Хрипунова І. В. Термоелектричні і фоточутливі приладові структури на основі наноструктурованих шарів нелегованого і легованого індієм оксиду цинку і їх нанокомпозитів

Актуальність проведення даного дисертаційного дослідження полягає в створенні нових радіаційно-стійких і механічно стабільних фоточутливих функціональних матеріалів і приладових структур гнучкої оптоелектроніки і термоелектрики із використанням недорогих і придатних для масового виробництва гідрохімічних методів виготовлення наноструктурованих шарів оксиду цинку нелегованого (ZnO) і легованого індієм (ZnO:In) і їх композитів із біополімером наноцелюлозою та наночастинками срібла на поверхні твердих і гнучких плівкових підкладок та тканин. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому що розроблено гідрохімічні методи виготовлення наноструктурованих плівок ZnO і ZnO:In із високою стійкістю до впливу обробки водневою плазмою тліючого розряду, високих доз опромінення електронним пучком і до жорсткого ультрафіолетового опромінення. Визначено етапи технологічного процесу, які забезпечують оптимальні термоелектричні властивості наноструктурованих плівок ZnO і ZnO:In на гнучких підкладках. Досліджено вплив обробок жорстким ультрафіолетовим опроміненням, водневою плазмою тліючого розряду, високими дозами опромінення електронним пучком та відпалами у вакуумі на точкові дефекти і їх комплекси в кристалічній решітці виготовлених гідрохімічними методами наноструктурованих плівок ZnO і ZnO:In. Досліджено умови надання вкритим наноструктурованими плівками ZnO:In тканинам супергідрофобних властивостей за моделлю Кассі-Бакстера і показано вплив ультрафіолетового опромінювання на водовідштольхувальні властивості такого текстилю. Визначено вплив вакансій кисню VO, які виникають внаслідок вакуумних відпалів в наноструктурах ZnO і ZnO:In, на розширення спектру фоточутливості оксиду цинку від ультрафіолетового до видимого і ближнього інфрачервоного діапазонів. Досліджено вплив локалізованого поверхневого плазмонного резонансу та подвійних бар’єрів Шотткі на межі Ag-ZnO на фоточутливість виготовлених гідрохімічними методами гнучких приладових структур для фотодетекторів фоторезистивного типу відносно світла ультрафіолетового, видимого і ближнього інфрачервоного діапазонів. Отримані результати мають практичне значення. Так в дисертації створено гнучкі покриття для захисту від сонячного ультрафіолету в наземних умовах на основі виготовлених гідрохімічними методами тонких наноструктурованих плівок ZnO і ZnO:In на гнучких дешевих поліетилентерефталатних підкладках, які відповідають категорії «відмінно» (50+) міжнародного стандарту ISO 2443:2012(E) «Визначення фотозахисту сонцезахисного покриття UVA in vitro». Виготовлено стабільний в експлуатації супергідрофобний текстиль на основі поліестерової тканини з покриттям із наноструктурованих шарів ZnO:In, який не втрачає своїх водовідштовхувальних властивостей після прання та/або опромінення ультрафіолетом сонячного світла. Створено ефективні гнучкі фоточутливі приладові структури на основі наноструктурованих плівок ZnO і ZnO:In на поліімідних підкладках, а також на основі тонкоплівкового нанокомпозиту з наноцелюлозною матрицею та наповнювачем ZnO:In, що є перспективним для використання в новій конструкції біосумісного гнучкого широкосмугового фотодетектора, в якому наноцелюлозна матриця не тільки захищає функціональний напівпровідник ZnO:In від механічних пошкоджень і атмосферного впливу, але також підвищує монохроматичну ампер-ватну чутливість, зовнішню квантову ефективність і специфічну детективність гнучкого широкополосного фотодетектора фоторезистивного типу до рівня кращих сучасних зразків. Створено гнучкі фоточутливі приладові структури для фотодетекторів фоторезистивного типу із підвищеною ефективністю на основі виготовлених гідрохімічними методами на поліімідних підкладках наноструктурованих плівок оксиду цинку ZnO/PI і нанокомпозиту із наночастинками срібла ZnO_Ag/PI, в якому завдяки локалізованому поверхневому плазмонному резонансу та подвійним бар’єрам Шотткі на межі Ag-ZnO збільшено до рівня кращих сучасних зразків гнучких широкополосних фотодетекторів ампер-ватну чутливість, зовнішню квантову ефективність і специфічну детективність. Створено гнучкі тонкоплівкові термоелектричні елементи планарного типу на основі відпалених у вакуумі при 300°C наноструктурованих шарів ZnO і ZnO:In на поліімідних підкладках Виготовлено функціональну приладову структуру гнучкого тонкоплівкового термоелектричного модуля планарного типу на основі наноструктурованого шару ZnO на поліімідній підкладці і показано переваги використання в ньому тонкоплівкових термопар із ТЕ елементами n-типу ZnO/РІ і металічними хромелєвими ТЕ елементами р-типу. Виготовлено гнучкі термоелектричні елементи планарного типу на основі наноструктурованих плівок ZnO і ZnO:In на поліімідних підкладках із тонкоплівковими омічними контактами, вихідні термоелектричні параметри яких відповідають сучасним мініатюрним та гнучким термоелектричним приладам, але мають значну перевагу у собівартості.