No 1. − С. 14—17.Zefirov, N. S. Fragmental Approach in QSPR / N. S. Zefirov, V. A. Palyulin // J. Chem. Inf. Comput. Sci. − 2002. − V. 42, N 5. − P. 1112—1122.Zefirov, N. S. Fragmental Approach in QSPR / N. S. Zefirov, V. A. Palyulin // J. Chem. Inf. Comput. Sci. − 2002. − V. 42, N 5. − P. 1112—1122.Жохова, Н. И. Фрагментные дескрипторы в QSPR: применение для расчета магнитной восприимчивости / Н. И. Жохова, И. И. Баскин, В. А. Палюлин, А. Н. Зефиров, Н. С. Зефиров // Журн. структурной химии. − 2004. − Т. 45, No 4. − С. 660—669.Жохова, Н. И. Фрагментные дескрипторы в QSPR: применение для расчета магнитной восприимчивости / Н. И. Жохова, И. И. Баскин, В. А. Палюлин, А. Н. Зефиров, Н. С. Зефиров // Журн. структурной химии. − 2004. − Т. 45, No 4. − С. 660—669.Земцов,Л.М.Химическиепревращенияполиакрилонитрила под действием некогерентного инфракрасного излучения / Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева // Высокомолекул. соед. − 1994. −Т.36,No6.−С.919—924.Земцов,Л.М.Химическиепревращенияполиакрилонитрила под действием некогерентного инфракрасного излучения / Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева // Высокомолекул. соед. − 1994. −Т.36,No6.−С.919—924.Аппельт, Г. Введение в методы микроскопического исследования / Г. Аппельт. − М. : Медгиз. 1959. − 425 с.Аппельт, Г. Введение в методы микроскопического исследования / Г. Аппельт. − М. : Медгиз. 1959. − 425 с.Аль−ХадрамиИ.С.Разработкатехнологииизготовления и исследование сенсорных элементов на основе полиакрилонитрила и соединений меди: дис. ... канд. техн. наук. − Таганрог, 2008.Аль−ХадрамиИ.С.Разработкатехнологииизготовления и исследование сенсорных элементов на основе полиакрилонитрила и соединений меди: дис. ... канд. техн. наук. − Таганрог, 2008.Лу, П. Получение чувствительных элементов сенсоров газов на основе пленок полиакрилонитрила и серебросодержащего полиакрилонитрила и определение их характеристик / П. Лу, Ю. А. Горбатенко, Т. В. Семенистая, Е. В. Воробьев, А. Н. Королев // Нано− и микросистемная техника. − 2011. − No 9. − С. 5—12.Лу, П. Получение чувствительных элементов сенсоров газов на основе пленок полиакрилонитрила и серебросодержащего полиакрилонитрила и определение их характеристик / П. Лу, Ю. А. Горбатенко, Т. В. Семенистая, Е. В. Воробьев, А. Н. Королев // Нано− и микросистемная техника. − 2011. − No 9. − С. 5—12.Химмельблау, Д. Анализ процессов статистическими методами / Д. Химмельблау. − М. : Мир, 1973. − 958 с.Химмельблау, Д. Анализ процессов статистическими методами / Д. Химмельблау. − М. : Мир, 1973. − 958 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.