3.1. Distincția dintre procesele de fizorbtie si ionosorbtie, reprezentate individual pentru senzorii de NiO partial sau complet imbogatiti in purtatori majoritati de sarcina.
3.2 Cuantificarea reacțiilor de suprafața prin utilizarea formalismului ecuatiilor cvasi-chimice
3.3. Modelarea efectelor asociate proceselor de schimb de sarcina prin utilizarea conceptelor de fizica starii solidului (de exemplu, statistici de incărcare cu sarcina, teoria fenomenelor de transport etc.)

În perioada de implementare a proiectului: Perspective despre mecanismele de detecţie cu senzori de gaze bazaţi pe oxid de Nichel PCE 116/2021 (PN-III-P4-ID-PCE-2020-0506) s-au desfășurat următoarele activități:

Act 1.1 - Prepararea materialelor gaz-senzitive pe bază de oxizi de Nichel (NiO).

S-au preparat patru tipuri de pulberi pe bază de oxid de Nichel folosind rute chimice diferite prin sinteză hidrotermală asistată de agenți de direcționare structurala diferiți.

Act 1.2 - Proprietăţi morfologice şi structurale ale materialelor pe baza de NiO.

S-a observat ca ruta de sinteză chimică influenţează în mod direct funcţiile morfo-structurale ale oxizilor de Nichel atât din punct de vedere al dimensiunii de particulă cât şi din punct de vedere morfologic.

Act 1.3 - Fabricarea senzorilor pe bază de NiO.

Pulberile pe baza de NiO au fost amestecate cu un solvent organic (e.g. α-Terpineol 90%), mojarate, depuse pe suporți comerciali de Al₂O₃ și tratate termic în vederea obţinerii unor structuri senzitive compacte pregătite pentru desfășurarea etapelor următoare din proiect.

Act 2.1 - Evaluarea preliminară a performanțelor gaz-senzitive ale materialelor pe bază de NiO la următoarele gaze de test: CO, CO₂, CH₄, NO₂, NH₃, SO₂, H₂S în atmosferă cu umiditate controlată (0-80% RH).

Toți senzorii preparati în cadrul Act 1.3 au fost supuși investigațiilor preliminare gaz-senzitive. Dintre aceștia a fost exclus materialul preparat cu conținut de Grafenă datorită conductivității sale ridicate (e.g. rezistenţă electrică scăzută în condiții de test) precum şi lipsei de răspuns la CO utilizat ca şi gaz ținta. Pentru a înțelege rolul temperaturii de calcinare asupra performanţelor gaz-senzitive au fost aleşi senzorii preparați prin aceeași sinteză chimică unde a fost variată doar temperatura de calcinare (e.g. NiO 400 – 400 °C respectiv NiO 500 – 500 °C)

Act 2.2 - Predicții comparative dintre rezultatele obținute si modelarea teoretică a răspunsului de senzor.

Curbele de calibrare pentru senzorii testați (e.g. semnal de senzor funcție de concentrația de CO) au indicat un răspuns de tip allometric, comun materialelor pe bază de oxizi metalici semiconductori. Fitarea valorilor experimentale ne-a permis evaluarea lungimii Debye pentru fiecare material studiat în parte, funcție de curbarea inițială de bandă în aer (qV_aer), demonstrând că ambele materiale studiate (e.g. NiO 400 şi NiO 500) nu se regăsesc în situația celor complet îmbogățite în purtători liberi de sarcină (e.g. goluri – h⁺).

Etapa I / 2021 Materiale gaz-senzitive pe baza de NiO cu proprietati structurale si morfologice specifice.

Rutele chimice utilizate pentru prepararea pulberilor de oxid de Nichel sunt complet descrise aici:

Raportul XRD pentru nanoparticulele de NiO este complet descris aici:

Analiza morfo-structurala (SEM) a nanoparticulelor de oxid de Nichel este descrisa complet aici:

Analiza morfo-structurala (TEM) a nanoparticulelor de oxid de Nichel este descrisa complet aici:

Raport privind analiza suprafeţei specifice BET (Brunauer, Emmett, Teller) este descris aici:

Procedura de sistem care cuprinde fabricarea senzorilor pe baza de oxid de Nichel este descrisa complet aici:

Rezultatele obţinute sunt în bună concordanţă cu cele prevăzute în Planul de realizare al Etapei 1.

În concluzie, obiectivele și activitățile propuse pentru Etapa 1/2021 au fost realizate pe deplin.

Etapa II / 2022 Selectia probelor pe baza de NiO pentru desfasurarea activitatilor ulterioare. Abordari teoretice primare. Feedback catre strategiile de preparare.

Abordari teoretice primare:

1. A. Stanoiu, A.C. Kuncser, D. Ghica, O.G. Florea, S. Somacescu, C.E. Simion, Sensing Properties of NiO Loaded SnO2 Nanoparticles - Specific Selectivity to H2S, Chemosensors 2021, 9, 125, https://doi.org/10.3390/chemosensors9060125.

2. C.E. Simion, C. Ghica, C.G. Mihalcea, D. Ghica, I. Mercioniu, S. Somacescu, O.G. Florea, A. Stanoiu, Insights about CO Gas-Sensing Mechanism with NiO-Based Gas Sensors-The Influence of Humidity, Chemosensors 2021, 9, 244, https://doi.org/10.3390/chemosensors9090244.

3. A. Sobetkii, R.E. Irimescu, A.E. Slobozeanu, C.F. Ciobota, U. Cindemir, L. Osterlund, A. Stanoiu, C.E. Simion, R.M. Piticescu, Deposition and characterization of thin films based on nanostructured NiO as sensorial element for detection gases, Workshop on "Contemporary Solutions for Advanced Catalytic Materials with a High Impact on Society", 11-15 October 2021, Bucharest, Romania, https://chimie.unibuc.ro/edu/greencam/index.php/workshop-2021.

4. C.E. Simion, Special Issue "Advanced Materials for Gas Sensors" Editorial, Materials 2021, 14, 6765, https://doi.org/10.3390/ma14226765.

5. A. Stanoiu, C. Ghica, C.G. Mihalcea, D. Ghica, S. Somacescu, O.G. Florea, C.E. Simion, Effects of Calcination Temperature on CO-Sensing Mechanism for NiO-Based Gas Sensors, Chemosensors 2022, 10, 191, https://doi.org/10.3390/chemosensors10050191.

6. C. Ghica, C.G. Mihalcea, C.E. Simion, I.D. Vlaicu, D. Ghica, I.V. Dinu, O.G. Florea, A. Stanoiu, Influence of relative humidity on CO2 interaction mechanism for Gd-doped SnO2 with respect to pure SnO2 and Gd2O3, Sens. Actuators B. Chem. 2022, 368, 132130, https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132130.

7. Andrei C. Kuncser, Ioana D. Vlaicu, Ion V. Dinu, Cristian E. Simion, Alexandra C. Iacoban, Ovidiu G. Florea, Adelina Stanoiu, The impact of the synthesis temperature on SnO2 morphology and sensitivity to CO2 under in-field conditions, Materials Letters, 2022, 325, 132855, https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132855.

8. C.E. Simion, O.G. Florea, I. Mercioniu, I.V. Dinu, A. Stanoiu, Gas sensing mechanism involved in NH3 detection with NiO material, International Semiconductor Conference (CAS) 45th Edition, 12-14 October 2022, pg. 109-112.

9. A. Stanoiu, C. Ghica, C.G. Mihalcea, D. Ghica, C.E. Simion, The Role of the Synthesis Routes on the CO-Sensing Mechanism of NiO-Based Gas Sensors, Chemosensors 2022, 10, 466, https://doi.org/10.3390/chemosensors10110466.