The object of research, development or design (in Russian) : Композиционные материалы на основе полианилина (ПАНИ), модифицированные наноструктурами оксидов металлов (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4) и углеродными наноструктурами (УНТ, графеновый оксид, углеродные наноструктурированные волокна), предназначенные для оценки их газочувствительных характеристик к основным загрязнителям воздуха (NO2, CO) и восстановительным газам (CH4) при различных температурах и концентрациях.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Полианилин (ПАНИ) негізіндегі композициялық материалдар, металл оксидтерінің наноқұрылымдарымен (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4 различных) және көміртекті наноқұрылымдармен (CNT, графен оксиді, көміртекті наноқұрылымды талшықтар) модификацияланған, олардың әртүрлі температурадағы, концентрациядағы негізгі ауаны ластаушы заттарға (NO2, CO) және тотықсыздандырғыш газдарға (CH4) газға сезімтал сипаттамаларын бағалауға арналған.

Aim of work (in Russian) : Цель проекта – проведение комплексных исследований по созданию новых газочувствительных нанокомпозитов на основе полианилина, усиленные наночастицами оксидов металлов (MOx) и/или углеродными наноструктурами для детектирования загрязнителей воздуха, с дальнейшей разработкой образца готового сенсорного устройства и проведением тестовых испытаний в условиях города, подготовка программного обеспечения для функционирования сенсорного устройства и разработка WEB-приложения.

Aim of work (in Kazakh) : Ауаны ластаушы заттарды анықтау үшін металл оксидінің нанобөлшектерімен (MOx) және/немесе көміртегі наноқұрылымдарымен күшейтілген полианилин негізінде жаңа газға сезімтал нанокомпозиттерді құру бойынша кешенді зерттеулер жүргізу, ауаны ластаушы заттардың үлгісін әзірлеу, дайын сенсорлық құрылғы және қалалық жағдайларда сынақтар жүргізу, сенсорлық құрылғының жұмыс істеуі үшін бағдарламалық қамтамасыз ету және WEB-қосымшасын әзірлеу.

Методы исследования (на русском) : Для достижения поставленных цели и задач, а также для анализа синтезированных композитов на основе полианилина с добавлением наночастиц MOx и/или углеродных наноструктур были использованы современные методы физико-химического анализа, включая методы микроскопии (СЭМ, ПЭМ, оптическая), энергодисперсионный рентгеновский спектральный анализ (ЭДРС), БЭТ-анализ, рамановскую спектроскопию и другие аналитические подходы. Для оценки физико-химических свойств композитов применялись соответствующие методы исследования и современное аналитическое оборудование. Исследования проводились на каждом этапе: как при синтезе индивидуальных компонентов - для их идентификации и установления физико-химических характеристик, так и после формования композитов с целью определения их текстурных свойств, толщины, распределения допирующих частиц и пористой структуры.

Методы исследования (на казахском) : Қойылған мақсаттар мен міндеттерге қол жеткізу және mox нанобөлшектері және/немесе көміртекті наноқұрылымдары қосылған полианилин негізіндегі синтезделген композиттерді талдау үшін микроскопия әдістерін (СЭМ, ПЭМ, оптикалық), энергодисперсиялық рентгендік спектрлік талдауды (ЭДРС), Бэт-талдауды, Раман спектроскопиясын және т. б. қоса алғанда, физика-химиялық талдаудың заманауи әдістері пайдаланылды басқа аналитикалық тәсілдер. Композиттердің физика-химиялық қасиеттерін бағалау үшін тиісті зерттеу әдістері мен заманауи аналитикалық жабдықтар қолданылды. Зерттеулер әр кезеңде жүргізілді: жеке компоненттерді синтездеу кезінде де - оларды анықтау және физика-химиялық сипаттамаларын анықтау үшін, сондай-ақ олардың құрылымдық қасиеттерін, қалыңдығын, қосымша бөлшектердің таралуын және кеуекті құрылымын анықтау үшін композиттерді қалыптастырғаннан кейін.

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе исследования синтезированы и изучены композиты на основе полианилина (ПАНИ), модифицированные наночастицами оксидов металлов (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4) и углеродными структурами (УНТ, ГО, УНВ). Установлено, что материалы обладают высокой чувствительностью и селективностью к основным загрязнителям воздуха при комнатной температуре. Композиты ПАНИ/WO3, ПАНИ/TiO2 и ПАНИ/SnO2 продемонстрировали максимальные отклики 13,7 %, 6,7 % и 110,55 для CH4, CO и NO₂ соответственно. Повышение температуры усиливает чувствительность, а снижение концентрации газа приводит к уменьшению отклика и замедлению восстановления. Показано, что композиты с волокнистой морфологией сохраняют стабильность даже при низких концентрациях (100 ppm). Исследование старения выявило высокую долговременную стабильность ПАНИ/УНТ: через 35 дней отклик снизился с 3,08 % до 2,78 %, при этом время отклика сократилось с 95 до 55 с. Модифицированный композит ПАНИ/УНВ/УНТ показал высокий отклик (60,18 %) в восстановительной среде и устойчивую цикличность, что подтверждает его потенциал для низкотемпературных сенсоров. Научная новизна состоит в выявлении связи морфологии, типа проводимости и газочувствительности ПАНИ/МОₓ-композитов, а также в демонстрации самостабилизации структуры ПАНИ/УНТ при хранении и термоактивируемого усиления отклика.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Зерттеу барысында металл оксидтерінің нанобөлшектерімен (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4) және көміртегі құрылымдарымен (КНТ, ГО, КТ (көміртекті талшық)) модификацияланған полианилин негізіндегі композиттер синтезделіп, зерттелді. Материалдар бөлме температурасында ауаның негізгі ластаушыларына жоғары сезімталдық пен селективтілікке ие екендігі анықталды. Pani/wo композ, ПАНИ/TiO2 және ПАНИ/SnO2 композиттері сәйкесінше СН4, CO және NO2 үшін 13,7%, 6,7% және 110,55 максималды жауаптарын көрсетті. Температураның жоғарылауы сезімталдықты арттырады, ал газ концентрациясының төмендеуі реакцияның төмендеуіне және қалпына келтірудің баяулауына әкеледі. Талшықты морфологиясы бар композиттер тіпті төмен концентрацияда (100 ppm) тұрақтылықты сақтайтыны көрсетілген. Қартаюды зерттеу ПАНИ/КНТ жоғары ұзақ мерзімді тұрақтылығын анықтады: 35 күннен кейін жауап 3,08% - дан 2,78% - ға дейін төмендеді, жауап беру уақыты 95-тен 55 С-қа дейін қысқарды. Модификацияланған ПАНИ/КТ/КНТ композиті тотықсыздану ортасында жоғары реакцияны (60,18 %) және тұрақты циклді көрсетті, бұл оның төмен температуралы сенсорлар үшін әлеуетін растайды. Ғылыми жаңалық морфологияның байланысын, Pani/moₓ композиттерінің өткізгіштігі мен газ сезімталдығының түрін анықтаудан, сондай-ақ сақтау кезінде ПАНИ/КНТ құрылымының өзін-өзі тұрақтандыруын және термоактивті реакцияны күшейтуден тұрады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В результате выполнения проекта были разработаны и исследованы сенсорные композитные материалы на основе полианилина (ПАНИ), модифицированные наночастицами оксидов металлов (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4) и углеродными наноструктурами (нанотрубки, графеновый оксид, наноструктурированные углеродные волокна). Полученные композиты продемонстрировали высокую чувствительность и селективность к CH4, CO и NO2 при комнатной температуре (25 °C) и концентрациях 100–500 ppm. Газочувствительные показатели составили: амплитуда отклика — 0,8 % –110, время отклика — 16–575 с, время восстановления — 25 с–23 мин. Сенсоры показали стабильность, воспроизводимость сигналов и устойчивость к старению. Разработанные материалы отличаются простотой и низкой стоимостью синтеза, совместимы с гибкими подложками и пригодны для масштабирования. Себестоимость сенсорного элемента невысока благодаря минимальному расходу реагентов и энергоэффективности процесса. Уровень технологической готовности соответствует TRL 5 — выполнена валидация прототипа сенсора в лабораторных условиях, подтверждена его стабильная работоспособность и повторяемость характеристик, что создаёт основу для перехода к TRL 6 — тестированию в реальных условиях.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жоба нәтижесінде полианилин (ПАНИ) негізіндегі сенсорлық композиттер әзірленіп, зерттелді. Материалдар металл оксидтері нанобөлшектерімен (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4) және көміртекті наноқұрылымдармен (көміртекті нанотүтіктер, графен оксиді, наноқұрылымды көміртекті талшықтар) модификацияланды. Алынған композиттер бөлме температурасында (25 °C) және 100–500 ppm концентрацияда CH4, CO және NO2 газдарына жоғары сезімталдық пен селективтілік көрсетті. Газсезгіштік көрсеткіштері: сезімталдық амплитудасы – 0,8 % –110, жауап беру уақыты – 16–575 с, қалпына келу уақыты – 25 с–23 мин. Сенсорлар тұрақтылықты, сигналдың қайталанғыштығын және қартаюға төзімділікті көрсетті. Дайындалған материалдар синтездің қарапайымдылығымен, төмен құнымен және икемді негіздермен үйлесімділігімен ерекшеленеді. Өндірістік өзіндік құны реагенттердің аз шығыны мен энергия үнемділігі есебінен төмен. Технологияның дайындық деңгейі TRL 5 – зертханалық жағдайда сенсор прототипінің жұмысқа қабілеттілігі мен тұрақтылығы расталды. Нәтижелер технологияны нақты пайдалану жағдайларында сынауға (TRL 6) көшіруге мүмкіндік береді.

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Енгізілмеген

Efficiency (in Russian) : Были получены композиты ПАНИ/WO3, ПАНИ/TiO2, ПАНИ/SnO2, ПАНИ/УНТ, ПАНИ/ГО, ПАНИ/УНВ/УНТ и ПАНИ/УНВ/ГО. При 500 ppm и комнатной температуре максимальные отклики по газам достигнуты: для CH4 – ПАНИ/SnO2 (10,16 %), для CO – ПАНИ/Co3О4 (6,09 %), для NO2 – ПАНИ/SnO2 (110,55). Композиты ПАНИ/УНВ/УНТ и ПАНИ/ГО продемонстрировали наибольшую чувствительность при комнатной температуре при воздействии метана (CH4) и оксида углерода (CO) при концентрации 500 ppm, обеспечивая отклики до 60,18 % и 23,37 %, соответственно. Композит ПАНИ/УНВ/УНТ характеризуется коротким временем отклика (66 с) и восстановления (5,18 мин). В то же время ПАНИ/ГО проявил активность ко всем трем исследованным газам – CH4, CO и NO2. Были проведены расширенные тестовые испытания газочувствительных характеристик полученных композитов ПАНИ/УНТ, ПАНИ/ГО, ПАНИ/Co3O4, ПАНИ/TiO2, ПАНИ/УНВ/УНТ при различных значениях концентрации анализируемых газов CH₄ и NO₂ (500-100 ppm) и температуры. Композит ПАНИ/УНТ сохраняет стабильность газочувствительных свойств при длительном хранении (более 30 дней) хранения сенсора на воздухе и повторных циклах воздействия CH4. ПАНИ/УНТ имеет хорошую цикличность отклика на метан (CH4) при концентрации 500 ppm 0, 25 и 50 °C показал не менее 6 циклов газочувствительного отклика. Композит ПАНИ/TiO2 показывает лучшие значения времени отклика и значение отклика при 50 °C, при пониженных температурах время отклика увеличивается, а значение отклика снижается.

Efficiency (in Kazakh) : ПАНИ/WO3, ПАНИ/TiO2, ПАНИ/SnO2, ПАНИ/КНТ, ПАНИ/ГО, ПАНИ/КТ/КНТ және ПАНИ/КТ/ГО композиттері алынды. 500 ppm концентрацияда және бөлме температурасында газдарға ең жоғары сезімталдық келесі мәндерге жетті: CH4 үшін – ПАНИ/SnO2 (10,16 %), CO үшін – ПАНИ/Co3O3 (6,09 %), NO2 үшін – ПАНИ/SnO2 (110,55). ПАНИ/КТ/КНТ және ПАНИ/ГО композиттері бөлме температурасында 500 ppm концентрациядағы метан (CH4) мен көміртек тотығына (CO) ең жоғары сезімталдық көрсетті, олардың газсезгіштік жауаптары тиісінше 60,18 % және 23,37 % болды. ПАНИ/КТ/КНТ композиті қысқа жауап беру уақытымен (66 с) және қалпына келу уақытымен (5,18 мин) сипатталады. Сонымен қатар, ПАНИ/ГО композиті зерттелген үш газға да – CH4, CO және NO2 – сезімталдық танытып, әмбебап газсезгіш қасиеттерге ие екендігін көрсетті. ПАНИ/КНТ, ПАНИ/ГО, ПАНИ/Co3O4, ПАНИ/TiO2 және ПАНИ/КТ/КНТ композиттерінің CH4 және NO2 газдарына (500–100 ppm) әртүрлі температураларда газсезгіштік қасиеттері бойынша кеңейтілген сынақтар жүргізілді. ПАНИ/КНТ композиті сенсорды ауада 30 күннен астам сақтау және метан әсерінің қайталанған циклдары кезінде газсезгіш қасиеттерінің тұрақтылығын сақтайды. ПАНИ/КНТ композиті 500 ppm концентрациядағы метанға 0, 25 және 50 °C температураларында кемінде 6 цикл газсезгіш жауап көрсетті. ПАНИ/TiO2 композиті 50 °C температурада ең жақсы жауап беру уақыты мен сезімталдық мәнін көрсетеді; ал төмен температураларда жауап беру уақыты ұзарғанымен, сезімталдық төмендейді.

Field of application (in Russian) : Разработанные композитные материалы на основе полианилина (ПАНИ), модифицированные наноструктурами оксидов металлов (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4) и углеродными материалами (УНТ, ГО, УНВ), предназначены для применения в составе низкотемпературных газочувствительных сенсоров для детектирования токсичных и горючих газов (NO2, CO, CH4) в атмосферных и промышленных условиях. Полученные материалы могут использоваться в системах экологического мониторинга, промышленной безопасности, интеллектуальных датчиках и IoT-платформах, а также в исследовательских и образовательных целях. Благодаря высокой чувствительности, селективности, стабильности и простоте изготовления, композиты ПАНИ/МОₓ и ПАНИ/углеродных структур представляют собой перспективную основу для создания гибких, энергоэффективных и экономически доступных сенсорных устройств нового поколения.

Field of application (in Kazakh) : Металл оксидтерінің наноқұрылымдарымен (WO3, TiO2, SnO2, Со3О4) және көміртекті материалдармен (КНТ, ГО, КНТал) модификацияланған полианилин негізіндегі композиттік материалдар атмосфералық және өнеркәсіптік жағдайларда улы және жанғыш газдарды (NO2, CO, CH4) анықтау үшін төмен температуралы газға сезімтал датчиктердің құрамында қолдануға арналған. Алынған материалдарды экологиялық мониторинг жүйелерінде, өнеркәсіптік қауіпсіздікте, интеллектуалды датчиктерде және IOT платформаларында, сондай-ақ зерттеу және білім беру мақсатында пайдалануға болады. Жоғары сезімталдықтың, селективтіліктің, тұрақтылықтың және өндірістің қарапайымдылығының арқасында ПАНИ/Мoₓ және ПАНИ/көміртекті құрылымдардың композиттері икемді, энергияны үнемдейтін және үнемді жаңа буын сенсорлық құрылғыларын құрудың перспективалық негізін құрайды.