The object of research, development or design (in Russian) : Наноструктурированные полупроводниковые плёнки и их гетероструктуры, а также вредные и взрывоопасные газы, воздействие которых изучается для создания высокочувствительного газового сенсора

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу нысаны — наноқұрылымды шалаөткізгіш қабықшалар мен олардың гетероқұрылымдары, сондай-ақ жоғары сезімтал және селективті газсезгіш сенсор жасау мақсатында зерттелетін зиянды, уытты және жарылғыш газдар болып табылады.

Aim of work (in Russian) : Разработка автономного устройства селективного газового сенсора к вредным, токсичным и взрывоопасным молекулам газа с точностью не менее 0,1 ppm с применением гетероструктурной и поверхностной модификаций наноструктурных пленок пористого кремния.

Aim of work (in Kazakh) : Наноқұрылымды кеуекті кремний қабықшалары негізінде гетероқұрылымдық және беттік модификация технологияларын қолдана отырып, дәлдігі кемінде 0,1 ppm болатын зиянды, уытты және жарылғыш газ молекулаларын анықтауға арналған селективті автономды газсезгіш құрылғыны әзірлеу.

Методы исследования (на русском) : Исследования проводились с использованием методов электрохимического травления для получения пористого кремния, магнетронного распыления оксидов металлов для модификации поверхности, а также анализа структурных, морфологических и оптических свойств с применением СЭМ, XRD и спектроскопии. Электрические и газочувствительные характеристики измерялись с использованием современных анализаторов и программных средств обработки данных.

Методы исследования (на казахском) : Зерттеу жұмысы кеуекті кремний алу үшін электрохимиялық жеміру әдісімен, бетті модификациялау үшін металл оксидтерін орнату магнетрондық тозаңдату әдісімен жүргізілді. Құрылымдық, морфологиялық және оптикалық қасиеттер СЭМ, XRD және спектроскопия әдістерімен талданды. Электрлік және газсезгіштік сипаттамалар заманауи өлшеу құрылғыдары мен деректерді өңдеу бағдарламалық құралдары арқылы орындалды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Разработана и верифицирована методика оптимального электрохимического травления кристаллического кремния p-типа, обеспечивающая получение пористого кремния с регулируемой пористостью (59,5-83,3%) и глубиной травления до 18,8 мкм. Проведена модификация поверхности оксидами CuO и SnO₂, формирующая гетероструктуры с выраженным сенсорным откликом при комнатной температуре без подогрева. Для структур CuO/ПК и SnO₂/ПК установлено повышение чувствительности и селективности к аммиаку, толуолу и хлороформу до 30–35% при концентрации 0,1 ppm. Комплексные морфологические и электрические исследования (СЭМ, XRD, Раман, ВАХ, ВФХ) подтвердили стабильность, воспроизводимость и корреляцию оптических и электрических характеристик. На основе полученных данных создан прототип автономного цифрового сенсора с микроконтроллером ESP32, интегрированный с датчиками температуры, влажности и движения. Программное обеспечение на Arduino IDE обеспечивает цифровую обработку, передачу данных по Wi-Fi и визуализацию в реальном времени через платформу Blynk. Разработанный сенсор продемонстрировал высокую точность, стабильность и энергоэффективность при длительной автономной работе. На заключительном этапе реализована беспроводная сеть сенсоров на технологии ESP-Mesh, показавшая устойчивую синхронизацию, низкие потери данных и готовность к масштабированию для IoT-систем мониторинга окружающей среды и промышленной безопасности.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Кристалды p-типті кремнийді оңтайлы электрохимиялық жеміру әдісі әзірленіп, сынақтан өткізілді, бұл кеуекті кремнийдің реттелетін кеуектілігін (59,5-83,3%) және өңдеу тереңдігін 18,8 мкм-ге дейін қамтамасыз етті. Беткі қабатты CuO және SnO₂ оксидтерімен модификациялау арқылы қыздыруды қажет етпейтін, бөлме температурасында айқын сенсорлық әсер беретін гетероқұрылымдар алынды. CuO/КК және SnO₂/КК құрылымдары үшін аммиакқа, толуолға және хлороформға сезімталдық пен селективтіліктің 0,1 ppm концентрацияда 30–35%-ға дейін артқаны анықталды. Морфологиялық және электрлік зерттеулердің кешені (СЭМ, XRD, Раман, ВАС, ВФС) құрылымдардың тұрақтылығын, қайталанымдылығын және оптикалық пен электрлік қасиеттердің өзара байланысын растады. Алынған мәліметтер негізінде ESP32 микроконтроллеріне негізделген автономды цифрлық сенсордың прототипі жасалды, ол температура, ылғалдылық және қозғалыс датчиктерімен біріктірілген. Arduino IDE ортасында әзірленген бағдарламалық қамту деректерді цифрлық өңдеуді, Wi-Fi арқылы беруді және нақты уақыт режимінде Blynk платформасында бейнелеуді қамтамасыз етеді. Дайындалған сенсор жоғары дәлдікпен, тұрақтылықпен және энергия үнемділігімен ұзақ мерзімді автономды жұмысты көрсетті. Соңғы кезеңде ESP-Mesh технологиясына негізделген сымсыз сенсорлар желісі іске асырылып, синхрондау тұрақтылығы, деректердің аз жоғалуы және қоршаған ортаны бақылау мен өнеркәсіптік қауіпсіздікке арналған IoT жүйелеріне интеграциялау дайындығы дәлелденді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разработанный автономный газовый сенсор представляет собой компактное устройство на основе указанных наноструктурированных плёнок пористого кремния, интегрированных с микроконтроллером ESP32. Основным элементом разработанного устройства является чувствительный элемент на основе наноструктурированных плёнок пористого кремния p-типа, модифицированных оксидами металлов CuO и SnO₂. Конструкция включает газочувствительный модуль, датчики температуры, влажности и движения, SD-карту для локального хранения данных и ЖК-дисплей для визуализации показаний. Корпус изготовлен методом 3D-печати из PLA-пластика, что обеспечивает лёгкость, прочность и низкую себестоимость. Программное обеспечение, реализованное в среде Arduino IDE, обеспечивает оцифровку сигнала, передачу данных по Wi-Fi, а также визуализацию через платформу Blynk в режиме реального времени.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Дайындалған автономды газсезгіш құрылғы - ESP32 микроконтроллерімен біріктірілген кеуекті кремнийдің наноқабықшалары негізіндегі ықшам жүйе. Әзірленген құрылғының негізгі бөлігі - p-типті кеуекті кремнийдің наноқұрылымды қабықшалары мен оның CuO және SnO₂ беттік модификацияланған қабықшаларына негізделген сезімтал элемент. Құрылым құрамында газсезгіш модуль, температура, ылғалдылық және қозғалыс датчиктері, SD-карта (деректерді сақтау үшін) және LCD-дисплей (нәтижелерді көрсету үшін) бар. Құрылғының корпусы PLA-пластиктен 3D-басып шығару әдісімен дайындалған, бұл оның жеңілдігі мен беріктігін қамтамасыз етеді және өзіндік құнын төмендетеді. Arduino IDE ортасында жасалған бағдарламалық қамту деректерді Wi-Fi арқылы жіберуді және Blynk платформасында нақты уақытта бейнелеуді жүзеге асырады.

Level of implementation (in Russian) : Результаты разработанной технологии создания наноструктурированных плёнок пористого кремния и их гетероструктур, а также методики формирования чувствительных элементов газовых сенсоров могут быть внедрены в лабораторные и исследовательские установки, а также использованы в учебном процессе (бакалавриат, магистратура, докторантура PhD). Внедрение данных результатов будет способствовать развитию и реализации ресурсосберегающих и энергоэффективных сенсорных технологий, отвечающих современным требованиям промышленной безопасности и экологического мониторинга. Кроме того, применение полученных научных и методических разработок позволит усовершенствовать существующие методы анализа и контроля газовой среды, а также повысить уровень практической подготовки высококвалифицированных специалистов в области электроники, нанотехнологий и сенсорных систем.

Level of implementation (in Kazakh) : Наноқұрылымды кеуекті кремний қабықшаларын және олардың гетероқұрылымдарын алу технологиясының нәтижелері, сондай-ақ газсезгіш сенсорлардың сезімтал элементтерін қалыптастыру әдістемесі зертханалық және ғылыми-зерттеу қондырғыларына енгізілуі мүмкін, сондай-ақ оқу үдерісінде (бакалавриат, магистратура, PhD докторантура) пайдалануға ұсынылады. Бұл нәтижелердің енгізілуі қазіргі заманғы өнеркәсіптік қауіпсіздік пен экологиялық мониторинг талаптарына сай ресурс үнемдеуші және энергия тиімді сенсорлық технологияларды дамытуға ықпал етеді. Сонымен қатар, алынған ғылыми және әдістемелік әзірлемелерді қолдану газдық ортаны талдау мен бақылаудың қолданыстағы әдістерін жетілдіруге, сондай-ақ электроника, нанотехнология және сенсорлық жүйелер саласында білікті, бәсекеге қабілетті мамандарды даярлау деңгейін арттыруға мүмкіндік береді.

Efficiency (in Russian) : Результаты выполненной научно-исследовательской работы обладают высокой практической и научной эффективностью. Разработанная технология формирования наноструктурированных плёнок пористого кремния и их гетероструктур позволила создать высокочувствительный, энергоэффективный и экономичный газовый сенсор, работающий при комнатной температуре и не требующий дополнительного подогрева. Применение модифицированных наноматериалов обеспечивает снижение энергопотребления, повышение селективности и стабильности отклика, а также возможность длительной автономной работы устройства. Полученные результаты могут быть использованы для создания масштабируемых IoT-систем мониторинга в промышленности, экологии и «умных» зданиях, что подтверждает высокий уровень прикладной значимости проекта.

Efficiency (in Kazakh) : Жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмысының нәтижелері жоғары ғылыми және практикалық тиімділікке ие. Кеуекті кремнийдің наноқабықшалары мен олардың гетероқұрылымдарын қалыптастыру технологиясы негізінде жоғары сезімтал, энергия үнемдейтін және экономикалық тиімді газсезгіш құрылғы жасалды, ол бөлме температурасында жұмыс істейді және қосымша қыздыруды қажет етпейді. Модификацияланған наноматериалдарды қолдану энергия тұтынуды азайтуға, сезімталдық пен тұрақтылықты арттыруға, сондай-ақ құрылғының ұзақ мерзімді автономды жұмысын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Алынған нәтижелер өнеркәсіптік, экологиялық және «ақылды» ғимараттар жүйелеріндегі IoT-мониторингтік желілерін құруға пайдаланылуы мүмкін, бұл жобаның жоғары қолданбалы маңыздылығын дәлелдейді.

Field of application (in Russian) : Основными сферами применения разработанных газовых сенсорных устройств являются промышленные предприятия и шахты, службы промышленной и экологической безопасности, а также объекты стратегического назначения и места массового скопления людей. Сенсор предназначен для оперативного контроля концентраций вредных, токсичных и взрывоопасных газов в воздухе с высокой точностью (до 0,1 ppm) и может применяться в системах раннего предупреждения об утечках и автоматического мониторинга атмосферы. Благодаря компактности, низкому энергопотреблению и возможности беспроводной передачи данных устройство может быть интегрировано в современные IoT-платформы, умные здания и распределённые сети экологического мониторинга. Кроме того, элементы разработанной технологии могут быть использованы в учебных и исследовательских лабораториях при подготовке специалистов в области нанотехнологий, электроники и сенсорных систем.

Field of application (in Kazakh) : Әзірленген газсезгіш құрылғылардың негізгі қолданылу салаларына өнеркәсіптік кәсіпорындар мен шахталар, өнеркәсіптік және экологиялық қауіпсіздік қызметтері, сондай-ақ стратегиялық нысандар мен адамдар көп жиналатын орындар жатады. Сенсор зиянды, уытты және жарылғыш газдардың концентрациясын нақты анықтау (0,1 ppm-ге дейін) және ағып кетуді ерте анықтау мен атмосфераны автоматты бақылау жүйелерінде қолдануға арналған. Құрылғының ықшамдылығы, төмен энергия тұтынуы және деректерді сымсыз беру мүмкіндігі оны заманауи IoT-платформаларға, «ақылды» ғимараттар жүйелеріне және экологиялық мониторингтің таратылған желілеріне біріктіруге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, әзірленген технология элементтері нанотехнология, электроника және сенсорлық жүйелер саласындағы мамандарды даярлау кезінде оқу және зерттеу зертханаларында қолданылуы мүмкін.