Газовые сенсоры: Газсенсор: ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ И СЕНСОРЫ

Содержание

Газсенсор: ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ И СЕНСОРЫ

октябрь 2020 г Новинка от Membrapor - датчики фосгена в двух вариантах корпуса:
COCl2-M-1 — серии Miniature,
COCl2-C-1 — серии Compact.
Данные датчики были разработаны для обнаружения минимальных количеств COCl2 (от 0 до 1 ppm), и подходят для обеспечения безопасности персонала и производственных процессов.

октябрь 2020 г Уникальные электрохимические датчики водорода от компании PROSENSE для особых условий:
P3GW-20% 0-20% об.д.;
P3GW-40000 0-40000ppm;
P7GW-40000 0-40000ppm.
Срок службы по заявлению производителя составляет не менее 5 лет. Датчики доступны для заказа у наших менеджеров.

октябрь 2020 г Лазерные датчики пыли от Alphasense: OPC-N3 и OPC-R1 доступны для заказа в нашей компании.

 

октябрь 2020 г Сообщаем о поступлении в продажу инфракрасных газовых датчиков F3-042505-05000 от компании smartGAS.

Особенностью данных датчиков является высокая чувствительность, и нижний порог по метану CH4 от 50 мг/м3.

октябрь 2020 г Новые микронасосы для газов и жидкостей в огромном количестве вариантов размеров, диапазонов давления, потребляемой энергии и скорости расхода от компании ALLDOO доступны для заказа у менеджеров нашей компании. Полный список предлагаемых вариантов смотрите на официальном сайте производителя:
www.alldoo.com.

сентябрь 2020 г Обращаем ваше внимание, что инфракрасные газовые датчики от компании Dynament серии Low Power хоть и имеют очевидное преимущество в энергопотреблении (потребляют всего 8 миллиампер при 3В постоянного тока, что составляет 1/10 от мощности, которая требовалась энергоэффективному датчику прошлого поколения Premier), более подвержены влиянию влажности среды из за меньшей рабочей температуры внутри самого датчика. Она ниже в среднем на 6-8 градусов.

 

сентябрь 2020 г Информируем о начале поставок электрохимических сенсоров гидразина от компании Syxth Sense.
Данные сенсоры доступны в двух вариантах: 4-N2h5-1 и 7-N2h5-1.

август 2020 г Рады сообщить нашим клиентам о том, что мы стали официальными дистрибьюторами сенсоров, аксессуаров и другой продукции компании Dart Sensors в России.

июль 2020 г Honeywell сообщили о росте цен на продукты City Technology и SensoriC, которое вступает в силу 1 июля 2020 года.
«Мы осуществляем целенаправленное повышение цен на наши продуктовые линейки с учетом корректировки материальных и производственных затрат , в том числе сокращения объемов производства устаревших сенсоров.

Решение о внесении этих изменений было трудным, и мы осознаем, каким бременем это ляжет на наших партнеров и клиентов. Тем не менее, мы считаем, что эти изменения необходимы для того, чтобы мы могли продолжать инвестировать в наш бизнес , портфолио и операции.»

 

июль 2020 г Кислородные датчики для медицинского оборудования PSR-11-917-M и PSR-11-917-M2 от компании Analytical Industries Inc доступны для заказа в нашей компании.
Датчики прошли все необходимые испытания и рекомендованы для использования в аппаратах ИВЛ, системах жизнеобеспечения, а так же респираторах для защиты медицинского персонала.

июнь 2020 г Рады сообщить вам о сотрудничестве с компанией Analytical Industries Inc из Калифорнии — ведущим производителем кислородных датчиков дыхательных газов для медицинского и промышленного оборудования, а так же систем подводного дыхания. Полный перечень оборудования, в котором используются сенсоры Analytical Industries доступен по ссылке.

март 2020 г Dynament сообщает о выпуске нового датчика закиси азота Premier N2O. Платформа Premier sensor предлагает два диапазона измерений для закиси азота: один от 0 до 1% объема с разрешением 0,01% объема, а другой от 0 до 1000ppm с разрешением 20ppm.

 

март 2020 г Компания Dalian Actech представила лазерный модуль LRCH01-100 для измерения метана

. Основные особенности данного модуля: сверхнизкое энергопотребление, быстрая реакция, высокая точность, высокая селективность по отношению к метану, предотвращению воздействия других газов, влаги или пыли, питание 3В / 5В, последовательное подключение TTL, простота интеграции.

март 2020 г Фотоионизационные датчики от компании Alphasense способны измерять гидразин с минимальной чувствительностью от 15ppb. Сенсоры доступны со склада нашей компании в Москве.

январь 2020 г Компания SGX выпустила надёжный взрывозащищенный бюджетный термокаталитический датчик для контроля горючих газов VQ548ZD.

 

Архив

Газовые сенсоры

     Главным компонентом газоанализатора, как и у любого другого анализирующего прибора,  является его сенсор. Представляем вашему вниманию газовые сенсоры от завода-лидера в производстве сенсоров, который уже не один десяток лет поддерживает высочайшее качество продукции. Ведь все сенсоры разрабатываются и выпускаются в идеальных для подобного производства условиях — пылезащищённых помещениях с контролируемым микроклиматом и проходят индивидуальный контроль качества. Сенсоры Drager испытаны по всему миру в экстремальных условиях эксплуатации. Ассортимент газовых сенсоров постоянно растет, вместе с потребностями заказчиков и появлением  новых сфер применения сенсоров.

      Сенсоры Drager Sensors (газовые сенсоры Drager) отличаются высокой точностью и продолжительным сроком эксплуатации. Высокая селективность к измеряемому газу и короткое время отклика обеспечивают надежное и оперативное предупреждение.

Поскольку все сенсоры разработаны и произведены Drager Safety, они оптимально согласуются с приборами, что повышает удобство их универсального применения. Кроме того   Drager  изготовляет собственные каталитические сенсоры, настроенные на все популярные горючие газы. 

А если при анализе газа необходима взрывозащита, то можно выбрать газоанализаторы, в которых возможно использовать фотоионизационные (PID) сенсоры или инфракрасные сенсоры Drager.

      Более 30 различных сенсоров Drager Sensors (газовые сенсоры Drager) позволяют измерять свыше 100 газов и паров. Используется три различных принципа измерения. Электрохимические сенсоры предупреждают о токсичных газах и дефиците или избытке кислорода, каталитические и инфракрасные оптические сенсоры контролируют взрывоопасные смеси, обнаруживая их концентрации задолго до взрывоопасных концентраций Каталитические сенсоры Drager Sensors (газовые сенсоры Drager) основаны на принципе теплоты реакции, что позволяет одновременно измерять различные горючие газы.

Drager Sensors (газовые сенсоры Drager) отличаются высокой точностью и низкой перекрестной чувствительностью к другим газам. Они используются при обнаружении горючих газов в инертных областях (Multi-PID,  Drager X-am 7000) . Особо компактные и легкие газоанализаторы работают на основе новых сенсоров Drager миниатюрной серии XXS.

      Постоянно совершенствуя принципы электрохимических реакций и комбинируя новые миниатюрные конструктивные элементы, в компании радикально уменьшили объем и массу сенсоров. Высокая чувствительность к измеряемому газу, превосходная долговременная стабильность и быстрый отклик обеспечивают пользователю быстрое и надежное предупреждение об опасных газах. Сенсоры серии XXS устанавливают международный стандарт в технологии обнаружения газов и используются при контроле O2, CO и h3S в таких миниатюрных приборах Drager, как Pac 1000, 3000 и 5000. Ряд важных газов, включая CI2, CO2, HCN, Nh4, NO2, Ph4 и SO2

,контролируются с помощью Drager Sensors (газовые сенсоры Drager) XXS в Drager Pac 7000.

      Подобные сенсоры иногда называют «умные газовые сенсоры» из-за того, что специфические данные сенсора, типа температурной компенсации, данных калибровки, типа газа и диапазона измерения, предварительно записаны в сенсор и переносятся с ним в новый прибор. Подобные сенсоры Drager Sensors (газовые сенсоры Drager) серии XS (XS — сокращение от «extra stability» -повышенная стабильность, поскольку их отличная конструкция обеспечивает чрезвычайно длительные интервалы между калибровками) встроены почти в каждый газоанализатор Drager Safety. Благодаря функции Plug-and-Play прибор готов к немедленному использованию, сразу после соединения и передачи данных через, столь же, популярные интерфейсы.

Химические сенсоры на основе наноструктурированных материалов. Часть 1. Газовые сенсоры. (обзор) Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

УДК 53. 087.92 — 621.382

ХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ. ЧАСТЬ 1. ГАЗОВЫЕ СЕНСОРЫ. (Обзор)

Хатько В.В.

Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Республика Беларусь

e-mail: [email protected]

Проведен анализ современных методов изготовления газовых сенсоров, в элементах конструкции которых используются наноструктурированные материалы. Выделены две группы методов, способствующих увеличению удельной поверхности чувствительного слоя сенсора: первая — использование в качестве основы для кристалла сенсора подложки или мембраны из нанопористого анодного оксида алюминия, вторая — формирование чувствительных слоев газового сенсора с большой удельной поверхностью на основе 1D-3D наноструктур. Повышение выходных характеристик сенсора определяется совокупностью улучшенных физико-химических свойств наноматериалов и наноструктур, используемых в его конструкции.

Ключевые слова: газовый сенсор, нанопористый анодный оксид алюминия, наноструктуриро-ванный чувствительный слой.

Введение

Химические сенсоры дают возможность проводить анализ концентрации химического компонента в смеси веществ и относятся к числу устройств, определяющих развитие современной аналитической химии.

Основным отличием сенсорных технологий от традиционных подходов инструментального анализа является их ориентация на получение конечного продукта — сенсора, позволяющего проводить качественный или количественный анализ в реальном масштабе времени и с минимальной дополнительной пробоподготовкой.

Газовые сенсоры рассматривают как один из вариантов химических сенсоров, где в качестве чувствительного слоя, обеспечивающего формирование аналитического сигнала, используют каталитические и полупроводниковые материалы.

Последние два десятилетия большое внимание уделяется разработке новых типов сенсоров, позволяющих измерять очень малые концентрации загрязняющих веществ в окружающей среде.

Одним из наиболее широко применяемых для этих целей сенсоров является химически резистивный газовый сенсор, чувствительный слой которого может быть сформирован в виде тонких или толстых полупроводниковых пленок. В последние годы сформировалось новое направление в изготовлении газовых сенсоров. Это направление связано с попытками найти методы увеличения удельной поверхности (отношения поверхности к объему чувствительного материала) его чувствительного слоя. В настоящий момент можно выделить две группы методов, результативно работающих в этом направлении, связанном с повышением выходных характеристик газовых полупроводниковых сенсоров.

Первая группа включает методы, позволяющие создавать на поверхности подложки высокоразвитые структуры или рельефы, на которые в последующем наносится чувствительный слой сенсора. К этой группе можно отнести различные методы анизотропного травления кремниевой подложки [1] и формирования на поверхности кремния пленок из нанопористого оксида алюминия [2, 3].

Непосредственный выбор нанопористых алюмооксидных подложек в качестве основы для изготовления газового сенсора можно также отнести к данной группе методов, позволяющих увеличить удельную поверхность его чувствительного слоя [4, 5].

Вторая группа объединяет методы, которые применяются при формировании нано-структурированного чувствительного слоя сенсора. К ней относятся методы, использующие наноматериалы и наноструктуры для создания чувствительного слоя [6], а также методы вакуумного осаждения его на поверхность подложки [7, 8].

Газовые сенсоры на наноструктурирован-ных подложках

При изготовлении газовых сенсоров с наноразмерными металлооксидными чувствительными слоями необходимо на поверхности кремниевых или диэлектрических подложек сформировать нанопористые высокоупорядо-ченные диэлектрические слои. Для этой цели, как правило, используется нанопористый анодный оксид алюминия, представляющий собой матрицу плотно упакованных гексагональных оксидных ячеек, по центру которых проходит полый канал.

Преимуществами пористого анодного оксида алюминия являются регулярная и хорошо упорядоченная структура, широкий диапазон диаметров пор (10-150 нм) и высокая однородность слоев, имеющих большую удельную поверхность, улучшенные механические, электрические и оптические свойства.

Впервые пленки нанопористого анодного оксида алюминия на кремниевых подложках-были использованы в 2002 г. при изготовле -нии газового сенсора для детектирования NHз в условиях влажной атмосферы [2]. Несколько лет спустя данный подход нашел развитие при создании газового сенсора с

чувствительным слоем из WO3 для детектирования оксидов азота (NOx) [3, 9, 10]. При этом если изначально газовые сенсоры NOx формировались на монолитных кремниевых подложках [3, 9], то после апробации полученных результатов изготовление сенсоров осуществлялось с использованием микроме -ханически обработанных кремниевых подложек (рисунок 1) [11].

Первоначально констатировалось, что использование подложек с наноструктурирован-ной поверхностью оказывает влияние на условия роста и структурные параметры осаждаемого на ее поверхность чувствительного слоя. Так, в зависимости от ширины пор формирование чувствительного слоя происходило в устье поры или по всей ее поверхности [3, 9, 10]. И хотя условия формирования слоя не оказывали существенного влияния на размер микрокристаллитов WO3 (он изменялся в диапазоне 28,032,5 нм) их рост осуществлялся в направлении <100> и существенно зависел от увеличения диаметра пор.

Таким образом, использование подложек с наноструктурированной поверхностью оказывало влияние на морфологические и структурные параметры чувствительного слоя и, как следствие, его сенсорные свойства повышались. Был установлен рост чувствительности указанных сенсоров к детектированию оксидов азота [3, 9].

а

Па р а л л ел ьн ы е электроды (И)

Газочувсгвпгельнын слой

Контакт к электроду

б

Рисунок 1 — Топология (а) и схематическое изображение (б) газового сенсора с мембраной из нанопористого анодного оксида алюминия и чувствительным слоем на основе WOз [10, 11]

Другим преимуществом использования наноструктурированных слоев из нанопористого анодного оксида алюминия в структуре газового сенсора является то, что физические свойства слоя зависят от такого параметра как объемная пористость. В работах [12, 13] для анодного оксида алюминия с помощью метода конечных элементов определены зависимости от пористости всех независимых компонент тензора модулей упругости и коэффициентов теплопроводности. Показано, что выбором величины пористости алюмооксидной подложки можно целенаправленно уменьшать потребляемую газовым сенсором мощность. Это обусловлено тем, что коэффициенты продольной и поперечной теплопроводности А1203 зависят от объемной пористости таким образом, что величину поперечной составляющей можно уменьшить до нуля, т.е. теп-лоперенос вдоль границы раздела чувствительный слой — А1203 может быть минимизирован.

Данный эффект должен учитываться при изготовлении газовых сенсоров непосредственно на нанопористых подложках из анодного оксида алюминия. Следует отметить, что использование данного типа подложек не получило пока достаточно широкого распространения в технологии изготовления газовых сенсоров, поскольку производством такого типа подложек занимается небольшое количество фирм [4, 14]. Подложки данных фирм в основном используются как мембраны и фильтры, поскольку требуют разработки специальной технологии микромеханической обработки. В последние несколько лет сотрудниками Минского

НИИ радиоматериалов, Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, Белорусского национального технического университета разработаны технологии изготовления нанопористых подложек из анодного оксида алюминия и их микромеханической обработки, а также изготовлены полупроводниковые газовые сенсоры с пределом чувствительности по Н2 и СО >10 ррт и потребляемой мощностью < 40 мВт [5, 15]. Кристалл разработанного сенсора размером 1,35 х 1,35 мм включает подложку из пористого анодного оксида алюминия толщиной 50 мкм, содержащую вытравленные мембрану и сквозные отверстия. Использование мембраны и сквозных отверстий в подложке позволило снизить тепловые потери сенсора и обеспечить низкую потребляемую мощность его функционирования [15].

Перспективным применением нанопори-стых слоев анодного оксида алюминия является их использование в газовых сенсорах кантиле-верного (консольного) типа (рисунок 2), так как такие сенсоры имеют относительно быстрый отклик на активный газ [16]. Поскольку при наличии пористого A1203 кантилеверный газовый сенсор имеет высокую удельную поверхность и низкий модуль Юнга, его чувствительность к изменению массы и механических напряжений значительно выше по сравнению с сенсорами с плоскими кантилеверами [16]. Данный тип сенсора может быть изготовлен двумя путями. Первый включает осаждение на поверхность кантилевера, изготовленного на

кремниевои подложке, пленки алюминия и ее электрохимическое анодирование с получением пористого анодного оксида алюминия [16]. ВтороИ — изготовление кантилевера непосредственно из пластины нанопористого анодного оксида алюминия [17]. В последнем случае имеется возможность задавать нужную резонансную частоту сенсора путем выбора величины модуля Юнга (а не изменением геометрических размеров сенсора), так как его величина зависит от пористости анодного оксида алюминия [12, 13]. Пористость может изменяться выбором диаметра пор и расстояния между ними и хорошо контролироваться путем выбора электролита и времени электрохимического процесса.

б

Рисунок 2 — Газовый сенсор кантилеверного типа (а) с чувствительным слоем на основе нанопористого анодного оксида алюминия (б)

Еще одним применением нанопористого анодного оксида алюминия в газовых сенсорах является его использование в качестве фильтрующей мембраны [4, 15, 18]. В этом случае фильтр, изготовленный, например, из коммерчески доступных пластин пористого анодного оксида алюминия (UniKera™ Standard [4] или Anodisc™ [14]), является конструктивным элементом газового сенсора. За счет выбранного размера пор он обеспечивает селективный сенсорный отклик к определенному активному газу, который может быть усилен при осаждении катализатора на поверхность фильтрующей мембраны [18].

В отличие от подложек из нанопористого анодного оксида алюминия использование монокристаллических подложек из пористого кремния для газовых сенсоров пока не нашло достаточно широкого применения. Это, по-видимому, связано с тем, что при изготовлении сенсора путем микромеханической обработки кремния его чувствительный слой формируется на полупроводниковой кремниевой мембране, что создает определенные проблемы для электрической системы управления сенсором. Несмотря на то, что в кремнии можно создавать пористую структуру с размерами от макропор (2-5 мкм [19]) до нанопор (1,5-10 нм [20]), преимущество использования данного типа подложек для газовых полупроводниковых сенсоров не столь очевидно.

Таким образом, использование данной группы методов позволяет создавать на поверхности подложек высокоразвитые (высокая удельная поверхность) структуры или рельефы, на которые в последующем наносится чувствительный слой газового сенсора. Специфические условия его формирования, возникающие из-за особенностей поверхности подложки, оказывают влияние на структуру и свойства чувствительного слоя, тем самым вызывая рост чувствительности и селективности сенсорного отклика по отношению к активным газам. Другим преимуществом использования нанопористых подложек является возможность снижения потребляемой мощности газового сенсора за счет уменьшения тепловых потерь в пористом материале.

Газовые сенсоры с наноструктурирован-ными чувствительными слоями

Другая группа методов, связанная с формирования чувствительных слоев газового сен-

сора с высокой удельной поверхностью на основе 8и02, 2и0, 1п20з и WOз, использует в их структуре наночастицы (ОБ), нанопроволоки (1Б), нанотрубки (1Б), наноленты (1Б), нано-плоскости (2Б) и нанокубы (3Б) [21]. Было показано, что сенсорный отклик резко возрастает, когда размер частицы становится сравнимым или меньше радиуса Дебая (обычно несколько нанометров). На рисунке 3 показаны несколько примеров 1Б наноструктур, а также один из видов иерархической структуры, которая может быть собрана из них [22]. Среди 1Б наноструктур нанопроволоки, наностолбики и нанотрубки являются наиболее перспективными материалами для газовых сенсоров в силу их уникальных электрических и оптических свойств, а также очень большой удельной поверхности.

Рисунок 3 — Морфология некоторых наноструктур (слева на право): нанолента, нанопроволка, радиальный гетеропереход, нанотрубка, наностержень, нанокольцо, иерархическая структура [22]

Иерархические наноструктуры являются высоко размерными структурами, которые собираются из низко размерных наноблоков, таких как наночастицы (ОБ), нанопроволоки, наностержни и нанотрубки (1Б), наноплоскости (2Б). Иерархические наноструктуры показывают хорошо ориентированную пористую структуру без разрыхления ее сильно развитой поверхности. Пустотелые (полые) наноструктуры с тонкими оболочками имеют также высокую удельную поверхность. Таким образом, не только высокая чувствительность, но и быстрый отклик может достигаться при использовании хорошо сконструированных, иерархических и полых оксидных структур в качестве материала для чувствительных слоев газовых сенсоров, поскольку количество мест адсорбции активного газа на их поверхности значительно возрастает.

В работе [21] различные иерархические структуры классифицированы в соответствии с размерами наноблоков и формирующихся иерархических структур (рисунок 4). Например, структура «1-3 еж» означает, что Ш нанопроволоки или наностержни собраны в 3D сферическую форму, имеющую форму ежа; «2-3

цветок» обозначает 3D иерархическую структуру в форме цветка, собранную из многих 2D нанолистов. При таком подходе полые сферы можно рассматривать как сборки из ОБ наноча-стиц в 3D полые сферические формы. Таким образом, строго говоря, 0-3 полые сферы следует рассматривать как один из видов иерархических структур.

Имеется достаточно много различных технологий, которые могут быть использованы для создания металлооксидных 1Б-3Б наноструктур. К ним относятся методы выращивания наноструктур в газовой и жидкой фазе, химический синтез, электрохимическое осаждение и др. [22].

Наноблоки Иерархические наноструктуры

ее

е*

0-Б наноча-стицы

1-Б

нанопроволки, наностержни

2-Б

нанолисты

3-Б

нанокубы

0-3 полости

1-1

гребешок

1-1

гребешок

1-1

щетка

1-3

еж

1-2

дендриты

1-3 нить

2-3 цветок

0:

1-3

полый еж

2-3

Полый цветок

3-3 полости

Рисунок 4 — Наноблоки и собранные из них иерархические структуры [21]

Одним из наиболее совместимых технологических процессов с остальным маршрутом изготовления газового сенсора является метод электрохимического анодирования. С его помощью возможно прямое формирование как нанопористых металлооксидных (ГЮ2, WO3, SnO2, и др.) чувствительных слоев, так и

слоев с Ш наноструктурами. Вопрос пористого электрохимического анодирования ряда тугоплавких металлов достаточно широко изучен в 2005 г. в работах [23-27], где исследованы пористые слои WO3, ZrO2, TiO2, ИЮ2 и полученные электрохимическим анодированием металлов в различных электролитах. Использование пористых пленок оксидов вентильных металлов в качестве чувствительных слоев для газовых сенсоров предложено в 2008 г. [28]. В этом же году исследованы газовые сенсоры, в качестве чувствительных слоев которых использовались упорядоченные области Ш нано-столбиков WO3, сформированные электрохимическим анодированием тонкопленочной системы Al-W [29-30].

На рисунке 5 показаны чувствительные слои на основе нанопористого TiO2 и упорядоченной области наностолбиков WO3. Идея использования Ш наноструктур в качестве чувствительного слоя газового сенсора оказалась чрезвычайно плодотворной, о чем свидетельствует большое число осуществленных в последующие годы публикаций по данному направлению, часть из которых приведена в обзоре группы итальянских исследователей [22]. Следует отметить, что использование чувствительных слоев на основе нанопористых анодных оксидов вентильных металлов или упорядоченных областей наностолбиков метал-лооксидов решает проблему создания к ним надежных металлических контактов, поскольку нагреватель сенсора и система контактов создаются перед формированием чувствительного слоя [29-30]. В то же время при формировании чувствительного слоя на основе Ш наноструктур из газовой или жидкой фазы проблема контактов стоит достаточно остро в силу хаотического распределения наностуктур, что вызывает отсутствие контакта их значительной части с электродами.

Это привело к необходимости разработки новой технологии изготовления газового сенсора с чувствительным слоем на основе Ш наноструктур, которая включает достаточно большое количество фотолитографических операций [22].

Рисунок 5 — Чувствительный слой газового сенсора из нанопористого анодного ХЮ2 (а) и схематическое изображение сенсора (б) с чувствительным слоем на основе упорядоченной области Ш наноструктур (наностолбиков) WOз (в) [28-30]

Проблема формирования контактов, а также воспроизводимости выходных параметров газового сенсора характерна для устройств, сенсорный слой которых формируется на ос-

а

б

в

нове Ш и 2D углеродных наноструктур [3133]. Основными представителями таких наноструктур являются углеродные нанотрубки и графен, которые нашли наибольшее применение при детектировании токсичных газов, таких как оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2). Графен представляет собой двумерный одноатомный слой атомов углерода, находящихся в sp2-гибридизации и соединённых в гексагональную кристаллическую решётку. Различают несколько видов углеродных нанотрубок, которые могут быть получены в зависимости от сворачивания листа графена в цилиндр вдоль определенного вектора его решетки: одностен-ные (SWCNTs), двустенные (DWCNTs) и многостенные (MWCNTs). Высокая электрическая

проводимость, большая удельная поверхность (для углеродных нанотрубок >1500 м2/г) и стабильность углеродных наноструктур вывело их в лидеры по числу практических применений в электронной технике.

В последние годы газовые сенсоры, изготовленные на основе углеродных наноматериа-лов, таких как углеродные нанотрубки, графен и их гибриды, интенсивно исследуются с целью создания приборов с низким энергопотреблением для детектирования токсичных газов с концентрацией на уровне ~ 1 ppb (одна частица на миллиард). Некоторые характеристики исследованных газовых сенсоров и даты опубликованных результатов, взятые из работы [33], сведены в таблицу.

Таблица

Характеристики газовых сенсоров с чувствительным слоем на основе углеродных наноструктур

при воздействии N02 [33]

Материал чувствительного слоя Тип сенсора Предел обнаружения, ррт Время отклика, с Время восстановления, с Год публикации

SWCNTs Резистор 0,044 <600 ~600 2003

(DWCNTs/MWCNTs Резистор 0,1 7200 7200 2008

SWCNTs Полевой транзистор 2 600 при 200 °С 3600 при 200 °С 2001

Эпитаксиальная пленка графена Проводимость <0,01 50-100 при 22 °С — 2010

Pt-MWCNTs Резистор 0,003 <600 при 200 °С >600 при 200 °С 2008

Тем не менее, как отмечено в [33], необходимо еще большое количество экспериментальных и теоретических данных о фундаментальных механизмах детектирования, а также разработка передовых технологических решений для производства наноматериалов данного типа, чтобы преодолеть трудности, препятствующие реализации сенсорных устройств на основе углеродных наноструктур, работающих в режиме реального времени.

Большинство методов, связанных с формированием наноструктур с произвольными размерами, распределением и ориентацией, не являются надежными для практических применений из-за их низкой воспроизводимости. Последние достижения в электронно-лучевой ли-

тографии, нанолитографии и технологиях выращивания наноструктур по шаблону позволяют создавать хорошо упорядоченные наноструктуры, но они требуют дорогостоящего оборудования и сложных производственных операций. Тем не менее существуют относительно новые методы вакуумного осаждения, позволяющие изготавливать хорошо упорядоченные и сложные Ш и 2D наноструктуры. К ним относятся методы магнетронного осаждения металлических и металлооксидных чувствительных слоев газовых сенсоров в скользящей геометрии [8, 34], последовательного осаждения ультратонких пленок двух разнотипных материалов [7, 35, 36] и осаждения чувствительного слоя как с прерыванием [37], так и с

изменением мощности магнетронного разряда [38].

Метод скользящей геометрии, позволяющий изготавливать чувствительные слои на основе упорядоченной области наностолбиков WO3, заключается в размещении подложки, на которой формируется сенсорная структура, к падающему ионному пучку под углом скольжения менее 10° [8]. Это позволяет формировать однородные, с высокой плотностью, вертикально выстроенные 1D наностолбики со средним размером их длины и диаметра ~400 и ~50 нм соответственно. Образование частично изолированной колоннообразной структуры может быть объяснено усилением эффектов экранирования и ограничения диффузии адатомов, осуществляемых, когда поток осаждаемых ионов и атомов падает на подложку при малых углах скольжения. При экстремально малых углах скольжения атомное экранирование резко возрастает, особенно при условии распыления материалов с низкой подвижностью адатомов, к которым относятся материалы с высокой температурой плавления, или осаждения материала на подложку при комнатной температуре. Осаждаемый поток атомов и ионов не в состоянии заполнить всю поверхность подложки, что способствует образовании в осаждаемом слое пор. Это ведет к формированию пористой колоннообразной микроструктуры чувствительного слоя газового сенсора.

Величина подвижности адатомов и условия осаждения определяют размер изолированных столбиков данного материала. Осаждение материала с высокой подвижность адатомов способствует формированию наностолбиков с большим диаметром, чем для материалов с низкой подвижностью адатомов.

Другой способ создания металлических и металлооксидных чувствительных слоев газовых сенсоров с наноразмерными зернами состоит в использовании последовательного, шаг за шагом, осаждения ультратонких пленок двух разнотипных материалов, имеющих островко-вую структуру. В этом случае на определенной стадии роста металлических кластеров одного материала кластеры другого материала (например, металлооксида) могут формироваться, ограничивая коалесценцию металлических кластеров и создание протяженной (сплошной) пленки. Этот способ успешно применен при разработке каталитических слоев кремниевых микрокалориметрических газовых сенсоров, изготавливаемых с применением микросистем-

ных технологий [7, 35]. Структура слоя состоит преимущественно из островков металла (Рф размером 1-2 нм и частиц аморфного оксида (8Ю2) размером ~1 нм, лежащих между палла-диевыми островками, и единичных кристаллов палладия размером 4-10 нм.

При формировании чувствительных слоев газового сенсора с нанометровыми размерами зерен основная идея заключалается в разработке специального режима при осаждении тонких сенсорных слоев путем магнетронного распыления металооксидной или металлической мишени. Две разновидности такого режима могут быть использованы. В первом случае при постоянной мощности магнетронного разряда процесс конденсации распыленных частиц на подложке прерывается несколько раз путем перекрытия пучка падающих частиц специальной заслонкой [37]. В этом случае дополнительная межфазная («экстра») граница может создаваться в объеме растущей тонкой пленки. Причинами формирования равновесной поверхности на данной межфазной границе в течение прерывания могут быть насыщение свободных поверхностных связей атомами из остаточной атмосферы или структурная релаксация этой поверхности. Последующее продолжение процесса конденсации после прерывания вызывает повторение начального этапа роста тонкой пленки, но уже на новой «экстра» границе. Следовательно, размер зерна в этой пленке должен быть меньше, чем в осажденной без прерывания. Во втором случае формирование «экстра» границы в объеме пленки осуществляется путем изменения мощности маг-нетронного разряда в процессе распыления. Второй режим обеспечивает не только получение чувствительного слоя сенсора с минимальными размерами зерен нанометрового диапазона (~11 нм), но и позволяет создавать дополнительное число адсорбционных центров для молекул токсичных газов [38, 39].

Заключение

Проведен анализ современных методов изготовления газовых сенсоров, в элементах конструкции которых используются нанострукту-рированные материалы. Использование в сенсоре таких материалов увеличивает удельную поверхность его чувствительного слоя.

Выделены две группы методов, способствующих решению указанной задачи: первая —

использование в качестве основания подложки или мембраны из нанопористого анодного оксида алюминия, вторая — формирование чувствительных слоев газового сенсора с большой удельной поверхностью на основе 1D-3D наноструктур.

Показано, что использование при изготовлении газового сенсора методов из указанных выше групп позволяет повышать его выходные характеристики, в частности увеличить чувствительность отклика к активному газу, снижать потребляемую мощность и др., что определяется совокупностью улучшенных физико-химических свойств наноматериалов и наноструктур, используемых в его конструкции.

Список использованных источников

1. Lillis, B. A novel, high surface area, capacitance based silicon sensor for DNA hybridisation detection / B. Lillis [et al.] // Proceedings of the 16-th European Conference on Solid State Transducers EUROSENSORS XVI. — Prague. -2002. — Рр. 693-694.

2. Varghese, O.K. Highly ordered nanoporous alumina films: Effect of pore size and uniformity on sensing performance / O.K. Varghese [et al.] // J. Mater. Res. — 2002. — Vol. 17. — Рр. 1162-1171.

3. Khatko, V. Tungsten trioxide sensing layers on highly ordered nanoporous alumina template / V. Khatko [et al.] // Sensor and Actuators, B. -2006. -Vol. 118. — Рр. 255-262.

4. Сайт компании Synkera [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.synkerainc.com. -Дата доступа: 10.07.2014.

5. Gorokh, G. Nanoporous alumina substrates for low-

power chemical senssors / G. Gorokh [et al.] // Proceedings of International Nanomeeting-2013 «Physics, chemistry and application of nanostructures», Minsk, Belarus, 28-31 May, -2013. — Pр. 614-617.

6. Li, G.-J. Relationships between sensitivity, catalytic activity, and surface areas of SnO2 gas sensors / G.-J. Li, X.-H. Zhang, S. Kawi // Sensors & Actuators, B. — 1999. — Vol. 60. — P. 64-70.

7. Khatko, V. Catalytic properties of Pd/SiO2 and Pt/SiO2

multilayer stacks / V. Khatko [et al.] // Sensor and Actuators, B. — 2001. — Vol. 77. — Pp 548-554.

8. Horprathum, M. NO2-sensing properties of WO3 na-

norods prepared by glancing angle DC magnetron sputtering / M. Horprathum [et al.] // Sensor and Actuators, B. — 2013. — Vol. 176. — Pр. 685-691.

9. Gorokh, G. Anodic formation of low-aspect-ratio porous alumina films for metal-oxide sensor application / G. Gorokh [et al.] // Electrochimica Acta. — 2006. — Vol. 52, Is .4. — Pр. 1771-1780.

10. Khatko, V. Evolution of surface morphology, crystallite size, and texture of WO3 layers sputtered onto Si-supported nanoporous alumina templates / V. Khatko [et al.] // J. Electrochem. Soc. — 2008. — Vol. 155, Is. 7. — Pр. K116-K123.

11. Stankova, M. Sensitivity and selectivity improvement of rf sputtered WO3 microhotplate gas sensors / M. Stankova [et al.] // Sensor and Actuators, B. — 2006. — Vol. 113. — Pр. 241-248.

12. Белогуров, Е.А. Конструирование газовых микросистем на основе нанопористого анодного оксида алюминия / Е.А. Белогуров [и др.] // Приборы и методы измерений. — 2011. — № 2(3). — С. 59-65.

13. Баркалин, B.B. Конечно-элементное моделирование термомеханических свойств нанопо-ристых материалов / В.В. Баркалин [и др.] // Нано- и микросистемная техника. — 2012. -№ 1. — С. 18-24.

14. Сайт компании GE Healthcare Life Sciences [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.whatman.com. — Дата доступа: 10.07.2014.

15. Хатько В.В. Газовые сенсора и микросистемы на основе наноструктурированных материалов / В.В. Хатько, Г.Г. Горох, И.А. Таратын // Материалы 6-й Международной научно-технической конференции «Приборостроение-2013», Минск, Беларусь, — 2013. — С. 10-12.

16. Kapa, P. Moisture measurement using porous aluminum oxide coated microcantilevers / P. Ka-pa [et al.] // Sensor and Actuators, B. — 2008. -Vol. 134. — Pр. 390-395.

17. Lee, D. Microcantilevers with nanowells as moisture sensors / D. Lee [et al.] // Sensor and Actuators, B. — 2009. — Vol. 137. — Pр. 561-565.

18. Akiyama, T. Xylene sensor using double-layered thin film and Ni-deposited porous alumina / T. Akiyama, Y. Ishikawa, K. Hara // Sensor and Actuators, B. — 2013. — Vol. 181. — Pр. 348-352.

19. Blackman, C.S. Templated growth of tungsten oxide micro/nanostructures using aerosol assisted chemical vapour deposition / C.S. Blackman [et al.] // Materials Letters. — 2008. — Vol. 62. — Pр. 4582-4584.

20. Kovacs, A. Transport mechanisms in nanostruc-tured porous silicon layers for sensor and filter applications / A. Kovacs, U. Mescheder // Sensor and Actuators, B. — 2012. — Vol. 175. — Pр. 179-185.

21. Lee, J.-H. Gas sensors using hierarchical and hollow oxide nanostructures: / J. -H. Lee // Sensor and Actuators, B. — 2009. — Vol. 140. — Pр. 319-336.

22. Comini, E. Metal oxide nanoscience and nano-technology for chemical sensors / // Sensor and Actuators, B. — 2013. — Vol. 179. — P. 3-20.

23. Tsuchiya, H. Self-organized porous WO3 formed in NaF electrolytes / H. Tsuchiya [et al.] // Electrochemistry Communications. — 2005. -Vol. 7. — Pр. 295-298.

24. Tsuchiya, H. Thick self-organized porous zirconium oxide formed in h3SO4/Nh5F electroly-tes / H. Tsuchiya, P. Schmuki // Electrochemistry Communications. — 2004. — Vol. 6. — Pp. 1131-1134.

25. Macak, J.M. Self-organized porous titanium oxide prepared in Na2SO4/NaF electrolytes / J. M. Macak, K. Sirotna, P. Schmuki // Electro-chim. Acta. — 2005. — Vol. 50. — P. 3679-3684.

26. Tsuchiya, H. Self-organized high aspect ratio porous hafnium oxide prepared by electrochemical anodization / H. Tsuchiya, P. Schmuki // Electrochemistry Communications. — 2005. — Vol.7. -Pp. 49-52.

27. Sieber, I. Formation of self-organized niobium porous oxide on niobium / I. Sieber [et al.] // Electrochemistry Communications. — 2005. -Vol. 7. — Pp. 97-100.

28. Gorokh, G. Nanoporous anodic titania films for gas sensor application / G. Gorokh [et al.] // Материалы Первой Международной научной конференции «Наноструктурные материалы-2008: Беларусь — Россия — Украина» НАНО-2008, Минск, 22-25 апреля 2008 г. Беларусь. -C. 567.

29. Mozalev, A. Nanostructured columnlike tungsten oxide film by anodizing Al/W/Ti layers on Si / A. Mozalev // Chem. Mater. — 2008. — Vol. 20. -Pp. 6482-6493.

30. Calavia, R.A h3 microsensor based on nanoco-lumnar tungsten oxide grown by templateassisted anodization / R. Calavia [et al.] // The 15th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators & Microsystems: «Tranducer-09», 21-25 June, 2009, Denver, Colorado, USA. -T3P. 109. — Pp. 1313-1316.

31. Li, Ch. Sensors and actuators based on carbon nano-tubes and their composites: A review / Ch. Li, E.T.

Thostenson, T.-W. Chou // Composites Science and Technology. — 2008. — Vol. 68. — Pp. 1227-1249.

32. Llobet, E. Gas sensors using carbon nanomateri-als: A review / E. Llobet // Sensor and Actuators, B. — 2013. — Vol. 179. — Pp. 32-45.

33. Iqbal, N. NOx sensing one- and two-dimensional carbon nanostructures and nanohybrids: Progress and perspectives / N. Iqbal [et al.] // Sensor and Actuators, B. осхем / В.В. Хатько. — Минск : БНТУ, 2009. — 234 с.

CHEMICAL SENSORS BASED ON NANOSTRUCTURAL MATERIALS.

PART 1. GAS SENSORS. (Review)

Khatko V.V.

Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus e-mail: e-mail: [email protected]

Abstract. Analysis of modern methods of preparation of gas sensors than utilize nanostructural materials in the basic construction has been made. Nanostructural materials utilization in the sensor increases specific surface area of its sensitive layer. Two groups of the methods that promote to solve this task were selected. The first one is related to the utilization of nanoporous anodic alumina substrate and/or membrane as sensor template. The second one includes the preparation of the sensitive layers based on the 1D-3D nanostructures.

Enhancement of the sensor output characteristics is determined by the collection of advanced physical-chemical properties of nanomaterials and nanostructures utilized in the sensor construction.

Keywords: gas sensor, nanoporous anodic alumina, nanostructural sensitive layer.

References

1. Lillis B., Hurley E., Galvin S., Mathewson A., Berney H. A novel, high surface area, capacitance based silicon sensor for DNA hybridisation detection. Proceed. 16-th Europ. Conf. on Solid State Transducers EUROSEN-SORSXVI. Prague, 2002, pp. 693-694.

2. Varghese O.K., Gong D., Paulose M., Ong K.G., Grimes C.A., Dickey E.C. Highly ordered nanoporous alumina films: Effect of pore size and uniformity on sensing performance. J. Mater. Res., 2002, vol. 17, pp. 1162-1171.

3. Khatko V., Gorokh G., Mozalev A., Solovei D., Llobet E., Vilanova X., Correig X. Tungsten trioxide sensing layers on highly ordered nanoporous alumina template. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2006, vol. 118, pp. 255-262.

4. Sajt kompanii Synkera [Website of Synkera Technologies, Inc.]. Available at: http://www.synkerainc.com (accessed 10.08.2014).

5. Gorokh G., Zakhlebaeva A., Khatko V., Belahurau Ya., Taratyn I. Nanoporous alumina substrates for low-power chemical sensors. Proceed. International Nanomeeting-2013 «Physics, chemistry and application of nanostructures». Minsk, Belarus Publ., pp. 614-617.

6. Li G.-J., Zhang X.-H., Kawi S. Relationships between sensitivity, catalytic activity, and surface areas of SnO2 gas sensors // Sensor and Actuators; B. Chemical, 1999, vol. 60, pp. 64-70.

7. Khatko V., Soltis R., McBride J., Nietering K. Catalytic properties of Pd/SiO2 and Pt/SiO2 multilayer stacks // Sensor and Actuators; B. Chemical, 2001, vol. 77, pp. 548-554.

8. Horprathum M., Limwichean K., Wisitsoraat A., Eiamchai P., Aiempanakit K., Limnonthakul P., Nuntawong N., Pattantsetakul V., Tuantranont A., Chindaudom P. NO2-sensing properties of WO3 nanorods prepared by glancing angle DC magnetron sputtering // Sensor and Actuators; B. Chemical, 2013, vol. 176, pp. 685-691.

9. Gorokh G., Mozalev A., Solovei D., Khatko V., Llobet E., Correig X. Anodic formation of low-aspect-ratio porous alumina films for metal-oxide sensor application. Electrochimica Acta, 2006, vol. 52, №4, pp. 1771-1780.

10. Khatko V., Gorokh G., Mozalev A. , Solovei D., Guirado F., Llobet E., Correig X. Evolution of surface morphology, crystallite size, and texture of WO3 layers sputtered onto Si-supported nanoporous alumina templates. J. Electrochem. Soc., 2008, vol. 155, № 7, pp. K116-K123.

11. Stankova M., Vilanova X., Calderer J., Llobet E., Brezmes J., Gratia I., Cane C., Correig X. Sensitivity and selectivity improvement of rf sputtered WO3 microhotplate gas sensors. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2006, vol. 113, pp. 241-248.

12. Belahurau Ya.A., Shukevich Ya.I., Barkaline V.V., Khatko V.V., Taratyn I.A. [Application of nanoporous anodic alumina by gas microsystem design]. Pribory i metody izmerenij, 2011, № 2(3), pp. 59-65 (in Russian).

13. Barkaline V.V., Belahurau Ya.A., Taratyn I.A., Khatko V.V., Shukevich Ya.I. [Finite element modulation of hermomechanical behavior of nanoporous materials]. Nano- i microsistemnye tekhnologii, 2012, № 1, pp. 18-24 (in Russian).

14. Sajt kompanii GE Healthcare Life Sciences [Website of GE Healthcare Life Sciences.]. Available at: http://www.whatman.com (accessed 10.08.2014).

15. Khatko V.V., Gorokh G. G., Taratyn I.A. [Gas sensors and microsystems based on nanostructural materials]. Materialy 6-j mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii «Priborostroyeniye-2013» [Proceed. 6-th International Conf. «Instrument engineering-2013»], Minsk, Belarus, 2013, pp. 10-12 (in Russian).

16. Kapa P., Liu P., Deepu D., Fang J., Varahramyan K., Davis W., Ji H.-F. Moisture measurement using porous aluminum oxide coated microcantilevers, Sensor and Actuators; B. Chemical, 2008, vol. 134, pp. 390-395.

17. Lee D., Shin N. , Lee K.-H., Jeon S. Microcantilevers with nanowells as moisture sensors. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2009, vol.137, pp. 561-565.

18. Akiyama T., Ishikawa Y., Hara K. Xylene sensor using double-layered thin film and Ni-deposited porous alumina // Sensor and Actuators; B. Chemical, 2013, vol. 181. pp. 348-352.

19. Blackman C.S., Correig X., Katko V., Mozalev A., Parkin I.P., Alcubilla R., Trifonov T. Templated growth of tungsten oxide micro/nanostructures using aerosol assisted chemical vapour deposition. Materials Letters, 2008, vol. 62, pp. 4582-4584.

20. Kovacs A., Mescheder U. Transport mechanisms in nanostructured porous silicon layers for sensor and filter applications. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2012, vol. 175, pp. 179-185.

21. Lee J.-H. Gas sensors using hierarchical and hollow oxide nanostructures: Overview. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2009, vol. 140, pp. 319-336.

22. Comini E., Baratto C., Concina I., Faglia G., Falasconi M., Ferroni M., Galstyan V., Gobbi E., Ponzoni A., Vomiero A., Zappa D., Sberveglieri V., Sberveglieri G. Metal oxide nanoscience and nanotechnology for chemical sensors. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2013, vol. 179, pp. 3-20.

23. Tsuchiya H., Macak J. M., Sieber I., Taveira L., Ghicov A., Sirotna K., Schmuki P. Self-organized porous WO3 formed in NaF electrolytes. Electrochemistry Communications, 2005, vol. 7, pp. 295-298.

24. Tsuchiya H., Schmuki P. Thick self-organized porous zirconium oxide formed in h3SO4/Nh5F electrolytes. Electrochemistry Communications, 2004, vol. 6, pp. 1131-1134.

25. Macak J. M., Sirotna K., Schmuki P. Self-organized porous titanium oxide prepared in Na2SO4/NaF electrolytes. Electrochim. Acta, 2005, vol. 50, pp. 3679-3684.

26. Tsuchiya H., Schmuki P. Self-organized high aspect ratio porous hafnium oxide prepared by electrochemical anodization. Electrochemistry Communications, 2005, vol.7, pp. 49-52.

27. Sieber I., Hildebrand H., Friedrich A., Schmuki P. Formation of self-organized niobium porous oxide on niobium. Electrochemistry Communications, 2005, vol. 7, pp. 97-100.

28. Gorokh G., Khatko V., Mozalev A., Solovei D., Llobet E., Correig X. Nanoporous anodic titania films for gas sensor application. Materialy pervoj mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii «Nanostrukturnye materialy-2008: Belarus’ — Rossiya — Ukraina» HAH0-2008 [Proceed. 1-st International Conf. «Nanostructural materials-2008: Belarus-Russia-Ukraine», NAN0-2008], Minsk, Belarus, p. 567.

29. Mozalev A., Khatko V., Bittencourt C., Hassel A. W., Gorokh G., Llobet E., Correig X. Nanostructured columnlike tungsten oxide film by anodizing Al/W/Ti layers on Si. Chem. Mater., 2008, vol. 20, pp. 6482-6493.

30. Calavia R., Mozalev A., Khatko V., Gorokh G., Vilanova X, Correig X., Gracia I., Cané C., Llobet E. A h3 microsensor based on nanocolumnar tungsten oxide grown by template-assisted anodization. 15-th International Conf. on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems: «Tranducer-09», 2009, Denver, Colorado, USA, T3P. 109, pp. 1313-1316.

31. Li Ch., Thostenson E. T., Chou T.-W. Sensors and actuators based on carbon nanotubes and their composites: A review. Composites Science and Technology, 2008, vol.68, pp. 1227-1249.

32. Llobet E. Gas sensors using carbon nanomaterials: A review. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2013, vol. 179, pp. 32-45.

33. Iqbal N., Afzal A., Cioffi N., Sabbatini L., Torsi L. NOx sensing one- and two-dimensional carbon nanostructures and nanohybrids: Progress and perspectives. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2013, vol. 181, pp. 9-21.

34. Robbie K., Brett M.J. Sculptured thin films and glancing angle deposition: growth mechanics and applications. J. Vac. Scie. Technol., 1997, vol. A15, № 3, pp. 1460-1465.

35. Khatko V.V., Logothetis E.M., Soltis R.E., Hangas J.W., McBride J.R. Development of highly active catalyst for Si- microcalorymetric gas sensor. Advanced Microsystems for Automotive Application 2000. Eds.: S. Kruger; W. Gessner, Berlin: Springer, 2000, pp. 27-37.

36. Khatko V.V. [Pd/Al2O3 and Pt/Al2O3 multilayer stacks in thermocatalytic gas sensors on silicon]. Izvestsiya Natsyonal’noj Akademii NaukBelarusi. Seriya fiz.-tech. nauk, 2013, № 4, pp. 108-112 (in Russian).

37. Vallejos S., Khatko V., Calderer J., Gracia I., Cané C., Llobet E., Correig X. Micro-machined WO3-based sensors selective to oxidizing gases. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2008, vol. 132, pp. 209-215.

38. Khatko V., Vallejos S., Calderer J., Gracia I., Cané C., Llobet E., Correig X. Micro-machined WO3-based sensors with improved characteristics. Sensor and Actuators; B. Chemical, 2009, vol. 140, pp. 356-362.

39. Khatko V. Struktury metall — dioksid kremniya — poluprovodnik glya mikroskhem [Structure of metal-silicon dioxide-semiconductor for IC]. Minsk, BNTU, 2009, 234 p. (in Russian).

Поступила в редакцию 10.07.2014.

Сенсоры газовые — Справочник химика 21


    Расширяющейся областью применения потенциометрических сенсоров стал газовый анализ. Газовые сенсоры, сочетающие селективные газопроницаемые мембраны с ионоселективными электродами, играют важную роль в мониторинге токсичных газов типа SO2, h3S, Nh4. Более подробно эти сенсоры рассмотрены в разделе [c.556]

    Технические характеристики полупроводниковых газовых сенсоров [c.758]

    По характеру сорбции компонентов газовой смеси на поверхности полупроводника сенсоры данного типа можно разделить на две группы  [c.559]

    Предложено использование столбчатых кристаллических фуллереновых структур в качестве газовых сенсоров. Измерения показали, что в атмосфере паров изопропилового спирта более чем на порядок по сравнению с воздухом увеличивается поглощение образцом СВЧ-поля. Регистрируется отчетливый максимум чувствительности при температуре около 350 К [2]  [c.168]

    Среди них наиболее широко применяются кондуктометрические полупроводниковые сенсоры на основе оксидов переходных металлов. Принцип действия полупроводниковых сенсоров оксидного типа основан на изменении состояния поверхностной структуры полупроводника вследствие адсорбции газа на его поверхности. Электроны адсорбированных молекул газа взаимодействуют с электронами и дырками в кристаллической решетке, что приводит к изменению поверхностного заряда. При этом общее число поверхностных состояний, которые вносят вклад в формирование поверхностного заряда, зависит от состава и парциального давления компонентов газовой среды, окружающей полупроводник. Изменение поверхностного заряда вызывает изменение сопротивления полупроводника, которое легко измерить. [c.559]

    Проведены предварительные конструкторские разработки, на основе которых создан действующий макет сенсора. Показано, что данные сенсоры могут быть использованы в системе контроля газовых сред и экологического мониторинга атмосферы. [c.104]

    Газовые сенсоры на основе твердых электролитов схематически можно представить в виде концентрационного элемента [c.556]

    Сенсоры данного типа применяются при детектировании СО, СН4, НгЗ, N0 в автомобильных выхлопах, для контроля утечки коксового и природного газов, паров органических соединений, для мониторинга содержания СО. Пределы обнаружения перечисленных веществ часто оказываются ниже 0,1 млн». На основе таких сенсоров разработаны противопожарные системы. Основным недостатком полупроводниковых оксидных сенсоров является нестабильность во времени, что требует их периодической поверки или замены. Кроме того, они недостаточно селективны, так как любой способный быть донором электронов газ может вызвать их отклик. Этот недостаток устраняют, изменяя рабочую температуру сенсора или применяя газовые фильтры, предохраняющие поверхность полупроводника от воздействия посторонних газов. [c.560]

    Важным требованием в области охраны окружающей среды является контроль за выбросом отходящих газов, например SO2, или за загрязнениями воздуха. В наличии уже имеются газовые сенсоры, основанные на принципах оптики или микроэлектроники. Непрерывный контроль загрязнений в почвах или твердых отходах более затруднителен для этой цели требуются сенсоры, которые обеспечивали бы химическую информацию с помощью дистанционных измерений. [c.494]

    Твердотельные газовые сенсоры Полевые транзисторы Изменение тока Амперометрические сенсоры (кисло- [c.496]

    Теплочувствительные. Сенсоры, относящиеся к этой группе, часто называют калориметрическими. Их действие основано на регистрации с помощью преобразователя — например, термистора или платинового термометра — теплового эффекта химической реакции с участием аналита. На этом же принципе может быть основано действие противопожарных газовых сенсоров. [c.710]

    Твердотельные газовые сенсоры [c.497]


    Чтобы получить обратимый сенсор, следует учитывать химическое равновесие между иммобилизованным реагентом и определяемым веществом в растворе (или в газовой фазе). Рассмотрим простейший случай реакции определяемого вещества А с иммобилизованным реагентом К  [c.509]

    Масс-чувствительные сенсоры используются также для мониторинга газовых загрязнений и для определения пыли в воздухе. [c.515]

    Большинство классов аппаратуры, используемой в лабораторных условиях, могут применяться и для промышленных измерений, однако они не удовлетворяют тем жестким требованиям, которые предъявляются к промышленным анализаторам. В качестве примеров можно привести абсорбционные спектрометры (для видимого, УФ- и ИК-диапазонов), рентгенофлуоресцентные спектрометры, а также газовые и жидкостные хроматографы. Зондовые сенсоры представлены рН-зондами, окислительно-восстановительными зондами (ОВЗ) и оптоволоконными датчиками. Последние разрабатываются для абсорбционных или люминесцентных измерений. [c.654]

    Среди первых аналитических устройств, использованных для целей промышленного анализа в 1940-1950 годах, были рН-сенсоры. Вслед за ними конце шестидесятых и начале семидесятых годов стали использоваться методы газовой хроматографии и химические методы анализа, такие, как титрование [16.4-2]. В дальнейшем развитие промышленного анализа шло как по пути [c.654]

    Висмутовые твердоэлектролитные материалы, как отмечалось, обладают определенными преимуществами. Ниже изложены сведения о работах, выполненных в этой области в основном за последние десять лет. Отдельное внимание уделено разработке газовых сенсоров с использованием висмутсодержащих соединений. Данные приведены в порядке усложнения использованных соединений. [c.274]

    Электрохимические. Это потенциометрические (ион-селективные электроды — ИСЭ, ионселективные полевые транзисторы — ИСПТ) и вольт- и амперометрические сенсоры, в том числе твердые электролитические газовые сенсоры. Полупроводниковые газовые сенсоры также могут быть включены в эту категорию, хотя механизм их действия не включает химическую реакцию. [c.710]

    Успехи физики твердого тела и электрохимии позволили создать группу газовых сенсоров под общим названием химически чувствительные полупроводниковые устройства (ХЧПУ). Эту группу сенсоров можно классифицировать по принципу их действия  [c.559]

    Химические сенсоры способны селективно откликаться на изменение концентрации какого-либо компонента (ион, молекула) в жидкой или газовой фазах. Приведенная ниже (рис. 6.2) классификация потенциометрических химических сенсоров [3] показывает многообразие их типов. В классификации химических сенсоров датчики с твердотельными кристаллическими мембранами занимают центральное место не только по числу определяемых компонентов (более 20 различных ионов) и по селективности (сенсоры на ионы серебра и фтора), но и по той роли, которую они играют в качестве базовых объектов для изменил таких сенсорных механизмов, как селективность, предел обнаружения, быстродействие, влияние pH, Red/Ox и др. [c.711]

    Полупроводниковые газовые сенсоры (рис. 9.44) предназначены для контроля концентрации газов-восстановителей (Н2, СО, СН4, сумма углеводородов, аммиак, пары спиртов и т. д.) в производственных помещениях, технологических процессах. Принцип действия сенсоров основан на зависимости проводимости слоя сорбента от содержания анализируемого газа при повышенной температуре. Сенсоры изготавливаются по толстопленочной технологии интегральных схем. Общие технические характеристики представлены в табл. 9.35. [c.758]

    Сенсорами называют химически чувствительные приборы, выходной сигнал которых (например, ток или напряжение) зависит от концентрации определенного вещества в газовой среде или в растворе. [c.23]

    ТАБЛИЦА 17.1. Потенциометрические сенсоры газового состава на основе твердых элекгролитов [c.557]

    В гигрометрах, основанных на емкостном сопротивлении, используется известная зависимость диэлектрической постоянной газов от содержания в них влаги при постоянной температуре. В качестве чувствительного элемента применяют датчики из окиси алюминия или хлорида лития, помещаемые между двумя электродами, на которые подается ток высокой частоты. Шкала тарируется на точку росы илп на прямое влагосодержание, а также на пробы, которые позволяют проверять как жидкую, так и газовую фазы СНГ. Недостаток метода — старение сенсоров, т. е. искажение во времени тарпровочной кривой. [c.94]

    В качестве стандартных в таких сенсорах применяются газовые смеси известного состава (О2, Н2/Н2О, СО/СО2 и др.), а также системы металл/металлическое соединение (Си/СигО, К1Ж10, Рс1/Р( 0, Ag/Ag l) и электроды, основанные на использовании ионов, растворенных в твердом электролите. Наиболее известным примером может служить электрод Ag/Ag , в котором концентрация ионов серебра создается путем растворения сульфата серебра в сульфате калия. [c.557]

    Благодаря наличию ионов твердые тела с ростом температуры проявляют проводимость. Этот эффект можно использовать для создания газового сенсора. Особенно важны твердотельные электроды с проводимостью за счет оксидных ионов. Эти электроды являются редокс-электродами. Обычно материалом служит 2гОг, легированный СаО или YbaOa, в кристаллической решетке которого имеются катионные вакансии, что и объясняет ионную проводимость. Твердотельные электролитные сенсоры из 2гОг подходят для определения кислорода в выхлопных газах или для контроля металлургических процессов, где нужно определять кислород в расплавленном железе при температуре свыше 1000°С. Ионы 0 , образующиеся в результате окислительно-восстановительной реакции [c.497]

    Для определения хлора в газовых смесях разработаны кулонометрические сенсоры, в которых рабочий электрод из платины выступает над поверхностью раствора электролита (20%-ная НС1). Хлор из газовой фазы растворяется в тонкой пленке электролита, покрывающей рабочий электрод, и восстанавливается до хлорид-ионов со 100%-ной эффeктив ю тью тока. [c.562]

    Для контроля содержания озона используют его способность взаимодействовать с бромидами или иодидами. Газовую смесь барботируют с постоянной скоростью через 2%-ный раствор NaBr или 0,01 %-ный раствор Nal в фосфатном буфере. Продукт химической реакции (иод или бром) восстанавливают на платиновом электроде при 0,2-0,5 В. Этот же принцип используется в кулонометрическом сенсоре для определения микроконцентраций СО после реакции с I2O5 (электрохимическое восстановление выделившегося Ь). [c.562]

    Следует заметить, что в настоящее время выпускаются газовые сенсоры различных типов. Наиболее точными и надежными являются кулонометрические сенсоры. В некоторых из них используется частичное электропревращение определяемого вещества (от 20 до 60% от исходного содержания). Такие сенсоры работают в режиме, промежуточном между условиями вольтамперометрии и кулонометрии, и аналитический сигнал является сложной функцией ряда параметров. [c.562]

    Рассмотрим режим работы потенциометрического газового сенсора на СОг. Газ проникает через мембрану и растворяется во внутреннем электролите, который состоит из раствора NaH Oз/Na l. Протолиз СОг протекает следующим образом  [c.498]

    Еще одно свойство, которое можно использовать для газовых сенсоров,— это электропроводность. Соответствующие сенсоры состоят из оксидов металлов, таких, как ЗпОг, 2пО, Т102 и РеаОз с проводимостью п-типа. Схема сенсора с тонким слоем бпОз приведена на рис. 7.7-6. Кислород адсорбируется на нагреваемой поверхности этого сенсора и реагирует с определяемыми газами-восстановителями. В результате проводимость устройства изменяется и может быть измерена как неспецифический сигнал. [c.504]

    Измерение энтальпии реакции используют в газовых сенсорах, основанных на каталитической реакции (пеллисторах). Такие каталитические сенсоры состоят из нагреваемой проволоки, внедренной в шлаковый шарик, и каталитически активного слоя, легированного металлическими платиной или палладием (рис. 7.7-12). Проволочную спираль нагревают примерно до 550°С. Восстановительные газы, такие, как СО или СН4, окисляются адсорбированным кислородом, а тепло реакции можно измерить по увеличению сопротивления спирали. Скорость окисления на поверхности сенсора пропорциональна концентрации определяемого газа. Точность такого неспецифичного измерения сопротивления может быть улучшена путем сравнительных измерений с использованием неактивного шлакового шарика. [c.513]

    Миниатюризация таких методов, как жидкостная хроматография, проточно-инжекционный анализ, газовая хроматография и масс-спектрометрия, обеспечит уменьшение расхода реагентов, технологических издержек и стоимости анализатора. Будущие промышленные анализаторы будут также обладать функцией самоконтроля. По-видимому, будут наблюдаться тенденция широкого использования т-Ипе-сенсоров, развитие оптоволоконной технологии для сочетания методов оптической спектроскопиии с сенсорами зондового типа и развитие неразрушающих методов для устранения проблем пробоотбора. Современные тенденции — развитие аппаратуры удаленного детектирования и микроанализаторной/сенсорной технологии. [c.670]

    Низкотемпературные твердые электролиты в основном характеризуются ионной проводимостью по одновалентным катионам металлов. Области их практического применения — сверхъемкие конденсаторы, счетчики времени, элементы памяти вычислительных машин, электрохромные устройства и т. д. Однако прежде всего высокотемпературные твердые электролиты лежат в основе многих практических применений суперионной проводимости. Важные среди них — датчики для определения содержания различных газов в окружающей среде — газовые сенсоры. Газоанализаторы с высокой точностью измеряют содержание кислорода, фтора, водорода, углекислого газа, метана и др. газов, причем выходной сигнал получается в виде электрического импульса напряжения или тока. [c.274]

    Масс-чувствительные. Этот тип сенсоров основан на использовании пьезоэлеетрического эффекта. Сюда включают такие устройства, как поверхностные акустоволно-вые сенсоры (ПАВ-сенсоры), основанные на использовании пьезоэлектрического эффекта и особенно полезные в качестве газовых сенсоров. [c.710]

    Другим достоинством хроматографа ЭХО (ими уже оснащены российские и некоторые зарубежные спецслужбы) является быстродействие и возможность эффективной работы в полевых условиях (обнаружение ВВ, пестицидов и ПХБ, приоритетных загрязнений почвы и воды и др.). Последнее обстоятельство стало возможным благодаря использованию компьютерных технологий, когда газовый хроматограф становится частью интрументально-го сенсора [175, 176]. [c.489]

    Вторая проблема — анализ газообразных продуктов. Анализ газов чаще всего осуществляют хроматографическим методом, а также при помощи спектроскопических методов преимущественно в инфракрасной области спектра. Получили развитие также фотометрические, масс-спектрометрические, атомно-эмиссионные, электрохимические и другие методы анализа. Широкие перспективы в анализе неорганических газов имеют химические сенсоры, работающие на различных принципах. В частности, получают распространение электрохимические сенсоры, сенсоры с использованием различных типов газопроницаемых мембран, а также оптродные сенсоры. Не вызывает сомнений то, что дальнейшее развитие методов газового анализа в значительной степени будет основано на использовании сенсоров. [c.10]

    Наконец, большое будущее за так называемыми интеллектуальными наноматериалами, которые должны программированно менять свои свойства за счет изменения условий среды, давления, температуры, воздействия молекул газовой или жидкой фазы и т. д. Такие наноматериалы можно назвать и сенсорами. [c.589]


Сенсоры для газоанализаторов. Широкий выбор сенсоров Drager для газоанализаторов.

Технология обнаружения газов требует высокого уровня точности. От надежности системы газоанализа зависит не только сохранность систем и машин, но и человеческие жизни. Наши органы чувств зачастую не в состоянии обнаружить таящуюся в воздухе опасность, или распознать ее достаточно своевременно. Токсичные или горючие газы и пары могут постепенно накапливаться, достигая опасной концентрации, или в воздухе может образоваться недостаток кислорода. Любой из этих сценариев может иметь опасные для жизни последствия.

Надежность, с которой могут обнаруживаться содержащиеся в воздухе вещества, в большой степени зависит от используемых для этого сенсоров. Крайне важно, чтобы газоанализатор и сенсор идеально подходили друг к другу. Опасности должны идентифицироваться своевременно и надежно, а ложные тревоги приводят к простоям производства и их следует избегать. Вы вверяете безопасность и сохранность ваших сотрудников, оборудования и имущества идеально работающему сенсору.

Сенсор является самым важным компонентом в газоанализаторе. Головка преобразует измеренные переменные, например, концентрацию газа, в электрический сигнал. В зависимости от типа сенсора, это осуществляется с использованием химического или физического процесса. Необходимо короткое время отклика, низкий уровень ложных тревог и высокая надежность. Чем больше сенсор, газоанализатор и центральный блок подходят для согласованной совместной работы, тем более надежными будут результаты измерения.

В промышленных приложениях по обнаружению газов, в основном, используются три технологии сенсоров:

электрохимический, каталитический и инфракрасный методы измерения, обладающие прекрасными метрологическими характеристиками. 

На странице: 25255075100

Сортировка: По умолчаниюНаименование (А -> Я)Наименование (Я -> А)Цена (по возрастанию)Цена (по убыванию)Рейтинг (по убыванию)Рейтинг (по возрастанию)Модель (А -> Я)Модель (Я -> А)

Газовые сенсоры сероводорода на основе полупроводниковых пленок SiO2/WO3-CuO

АННОТАЦИЯ

В работе рассматриваются результаты разработки селективного ППС для контроля содержания H2S  и изучения его некоторых характеристик. В  результаты проведенных экспериментов установлено, что существует относительно узкий температурный интервал (350С), в котором чувствительность полупроводникового слоя SiО2/WO3+10%CuO к H2S максимальна. При детектировании H2S наиболее высокой чувствительностью обладает сенсор на основе SiО2/WO3+10%CuO. Нанесенный на поверхность пленки WО3 слой оксида меди в количестве 1,0; 5,0 и 10% повышает чувствительность сенсора к H2S, соответственно, в 2,5; 8,5 и 10,5 раза.

ABSTRACT

The paper deals the results of the development of selective SCS for monitoring the H2S content and studying some of its characteristics. It was established in experiments that there is a relatively narrow temperature range (350° C) in which the sensitivity of the semiconductor layer of SiO2 / WO3 + 10% CuO to H2S is maximum. When detecting H2S, the sensor based on SiO2 / WO3 + 10% CuO has the highest sensitivity. A layer of copper oxide deposited on the surface of the WO3 film in an amount of 1.0; 5.0 and 10% increases the sensitivity of the sensor to H2S, respectively, by 2.5; 8.5 and 10.5 times.

 

Ключевые слова: Сероводород, сенсор, полупроводник, оксид вольфрама, оксид меди, сигналь, чувствительность, отклик сенсора

Keywords: hydrogen sulfide, sensor, semiconductor, tungsten oxide, copper oxide, signal, sensitivity, sensor response

 

Введение. H2S легко воспламеняется, а в сочетании с кислородом образует взрывоопасные смеси. Очень ядовит: острое отравление человека наступает уже при концентрациях 0,2–0,3 мг/л, концентрация выше 1 мг/л смертельна. Диапазон взрывоопасных концентраций его смеси с воздухом составляет от 4 до 45 % об. При контакте с металлами вызывает сильную коррозию [1,2]. Одним из перспективных направлений создания портативных газоанализаторов сероводорода являются использование полупроводниковых сенсорных элементов [3]. Область применения полупроводниковых газоанализаторов сероводорода ох­ватывает множество технологических и экологических задач, где необходим постоянный контроль компонентов газовых сред. В качестве чувствительного полупроводникового слоя для детектирования микроконцентраций токсичных газов используют преимущественно оксиды металлов [4]. Поэтому разработка на основе оксидов металлов чувствительных и селективных полупроводниковых сенсоров  H2S является актуальной.

В работе рассматриваются результаты разработки селективного (избирательного) полупроводникового сенсора (ППС) для контроля содержания Н2S и изучения его некоторых метрологических характеристик. Полученные нами результаты позволили разработать селективный полупроводниковый сенсор сероводорода «ППС-H2S», предназначенный для контроля количества H2S в смеси газов и окружающей среде [5]. Газовые сенсоры на основе полупроводниковых элементов привлекают значительное внимание специалистов в силу их исключительно высокой чувствительности к составу газовой фазы и простотой конструкции[6]. В связи с этим в работе изучено возможности использования WО3 и СuО в качестве чувствительного материала ППС-H2S.

Методика эксперимента и полученные результаты. Конструкции сенсоров газов во многом определяются типом подложки. В работе в качестве подложки, на которую наносится газочувстивительный материал (ГЧМ), использована спираль (диаметром 0,05 мм) из остеклованного микропровода диаметром 20 мкм. Чувствительные элементы газовых сенсоров изготовлены в виде полых цилиндров с использованием золь-гель метода, включающего нанесение золей на 10-витковую спираль из платиновой проволоки с последующей их термической дегидратацией и обработкой при 650◦С. Спираль изготовлена из литого платинового микропровода в кварцевой изоляции с диаметром жилы 10 мкм и толщиной кварцевой изоляции 2 мкм.  Образующееся на спирали покрытие изолирует и скрепляет витки спирали, является механически прочным, устойчивым к расслоению и рассыпанию, а также обладает развитой поверхностью для протекания адсорбционно-каталитических процессов[7, 8]. платиновой микропровод, расположенный внутри стеклянной трубки, выполняет функцию нагревателя.

Чувствительность сенсора (S) определялась по формуле:

S= Rвозд/Rгаз = σgasвозд                                                                        (1)

где σгаз, Rгаз — электрическая проводимость и сопротивление пленки при  воздействии газа заданной концентрации; σвозд, Rвозд — электрическая проводимость и сопротивление пленки в воздухе при отсутствии газа (соответствует величине проводимости пленки при нулевой концентрации газа). Испытывались образцы ППС, работающих в составе переносных и стационарных автоматических газоанализаторов, используемых для контроля количества H2S в атмосферном воздухе и технологических газах. Программа испытания сенсора включала специальные эксперименты, связанные с подбором оптимального значения температуры ППС и установлению его чувствительность к воздействия H2S.

Зависимость сигнала полупроводникового сенсора сероводорода (ППС-H2S) от температуры. Чувствительность сенсора к H2S существенно зависит от температуры. Это связано с тем, что все протекающие этапы реакции взаимодействия сенсибилизирующего газа (кислород в заряженной форме) протекают с определенными тепловыми эффектами. Конечной стадией процесса является десорбция продукта, приводящая к регенерации  свободных центров адсорбции кислорода. Эта модель объясняет влияние газа на электропроводность полупроводниковых оксидов лишь при наличии кислорода в окружающей среде. Исследование чувствительности сенсора H2S от температуры проводили в диапазоне 200 — 500С с интервалом 50С. Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Зависимость сигнала сенсора H2S а от температуры опыта. (СH2S=500 мг/м3)

Температура, С

Состав ГЧМ

SiO2 /WO3

SiO2 /WO3-1%CuO

SiO2 /WO3-5%CuO

SiO2 /WO3-10%CuO

Rвозфоновой сигнал при 50C

4120

3960

2534

2200

50

3905

3648

2350

1832

100

3838

3518

2350

1677

150

3796

3456

2169

1503

200

3727

3397

1996

1321

250

3628

3223

1819

1172

300

3534

3456

1685

1014

350

3475

3397

1533

859

400

3417

3223

1484

816

450

3417

3031

1611

859

500

3504

3152

1843

1012

 

Как видно из данных, приведенных в табл.1, сопротивление сенсора (Rгаз) зависит от температуры газочувствительного слоя. При одной и той же концентрации H2S с ростом температуры до определенного значения сопротивление газочувствительного слоя уменьшается, дальнейшее повышение температуры приводит к росту сопротивления ГЧМ. Вероятно, это связано с тем, что при малой  рабочей температуре t0 продукты реакции не будут десорбироваться, т. е. невозможна регенерация центров адсорбции кислорода. Если t0 весьма велика, становится невозможной адсорбция, как кислорода, так и восстановительного газа. Рабочая температура сенсора принимается оптимальной, если обеспечивает приемлемую величину сигнала и быстродействие сенсора. По результата проведенных экспериментов  (таблица 1), было определено изменение чувствительности (Δσгазвозд)  газочувствительного слоя (сигнал сенсора) при разных температурах. Зависимость сигнала сенсора H2S от температуры приведена на рис.1.

 

Рисунок 1. Зависимость сигнала сенсора H2S от температуры опыта: 1- SiO2/WO3; 2- SiO2/WO3-1%CuO; 3- SiO2/WO3-5%CuO; 4- SiO2/WO3-10%CuO

 

Температуру нагревателя регулировали соответствующим изменением напряжения его питания. Оптимальную температуру нагрева ГЧМ определяли по максимальным значениям сигнала к h3S. Как следует из результатов, экспериментов, зависимость поверхностной проводимости или чувствительности сенсоров от температуры имеют немонотонный (нелинейной) характер. В результате экспериментальных исследований зависимости проводимости поликристаллического WO3 от температуры в присутствии сероводорода было установлено, что оптимальная рабочая температура сенсора 350С.

Таким образом, существует относительно узкий температурный интервал, в котором чувствительность ППС к H2S максимальна. При детектировании H2S для чувствительного слоя SiО2/WO3+CuO температура, при которой достигается максимальная чувствительность, 350°С. При высоких температурах в сенсоре наблюдаются большие градиенты температур, что приводит к деградационным процессам и выходу сенсора из строя. В связи с этим, температура нагрева ГЧМ должна быть, по возможности, низкой. Сопоставление зависимости сигнала от температуры термостата сенсора и зависимости сигнала от напряжения питания нагревателя, сенсора представлено на рис. 2.

 

Рисунок 2. Зависимость сигнала ППС-H2S от температуры (0C) и напряжения питания (V) сенсора.

Точка-температура, линия-напряжение питания нагревателя сенсора 1 — SiO2/WO3-5%CuO; 2- SiO2/WO3-10%CuO.

 

Результаты, приведенные на рис. 2 позволяют выбрать питание нагревателя, обеспечивающее определенную температуру на поверхности ГЧМ. Как следует из приведенных данных, наиболее высокие сигналы ППС-H2S наблюдаются, соответственно, при значениях питания, равных 3,1 В. Поэтому все последующие опыты по определению концентрации H2S проводились при этих оптимальных значениях питания сенсора.

Чувствительность полупроводникового сенсора к воздействию H2S. Чувствительность полупроводникового сенсора H2S (S), иногда называемым в зарубежных публикациях откликом сенсора (sensor response), определяется по формуле (1). Чувствительность пленки оксида кремния к H2S повышается при введении в ее структуру WO3 и CuO. Более чувствительные сенсоры H2S получаются при использовании смешанных оксидов кремния, вольфрама и меди. Как правило WO3, является основным по массе, а CuO добавленный в небольших количествах в состав ГЧМ, позволяет улучшить селективность и чувствительность пленочного материала и рабочие характеристики сенсора H2S в целом. Исследовано влияние CuO на чувствительность пленок, полученных золь-гель методом, из растворов на основе тетраэтоксисилана. Ионы меди в добавляли в виде хлорида меди на этапе созревания золь-гель растворов. После нанесения пленок на подложку проводилась термообработка в атмосфере воздуха при 550-600°С. Для сравнения была получена нелегированная силикатная пленка состава (SiО2/WO3), которая также была отожжена в атмосфере азота. При этом было установлено, что пленки на основе SiО2/WO3+CuO проявляют большую чувствительность к H2S, чем пленки SiО2/WO3. Рабочая температура сенсоров газа на основе пленок состава SiО2/WO3+CuO за счет легирования оксидами меди снижена до 320-340°С. Чувствительность сенсоров, построенных на принципе изменения проводимости ГЧМ, к H2S определялась, по отклику ППС при воздействии газа известной концентрации (250 мг/м3) при постоянной температуре (350С). На рис. 3 показан отклик сенсора на основе пленок WO3 на H2S.

 

Рисунок 3. Отклик сенсора на основе WO3 на сероводород при температуре 350С (содержание Н2Sв смеси 250 мг/м3) 1-SiО2/WO3; 2 —SiО2/WO3+ 1%CuO; 3- SiО2/WO3+5%CuO; 4- SiО2/WO3+10%CuO

 

Как следует из на рис. 3, наиболее высокой чувствительностью к сероводороду обладает сенсор на основе SiО2/WO3+10%CuO. Было установлено, что в присутствии данного ГЧМ в широком интервале концентрации сероводорода чувствительность сенсора имеет наибольшее значение. Нанесенный на поверхность пленки WО3 слой оксида меди в количестве 1,0; 5,0 и 10% повышает чувствительность сенсора к H2S, соответственно, в 2,5; 8,5 и 10,5 раза.

Заключение. Таким образом, в результаты проведенных опытов установлено, что существует относительно узкий температурный интервал (350С), в котором чувствительность полупроводникового слоя SiО2/WO3+10%CuO к определяемому газу H2S максимальна. При детектировании H2S наиболее высокой чувствительностью обладает сенсор на основе SiО2/WO3+10%CuO. Нанесенный на поверхность пленки WО3 слой оксида меди в количестве 1,0; 5,0 и 10% повышает чувствительность сенсора к сероводороду, соответственно, в 2,5; 8,5 и 10,5 раза.

 

Список литературы:
1. Вредные вещества в промышленности. Справочник. Под общ. редакцией Н.В.Лазарева Том 3., Изд. «Химия», Ленинградское отделение. 1977. с. 49-75
2. Перекрестов А.П. Влияние сероводорода на интенсивность коррозионно-механического изнашивания // Вестник машиностроения. 2006. -№ 9. -С.44.
3. Глебова Е.В., Голубев Ю.Д., Проснуров А.П., Янкович А.Х., Каширская Л.М. Оценка загрязнения воздуха при открытом складировании серы // Безопас. труда в промышленности. 1990. -№ 3. -С. 36-37
4. Абдурахманов И.Э., Кабулов Б.Дж. Катализатор процесса окисления аммиака и метана // Химическая промышленность.- Санкт Петербург. -2016, № 5. С. 266-270. (02.00.00, №21).
5. Абдурахманов И.Э., Кабулов Б.Д. Исследование некоторых метрологических параметров полупроводникового сенсора сероводорода // Universum: химия и биология. -2016. № 9 (27). -С.14-16.
6. Абдурахманов И.Э., Кабулов Б.Дж. золь-гель метод формирования металлоксидных газочувствительных пленок на основе ZnO, TiO2 и WO3 // Научный вестник СамГУ. 2016. №1(95). -С.142-146. (02.00.00, №9).
7. Аверин И.А. Особенности низко температурной самоорганизации золей на основе двухкомпонентных систем на основе SiO2–SnO2 /И.А. Аверин, Р.М. Печерская, И.А. Пронин //Нано и микро системная техника.–2011.–№11.– С. 27–30
8. Управляемый синтез тонких стекловидных пленок /И.А. Аверин, С.С. Карпова, В.А. Мошников и др. //Нано- и микро системная техника.–2011.–№1.– С. 23–25

 

2019 г. этап 2 — Saint Petersburg State University

Научная проблема
Фундаментальная проблема: разработка научной концепции создания новых тонкопленочных нанокомпозиционных материалов на основе широкозонных полупроводниковых оксидов с газовой чувствительностью при комнатной температуре позволяющих детектировать широкий спектр токсичных и взрывоопасных газов. В работе будут проведены исследования, направленные на оптимизацию технологических параметров процесса нанесения равномерности наноплёнок на поверхность сложной формы (конформность) В работе будет уделено особое внимание проблеме влияния поверхности подложки на структуру и свойства нанопокрытий.
Актуальность, научная значимость решения проблемы
Основной проблемой, сдерживающей широкое внедрение полупроводниковых сенсоров в мобильные информационные системы является их высокое энергопотребление, что вызывает быстрый разряд источника питания мобильного устройства. Высокое энергопотребление вызвано необходимостью нагрева чувствительного слоя полупроводникового сенсора до температуры 150-400оС. Несмотря на актуальность проблемы совмещения мобильных систем с газовыми сенсорами, к настоящему времени нет единого мнения о наиболее перспективных материалах для создания сенсоров, работающих при комнатной температуре. Фирмой Sensigent USA разработаны газовые сенсоры Cyranose 320, которые изготовлены на проводящих полимерах, сенсоры работают при температурах близких к комнатной, но не имеют необходимой чувствительности для детектирования токсичных газов на уровне ПДК.

Конкретными задачами проекта являются:
1. Разработка методики синтеза тонких пленок нанокристаллических полупроводниковых оксидов n-типа проводимости TiO2, SnO2, ZnO с толщиной, контролируемой в диапазоне 40-1000 нм.
2. Разработка методики получения новых тонкоплёночных полупроводниковых нанокомпозитов с контролируемой пористостью и толщиной плёнки на микроэлектронный чип.
3. Разработка методики иммобилизации каталитических кластеров на поверхности оксидных матриц.
4. Разработка новых тонкопленочных сенсорных материалов, позволяющих детектировать широкий спектр токсичных NO2, h3S, CO, Nh4 и взрывоопасных газов h3, Ch5 при температуре 20-50С с энергопотреблением менее 20mW.
5. Исследование влияния толщины, состава и микроструктуры пленок на сенсорные характеристики при детектировании целевых газов NO2, CO, h3S, Nh4 в воздухе при комнатной температуре.

Научная новизна поставленной задачи
Внедрение существующих в настоящее время газовых сенсоров в мобильные системы с автономным питанием ограничено энергопотреблением датчиков, требующих нагрева чувствительного слоя до 250-400С. Проект представляет инициативное исследование, направленное на разработку новых тонкопленочных сенсорных материалов, позволяющих детектировать широкий спектр токсичных NO2, h3S, CO, Nh4 и взрывоопасных газов h3, Ch5 при температуре 20-50С с энергопотреблением менее 20mW. Сокращение энергопотребления сенсоров будет достигнуто за счет улучшения микроструктуры слоя полупроводника, уменьшения толщины чувствительного слоя и расстояния между измерительными контактами микроэлектронного чипа. Использование технологии ALD и Dip-coating и гидротермального синтеза позволяет управлять микроструктурой, состоянием поверхности и прецизионно контролировать толщину и пористость слоя полупроводникового оксида в диапазоне от 40 до 1000 нм. Для повышения эффективности реакций на поверхности оксидов будут синтезированы новые сенсорные материалы- нанокомпозиты M1O/M2O на основе полупроводниковых оксидов. Селективность газовых сенсоров будет улучшена путем модификации их поверхности каталитическими кластерами металлов платиновой группы (или оксидами — полупроводниками р-типа проводимости (Co3O4, NiO, CuO). Разработанные материалы будут использованы для создания прототипов газовых сенсоров, которые будут испытаны в лабораторных условиях для детектирования основных загрязнителей воздуха. Также будут адаптированы современные методики рентгеновской абсорбционной и фотоэлектронной спектроскопии с использованием синхротронного излучения (СИ) для исследования атомного и электронного строения материалов для газовых сенсоров. Будет использовано оборудование каналов СИ: НАНОФЭС в Курчатовском научном центре (г. Москва) и FlexPES (Flexible PhotoElectron Spectroscopy) в лаборатории MAX-IV (Университет г. Лунда, Швеция).

Современное состояние исследований по данной области
В настоящее время прогресс в области детектирования опасных химических веществ связывается с созданием информационных мобильных систем, интегрирующих в себе селективные сенсоры с единой системой оповещения, считывания и обработки информации [1]. Основными лидирующими группами в этой области являются специалисты Германии, Италии, Испании, США и Японии. В России переносные автономные газовые детекторы разрабатываются в РНЦ Курчатовский институт, Московском энергетическом институте, Московском государственном университете, Санкт-Петербургском государственном университете, Воронежской технологической академии. Высокая интенсивность работ по созданию таких систем отвечает современной тенденции в развитии микроэлектроники, все возрастающей роли микромеханических систем и интегрированных датчиков. По данным ведущих инвестиционных компаний к 2020 году интегрированные системы будут доминировать в сферах коммуникации (80,2%), бытовой электроники (86,8%), обработки данных (55,8%), индустриальных, военных и аэрокосмических приложений (100,0%).
Наибольшие возможности для создания информационных мобильных систем имеют полупроводниковые сенсоры, основными преимуществами которых являются высокая чувствительность и простота конструкции [2-4]. Основная часть коммерческих газовых сенсоров (Figaro, Drager, General Monitors, Applied Sensor) изготовлены на основе SnO2. Поверхность диоксида олова характеризуется хорошими адсорбционными свойствами и реакционной способностью благодаря наличию поверхностных и объемных вакансий кислорода и активного хемосорбированного кислорода (O2-, O2-). Реакции «твердое-газ» протекают на поверхности SnO2 с участием хемосорбированных молекул уже при сравнительно низких температурах. В результате этого взаимодействия наблюдается изменение электропроводности, причем величина сигнала зависит от состава атмосферы.
На Химическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова накоплен значительный опыт по синтезу нанокристаллических полупроводниковых материалов (нанокомпозитов) с высокой газовой чувствительностью [5-9]. Нанокомпозиты включают в себя ультрадисперсные оксиды металлов – полупроводники n-типа (TiO2, SnO2, ZnO) и р-типа (Со3О4, NiO, CuO) проводимости, и кластеры металлов платиновой группы (Pt, Pd, Ru, Rh), обладающие каталитической активностью к различным молекулам. В отличие от традиционных газочувствительных материалов SnO2, ZnO, в которых основной вклад в сенсорный сигнал вносит адсорбция, в нанокомпозитах преобладающую роль играют процессы глубокой перестройки электронного состояния границ раздела, что позволяет повысить газовую чувствительность материалов и снизить предел обнаружения до уровня 10–100 ppb.

1. T.C. Pearce, S.S. Schiffman, H.T.Nagle, J.W.Gardner. Handbook of Machine Olfaction. Electronic Nose Technology. WILEY-VCH, Weinheim. 2004. pp 590.
2. W.Gopel. Sens. Actuators A. 1996, 56. p.83
3. D.E.Williams Sens. Actuators B.1999, 57, p 1.
4. N.Yamazoe, N.Miura in Chemical sensor technology, Kodansha, Tokyo, 1992, p. 19.
5. Marikutsa A., Rumyantseva M., Gaskov A. Analysis of CO and Nh4 reductive gases mixture by chemically modified nanocrystalline tin dioxide. Key Engineering Materials, 2014, v. 605, 227 – 230.
6. Marikutsa A.V., Rumyantseva M.N., Konstantinova E.A., Shatalova T.B., Gaskov A.M. Active sites on nanocrystalline tin dioxide surface: Effect of palladium and ruthenium oxides clusters. J. Phys. Chem. C, 2014, v. 118(37), p. 21541 – 21549.
7. Марикуца А.В., Румянцева М.Н., Гаськов А.М. Сенсоры на основе нанокристаллического диоксида олова. В книге Наноматериалы: свойства и перспективные приложения. Ред. А.Б. Ярославцев. М.: Научный мир, 2014. С. 410-455.
8. В.В. Кривецкий, М.Н. Румянцева, А.М. Гаськов. Химическая модификация нанокристаллического диоксида олова для селективных газовых сенсоров. Успехи химии, 2013, т. 82, № 10, с. 917 – 941.
9. F. Shao, M.W.G. Hoffmann, J.D. Prades, R. Zamani, J. Arbiol, J.R. Morante, E. Varechkina, M. Rumyantseva, A. Gaskov, I. Giebelhaus, T. Fischer, S. Mathur, and F. Hernández-Ramírez. Heterostructured p-СuО (nanoparticle)/n-SnO2 (nanowire) devices for selective h3S detection. Sens. Actuators B, 2013, v. 181, p. 130–135.

Предлагаемые методы и подходы, план на весь срок работы
Синтеза тонких пленок нанокристаллических полупроводниковых оксидов n-типа проводимости TiO2, SnO2, ZnO с толщиной, контролируемой в диапазоне 40-1000 нм. будет проводится с помощью методов МН-ALD и Dip-coating и гидротермального синтеза.
Функциональные свойства полупроводникового сенсоров (чувствительность, селективность, низкое энергопотребление) во многом зависят от состава, пористости и микроструктуры чувствительного слоя состоящего из тонких пленок нанокристаллических полупроводниковых оксидов. Поэтому одной из задач проекта является возможность направлено регулирования геометрических свойств пористой структуры тонкой пленки. Для создания таких тонкоплёночных структур активно применяются такие методы как гидротермальная обработка и темплатный синтез, однако в случае потребности тонкого регулирования диаметра пор в нанометровом диапазоне известные подходы и методы оказываются неприменимы. Наиболее эффективным в данном случае оказывается метод ALD (МН-ALD), способный за счёт создания тонких равномерных покрытий на всей поверхности пористого тела, изменять геометрию пористой структуры с точностью в один монослой поверхностного химического соединения (рис 1.). На схеме наглядно показано преимущество метода МН –ALD в сравнении с методами (золь-гель технологии, физического осаждения из газовой фазы ( PVD) , химического осаждения из газовой фазы (CVD) на самых сложных по архитектуре поверхностях (в том числе и нанопористых объектах).

Рис. 1. Методы получения наноразмерных плёнок
Метод МН –ALD позволяет создавать равномерные покрытие в нанометровом диапозоне в отличии от других методов.
Данный метод будет применятся нами для создания тонкоплёночных структур в нанометровом диапазоне на сложных по архитектуре поверхностях (нанопористых плёнках). Для получения пористого покрытия с регулируемой геометрией толщиной до 1000 нм. будет применятся метод Dip-coating. Совместное применение вышеприведённых методов для создания тонких пленок нанокристаллических полупроводниковых оксидов позволит разработать новый комбинированный подход к созданию новых тонкоплёночных газовых сенсоров.
Микроструктура нанокристаллических оксидов: размеры и форма кристаллитов, размеры пор, величина удельной поверхности будут изучены методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеновской дифракции (рентгеновские дифрактометры D/Max 2500V/PC Rugaku, ДРОН), низкотемпературной адсорбции азота (ChemiSorb 2750, Micromeritics). Состав поверхности материалов будет определен методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (Axis Ultra DLD, Kratos) и ИК-спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр Frontier). Дефекты кристаллической структуры будут исследованы методом электронного парамагнитного резонанса (Bruker EPR spectrometer ELEXSYS-580). Электрофизические свойства материалов будут определены в широком интервале температур 77 – 300К в статическом и в высокочастотном режимах (импеданс спектроскопия) в темноте и в условиях светового облучения (импедансметр Solartron FRA-1287, 1285, электрометры Keithley, прибор для четырехконтактного измерения сопротивления Lucas LabsS-302-4).. Учитывая влияние процессов адсорбции на электрофизические свойства высокодисперсных нанокристаллических материалов, все измерения будут проведены в атмосфере сухого синтетического воздуха с использованием специальных измерительных ячеек. Вклад объемной и поверхностной проводимости будет определен в зависимости от размеров и морфологии кристаллов. Работа выхода электронов будет определена в зависимости от температуры и атмосферы с помощью зонда Кельвина Besocke GmbH Kelvin Probe S.
С целью получения для синтезируемых материалов информации об их свойствах на наноуровне современные методы рентгеновской абсорбционной и фотоэлектронной спектроскопии с использованием синхротронного излучения (СИ) будут адаптированы для исследования этих композитов и их компонентов. На основе сравнительного анализа полученных спектров будет выполнена детальная характеризация на наноуровне процесса синтеза и свойств новых наноструктурированных сенсоров. Полученные результаты будут использованы в дальнейшем для совершенствования разработанного метода синтеза газовых сенсоров. Для реализации проекта будет использовано оборудование оборудование каналов СИ: НАНОФЭС в Курчатовском научном центре (г. Москва) и FlexPES (Flexible PhotoElectron Spectroscopy) в лаборатории MAX-IV (Университет г. Лунда, Швеция).
Также планируется в состав исполнителей проекта привлечь руководитель лаборатории фотокаталитических и сенсорных материалов Др. Xiaogan Li из Институт Сенсорных технологий Технологического университета Далян (Institute of Sensing Technology , Dalian University of Technology). Это передовой научно-исследовательский центр в области создания полупроводниковых газовых сенсоров.
По результатам совместных исследований планируется подача 3-х патентов на новый газовый сенсор. У руководителя проекта имеется опыт по созданию МИП в МГУ им. Ломоносова.

Общий план работы
1. Аналитический обзор научных информационных
источников: статьи в ведущих
зарубежных и российских научных журналах, монографии и патенты по теме
проекта за 2004-2015 гг.
2. Изучение поверхностных химических реакций на планарной поверхности для
получения оксидных систем TiO2, SnO2, ZnO методом МН-ALD.
3. Исследование влияния толщины, состава и микроструктуры пленок на
сенсорные характеристики при детектировании целевых газов NO2, CO, h3S,
Nh4 в воздухе.
4. Исследования влияния толщины нанопокрытий на их адгезионные свойства к
поверхности оксидной подложки.
5. Изучения влияние пористости покрытия на чувствительность сенсора.
6. Исследование синтезированных образцов физическими методами (РФА,
сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия и др.) с
целью
определения условий получения наноструктур заданного химического состава и
строения.
7. Исследование реакций взаимодействия тонких пленок полупроводниковых
оксидов с целевыми газами NO2, CO, h3S, Nh4 при комнатной температуре.
8. Разработка методики синтеза тонких пленок нанокристаллических
полупроводниковых оксидов n-типа проводимости SnO2, ZnO с контролируемой
толщиной, в нанометровом диапазоне методом МН-ALD.
9. Разработка золь-гель метода получения ксерогелей на
основе оксидов и применения их в качестве различных видов покрытий методом
Dip-coating .
10. Проведение исследования по выявлению особенностей синтеза пористых
пленок , ZnO, SnO2, с толщиной, контролируемой в диапазоне 100-1000 нм., с
размером пор до 50 нм.
11. Синтез кластеры металлов платиновой группы (Pt, Pd, Ru, Rh) в
нанореакторах,
12. Разработка методики синтеза пленок нанокомпозитов M1O/M2O на основе
TiO2, ZnO, SnO2, с толщиной, контролируемой в диапазоне 100-1000 нм.
13. Исследование состава, кристаллической и локальной структуры тонких пленок
полупроводниковых оксидов комплексом инструментальных методов с
нанометровым разрешением.
14. Исследование природы и концентрации адсорбционных центров на
поверхности полупроводниковых оксидов, синтезированных методом МН-ALD
и Dip-coating
15. Исследование реакций взаимодействия тонких пленок нанокомпозитов
M1O/M2O на основе TiO2, ZnO, SnO2 полупроводниковых оксидов с целевыми
газами NO2, CO, h3S, Nh4 при комнатной температуре.
16. Проведение патентного поиска по теме: «Газовый сенсор с низким
энергопотреблением для информационных мобильных систем позволяющих
детектировать широкий спектр токсичных и взрывоопасных газов».
17. Разработка методики иммобилизации каталитических
кластеров на поверхности оксидных матриц.
18. Изучение влияния поверхности подложки сложной формы на структуру и
свойства нанопокрытий. Проведены исследования, направленные на
оптимизацию технологических параметров процесса нанесения равномерности
наноплёнок на поверхность сложной формы.
19. Разработка методики получения новых тонкоплёночных полупроводниковых
нанокомпозитов с контролируемой пористостью и толщиной плёнки на
микроэлектронный чип.
20. Исследование влияния толщины, состава и микроструктуры пленок на
сенсорные характеристики при детектировании целевых газов NO2, CO, h3S,
Nh4 в воздухе.
21. Исследование состава, кристаллической и локальной структуры
сенсибилизированных нанокомпозитов комплексом инструментальных методов
с нанометровым разрешением.
22. Исследование реакционной способности гетероструктур при взаимодействии с
целевыми газами при комнатной температуре в темновых условиях и при
облучении источником видимого диапазона спектра.
24. Адаптация современных методов рентгеновской абсорбционной и фотоэлектронной спектроскопии с использованием синхротронного излучения (СИ) для исследования атомного и электронного строения материалов для газовых сенсоров.
25. Отработка методик получения спектров поглощения и фотоэмиссии и выполнение тестовых измерений при разных температурах образцов.
26. Создание экспериментального образца полупроводникового сенсора
резистивного типа, определение сенсорных параметров гетероструктур при
комнатной температуре в условиях облучения источником видимого диапазона
спектра при детектировании Nh4, CO, h3S, NO2 в диапазоне концентрации
0.5-10 ПДК рабочей зоны.
27. Подача патентов на материал и способ получения новый газовый сенсор с низким энергопотреблением для информационных мобильных систем позволяющих детектировать широкий спектр токсичных и взрывоопасных газов.
28. Подготовка 6 научных статей по результатам НИР.
Имеющийся задел
Авторами проекта совместно с коллектив лаборатории химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов МГУ имени М.В.Ломоносова проводятся работы в области синтеза и исследования нанокристаллических полупроводников – широкозонных оксидов металлов для газовых сенсоров резистивного типа. Ранее получены следующие наиболее важные результаты, которые будут использованы при выполнении настоящего проекта:
1. Разработаны оригинальные методики и созданы установки синтеза нанокристаллических оксидов металлов
2. Разработаны методики определения природы и концентрации активных центров на поверхности с использованием методов «operando»:спектроскопии ИК и комбинационного рассеяния, зонда Кельвина, парамагнитного резонанса, хромато-масс-спектрометрии, импеданс спектроскопии, термопрограммируемой десорбции и восстановления зондовых молекул.
3. Созданы полностью автоматизированные установки для измерения сенсорного сигнала с системой электронных расходомеров для разбавления поверочных газовых смесей до уровня ПДК. Созданы специальные измерительные ячейки для исследования фотоэлектрических и сенсорных свойств полупроводниковых оксидов в контролируемой атмосфере в условиях подсветки диодами с различной длиной волны.
В результате теоретической и экспериментальной работы, проведенной научным коллективом разработан метод направленного синтеза твердых веществ и материалов — метод химической сборки (МН-ALD). В лаборатории химии поверхностных соединений и нанотехнологии химического факультета СПбГУ, руководимой В. М. Смирновым разработан подход к структурированию вещества на наноуровне.
Работы связанные с получением нанокомпозитов, а также работы по получению мезопористых наноструктурированных материалов (наноплёнок) проводились научным коллективом в СПбГУ при поддержке как грантов РФФИ, так и ФЦП РФ (контракт ФЦП 16.513.11.3028,от 12.04.2011; контракт ФЦП 16.513.11.3044,от 12.04.2011; контракт ФЦП Кадры № 1040 от 31.05.2010г.; контракт ФЦП Кадры №, от 11.06.2009г., а также гранты РФФИ (индивидуальные, офи-м, междисципленарные)). В проекте 08-03-12091-офи был разработаны научные основы технологии синтеза наноструктурированных градиентных поверхностных слоев дисульфидов металлов на трущихся металлических поверхностях для получения самовосстанавливающихся поверхностей металлов с высокими прочностными и антифрикционными свойствами и создание лабораторного образца 2008 –2009г.
При поддержки гранта РФФИ 06-03-08146-офи были заложены научные основы получения нового класса наноструктурированных материалов различного функционального назначения на основе функционально- градиентных нанопокрытий.

Авторы также имеют богатый опыт исследования атомного и электронного строения, особенностей химического связывания для различных классов соединений, включая наноструктуры и наноструктурированные материалы. Были осуществлены успешные действия по распространению современных рентгеноабсорбционных и фотоэлектронных исследований c использованием СИ на более сложные соединения 3d-атомов (комплексы, фториды, оксиды и др.) и наносистемы на их основе, а также комбинированию этих исследований с новейшими экспериментальными методиками – резонансной рентгеновской фотоэмиссией и флуоресценцией. Последние исследования были выполнены в рамках следующих проектов: грант СПбГУ №11.38.638.2013 «Атомное и электронное строение двумерных (2D) наносистем и материалов на основе экспериментальных и теоретических исследований методами мягкой рентгеновской спектроскопии с использованием синхротронного излучения» (2013-2015 гг.) – рук. А.С. Виноградов.
Детальный план на первый год
1. Аналитический обзор научных информационных
источников: статьи в ведущих
зарубежных и российских научных журналах, монографии и патенты по теме
проекта за 2004-2015 гг.
2. Изучение поверхностных химических реакций на планарной поверхности для
получения оксидных систем TiO2, SnO2, ZnO методом МН-ALD.
3. Исследование влияния толщины, состава и микроструктуры пленок на
сенсорные характеристики при детектировании целевых газов NO2, CO, h3S,
Nh4 в воздухе.
4. Исследования влияния толщины нанопокрытий на их адгезионные свойства к
поверхности оксидной подложки.
5. Изучения влияние пористости покрытия на чувствительность сенсора.
6. Исследование синтезированных образцов физическими методами (РФА,
сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия и др.) с
целью
определения условий получения наноструктур заданного химического состава и
строения.
7. Исследование реакций взаимодействия тонких пленок полупроводниковых
оксидов с целевыми газами NO2, CO, h3S, Nh4 при комнатной температуре.
8. Разработка методики синтеза тонких пленок нанокристаллических
полупроводниковых оксидов n-типа проводимости SnO2, ZnO с контролируемой
толщиной, в нанометровом диапазоне методом МН-ALD.
9. Адаптация современных методов рентгеновской абсорбционной и фотоэлектронной спектроскопии с использованием синхротронного излучения (СИ) для исследования атомного и электронного строения материалов для газовых сенсоров.

10. Подготовка 2-х научных статей по результатам НИР проведенных в 2018 г.и подача заявки на патент.
Ожидаемые результаты, возможность практического использования
1. Будет разработана научная концепция создания новых тонкопленочных нанокомпозиционных материалов на основе широкозонных полупроводниковых оксидов с газовой чувствительностью при комнатной температуре позволяющих детектировать широкий спектр токсичных и взрывоопасных газов.
2. Будет изучено влияния поверхности подложки сложной формы на структуру и свойства нанопокрытий. Проведены исследования, направленные на оптимизацию технологических параметров процесса нанесения равномерности наноплёнок на поверхность сложной формы.
3. Будет разработана методика синтеза тонких пленок нанокристаллических полупроводниковых оксидов n-типа проводимости SnO2, ZnO с толщиной, контролируемой в диапазоне 40 — 1000 нм методами МН-ALD и Dip-coating.
4. Будет разработана методика синтеза пленок нанокомпозитов M1O/M2O на основе TiO2, ZnO, SnO2, с толщиной, контролируемой в диапазоне 40-1000 нм методом МН- ALD и Dip-coating.
5. Будет разработана методика иммобилизации каталитических кластеров на поверхности оксидных матриц .
6. Будет проведено исследование состава, кристаллической и локальной структуры тонких пленок полупроводниковых оксидов комплексом инструментальных методов с нанометровым разрешением.
7. Будут исследованы реакции взаимодействия тонких пленок полупроводниковых оксидов с целевыми газами NO2, CO, h3S, Nh4 при комнатной температуре.
8. Будет исследованы влияния толщины, состава и микроструктуры пленок на сенсорные характеристики при детектировании целевых газов NO2, CO, h3S, Nh4 в воздухе.
9. Будет исследована реакционная способность гетероструктур при взаимодействии с целевыми газами при комнатной температуре в темновых условиях и при облучении источником видимого диапазона спектра.
10. Будет создан экспериментальный образец полупроводниковых сенсоров резистивного типа, определение сенсорных параметров гетероструктур при комнатной температуре в условиях облучения источником видимого диапазона спектра при детектировании Nh4, CO, h3S, NO2 в диапазоне концентрации 0.5-10 ПДК рабочей зоны.
11. Будет разработана методика гидротермального синтеза нанокристаллических полупроводниковых оксидов TiO2, SnO2, ZnO.
.
Предполагаемое использование результатов (продукции)
1.По результатам работ будет подан патент на новый газовый сенсор с низким энергопотреблением для информационных мобильных систем позволяющих детектировать широкий спектр токсичных и взрывоопасных газов.

Предполагаемое использование результатов работы в учебном процессе (если планируется, указать подробности, если не планируется — «нет»)
Результаты исследований могут быть использованы при модернизации курса по выбору «Композиционные наноматериалы», а также при разработке нового курса по выбору «Тонкопленочные сенсорные материалы». Проводимые исследования могут выступить в качестве темы работы для магистерских диссертаций.
Прикладной аспект работы:
Создание экспериментальных образцов резистивных газовых сенсоров . позволяющих детектировать широкий спектр токсичных NO2, h3S, CO, Nh4 и взрывоопасных газов h3, Ch5 при температуре 20-50С с энергопотреблением менее 20mW.

Газовые датчики для Интернета вещей

Газовые датчики для Интернета вещей

Мы разрабатываем и производим высокопроизводительные датчики газа

  • Компоненты газового датчика

    Технология ламинирования большого объема пластика и печатной электроники для изготовления высокоэффективных электрохимических газовых датчиков в тонком и недорогом корпусе.

    Начиная с $ 20

    КУПИТЬ

  • Компоненты датчика качества воздуха

    Два разных датчика со сверхнизким энергопотреблением, предназначенные для неспецифического широкого обнаружения газов.

    Начиная с $ 20

    КУПИТЬ

  • Комплекты аналоговых датчиков проявителя

    Быстро интегрируйте газоанализатор в окончательный дизайн.

    Начиная от $ 249

    КУПИТЬ

Датчики газа для Интернета вещей

  • Качество воздуха в помещении и на улице

    По мере разработки новой технологии мониторинга воздуха растет спрос на инновационные сенсорные технологии.SPEC Sensors предлагает высокоточные измерения NO2, SO2, h3S, CO и озона. Наши клиенты разрабатывают технологии безопасности дома и офиса, а также предоставляют городскую инфраструктуру для контроля качества воздуха и загрязнения воздуха.

  • Общественный спрос на анализ дыхания растет в областях, связанных с обнаружением здоровья. Необходимы новые технологии, чтобы вывести анализ дыхания на передний план. Датчики SPEC могут предоставить высокоточные датчики с низким энергопотреблением, что является двумя факторами, необходимыми для портативных портативных устройств анализа дыхания.

  • Электрохимические датчики SPEC Sensors хорошо подходят для носимых устройств благодаря низкому энергопотреблению, высокой точности и небольшому размеру. Поскольку новаторы продолжают находить все больше применений для носимых устройств, SPEC Sensors предоставляет датчики газа для использования способами, которые ранее были невозможны.

  • Растущая потребность в более безопасных условиях жизни и труда приводит к появлению новых технологий экологической безопасности.Датчики SPEC позволяют измерять пять основных газов. Наши клиенты также разрабатывают новые технологии для обеспечения безопасности работников. Наши маленькие и точные датчики служат основой для разработки новых технологий.

Какое измерение вас беспокоит?

Что такое датчик газа? Конструкция, типы и работа газовых датчиков

A Типичный человеческий нос имеет 400 типов рецепторов запахов, позволяющих нам чувствовать около 1 триллиона различных запахов.Но все же у многих из нас нет возможности определить тип или концентрацию газа, присутствующего в нашей атмосфере. Здесь на помощь приходят датчики, существует много типов датчиков для измерения различных параметров, и датчик газа — это тот, который пригодится в приложениях, где мы должны обнаруживать изменение концентрации токсичных газов, чтобы поддерживать безопасность системы. и избегать / предупреждать любые неожиданные угрозы. Существуют различные газовые датчики для обнаружения таких газов, как кислород, углекислый газ, азот, метан и т. Д.Их также часто можно найти в устройствах, которые используются для обнаружения утечки вредных газов, контроля качества воздуха в промышленных и офисных помещениях и т. Д.

В этой статье мы узнаем больше о датчиках газа , их конструкции, типах, работе и о том, как их можно использовать для измерения требуемого типа и концентрации газа в нашей атмосфере. Существует много типов газовых датчиков, но газовые датчики типа MQ широко используются и широко популярны, поэтому в этой статье мы остановимся на этих типах датчиков.

Знакомство с датчиком газа

Датчик газа — это устройство, которое определяет присутствие или концентрацию газов в атмосфере. В зависимости от концентрации газа датчик создает соответствующую разность потенциалов, изменяя сопротивление материала внутри датчика, которое можно измерить как выходное напряжение. На основе этого значения напряжения можно оценить тип и концентрацию газа.

Тип газа, который может обнаружить датчик, зависит от чувствительного материала , присутствующего внутри датчика. Обычно эти датчики доступны в виде модулей с компараторами, как показано выше. Эти компараторы можно настроить на определенное пороговое значение концентрации газа. Когда концентрация газа превышает этот порог, цифровой вывод становится высоким. Аналоговый вывод можно использовать для измерения концентрации газа.

Различные типы датчиков газа

Датчики газа обычно подразделяются на различные типы в зависимости от типа чувствительного элемента, с которым они построены.Ниже приводится классификация различных типов газовых сенсоров на основе чувствительного элемента, которые обычно используются в различных приложениях:

  • Датчик газа на основе оксида металла.
  • Оптический датчик газа.
  • Электрохимический датчик газа.
  • Емкостной датчик газа.
  • Калориметрический датчик газа.
  • Датчик газа на акустической основе.

Конструкция газового датчика

Из всех вышеперечисленных типов наиболее часто используемым датчиком газа является датчик газа на основе оксида металла и полупроводника.Все датчики газа состоят из чувствительного элемента, который состоит из следующих частей.

  1. Газочувствительный слой
  2. Катушка нагревателя
  3. Электродная линия
  4. Трубчатая керамическая
  5. Электрод

На изображении ниже показаны детали, присутствующие в датчике газа на основе оксида металла

Назначение каждого из этих элементов следующее:

Газочувствительный слой: Это основной компонент датчика, который может использоваться для определения изменения концентрации газов и изменения электрического сопротивления.Слой, чувствительный к газу, в основном представляет собой хеморезистор, который изменяет свое значение сопротивления на основе

.

Концентрация определенного газа в окружающей среде. Здесь чувствительный элемент состоит из диоксида олова (SnO2), который, как правило, имеет избыточные электроны (донорный элемент). Таким образом, всякий раз, когда обнаруживаются токсичные газы, сопротивление элемента изменяется, и ток, протекающий через него, изменяется, что представляет собой изменение концентрации газов.

Змеевик нагревателя: Назначение змеевика нагревателя — прожечь чувствительный элемент, чтобы повысить чувствительность и эффективность чувствительного элемента.Он изготовлен из никель-хрома, который имеет высокую температуру плавления, поэтому он может оставаться нагретым, не расплавляясь.

Электродная линия: Поскольку чувствительный элемент вырабатывает очень небольшой ток при обнаружении газа, более важно поддерживать эффективность переноса этих малых токов. Итак, платиновые провода вступают в игру, когда они помогают эффективно перемещать электроны.

Электрод: Это соединение, в котором выход чувствительного слоя соединяется с линией электрода.Чтобы выходной ток мог течь на требуемый терминал. Электрод здесь сделан из золота (Au –Aurum), которое является очень хорошим проводником.

Трубчатая керамика: Между змеевиком нагревателя и газочувствительным слоем существует трубчатая керамика, изготовленная из оксида алюминия (Al2O3). Поскольку он имеет высокую температуру плавления, он помогает поддерживать выгорание (предварительный нагрев) чувствительного слоя, что обеспечивает высокую чувствительность чувствительного слоя для получения эффективного выходного тока.

Сетка поверх чувствительного элемента: Чтобы защитить чувствительные элементы и установку, поверх нее используется металлическая сетка, которая также используется для предотвращения / удержания частиц пыли, попадающих в сетку, и предотвращения повреждения газочувствительного слоя. от коррозионных частиц.

Датчик газа работает

Способность газового сенсора обнаруживать газы зависит от проводящего тока химиорезистером . Наиболее часто используемым химиорезистором является диоксид олова (SnO2), который представляет собой полупроводник n-типа, который имеет свободные электроны (также называемый донором). Обычно в атмосфере содержится больше кислорода, чем горючих газов. Кислородные частицы притягивают свободные электроны, присутствующие в SnO2, что выталкивает их на поверхность SnO2.Поскольку нет свободных электронов, доступный выходной ток будет равен нулю. На гифке ниже показаны молекулы кислорода (синий цвет), притягивающие свободные электроны (черный цвет) внутри SnO2 и препятствующие тому, чтобы свободные электроны проводили ток.

Когда датчик помещается в среду токсичных или горючих газов, этот восстановительный газ (оранжевый цвет) реагирует с адсорбированными частицами кислорода и разрывает химическую связь между кислородом и свободными электронами, таким образом, высвобождает свободные электроны .Поскольку свободные электроны вернулись в свое исходное положение, они теперь могут проводить ток, эта проводимость будет пропорциональна количеству свободных электронов, доступных в SnO2, если газ высокотоксичен, будет доступно больше свободных электронов.

Как использовать датчик газа?

Базовый датчик газа имеет 6 клемм, в которых 4 клеммы (A, A, B, B) действуют на вход или выход, а оставшиеся 2 клеммы (H, H) предназначены для нагрева змеевика. Из этих 4 клемм по 2 клеммы с каждой стороны можно использовать в качестве входа или выхода (эти клеммы можно переворачивать, как показано на принципиальной схеме) и наоборот.

Эти датчики обычно доступны в виде модулей (показаны справа), эти модули состоят из газового датчика и компаратора IC. Теперь давайте посмотрим на описание контактов модуля датчика газа, который мы обычно будем использовать с Arduino. Модуль газового датчика в основном состоит из 4 клемм

  • Vcc — Блок питания
  • GND — Блок питания
  • Цифровой выход — этот вывод выдает выходной сигнал с высоким или низким логическим уровнем (0 или 1), что означает, что он отображает присутствие токсичных или горючих газов рядом с датчиком.
  • Аналоговый выход — этот вывод дает постоянное выходное напряжение, которое изменяется в зависимости от концентрации газа, подаваемого на датчик газа.

Как обсуждалось ранее, выходной сигнал одного газового датчика будет очень маленьким (в мВ), поэтому необходимо использовать внешнюю цепь для получения цифрового выходного сигнала высокого и низкого уровня от датчика. Для этого используется компаратор (LM393), регулируемый потенциометр, некоторые резисторы и конденсаторы.

Назначение LM393 — получить выходной сигнал датчика, сравнить его с опорным напряжением и показать, является ли выходной сигнал логически высоким или нет.В то время как цель потенциометра состоит в том, чтобы установить необходимое пороговое значение газа, выше которого на цифровом выходном контакте должен быть высокий уровень.

На приведенной ниже схеме показана основная принципиальная схема датчика газа в модуле датчика газа

Здесь A и B — это входные и выходные клеммы (они двусторонние — означает, что любая из парных клемм может использоваться как вход или выход), а H — клемма катушки нагревателя. Переменный резистор предназначен для регулировки выходного напряжения и поддержания высокой чувствительности.

Если на катушку нагревателя не подается входное напряжение, то выходной ток будет очень низким (пренебрежимо малым или приблизительно равным 0). Когда на входную клемму и катушку нагревателя подается достаточное напряжение, чувствительный слой просыпается и готов обнаруживать любые горючие газы поблизости. Сначала предположим, что рядом с датчиком нет токсичного газа, поэтому сопротивление слоя не меняется, а выходной ток и напряжение также остаются неизменными и пренебрежимо малы (приблизительно 0).

А теперь предположим, что поблизости есть какой-то токсичный газ. Поскольку змеевик нагревателя предварительно нагрет, теперь легко обнаруживать горючие газы. Когда чувствительный слой взаимодействует с газами, сопротивление материала изменяется, и ток, протекающий по цепи, также изменяется. Это изменение в вариации затем можно наблюдать на сопротивлении нагрузки (RL).

Значение сопротивления нагрузки (RL) может быть от 10 кОм до 47 кОм. Точное значение сопротивления нагрузки можно выбрать путем калибровки с известной концентрацией газа.Если выбрано низкое сопротивление нагрузки, тогда схема будет иметь меньшую чувствительность, а если выбрано высокое сопротивление нагрузки, то схема будет иметь высокую чувствительность.

Список газовых датчиков и какие газы они обнаруживают

Название датчика

Газ для измерения

MQ-2

Метан, бутан, сжиженный нефтяной газ, дым

MQ-3

Спирт, этанол, дым

MQ-4

Метан, КПГ

MQ-5

Природный газ, СНГ

MQ-6

СНГ, бутан

MQ-7

Окись углерода

MQ-8

Водородный газ

MQ-9

Окись углерода, легковоспламеняющиеся газы

MQ131

Озон

MQ135

Качество воздуха

MQ136

Сероводород газовый

MQ137

Аммиак

MQ138

Бензол, толуол, спирт, пропан, газообразный формальдегид, водород

MQ214

Метан, природный газ

MQ216

Природный газ, Угольный газ

MQ303A

Спирт, этанол, дым

MQ306A

СНГ, бутан

MQ307A

Окись углерода

MQ309A

Окись углерода, горючий газ

Области применения газовых датчиков
  • Используется в промышленности для контроля концентрации токсичных газов.
  • Используется в домашних условиях для обнаружения аварийных ситуаций.
  • Используется на нефтяных вышках для контроля концентрации выделяемых газов.
  • Используется в отелях, чтобы клиенты не курили.
  • Используется для проверки качества воздуха в офисах.
  • Используется в кондиционерах для контроля уровня CO2.
  • Используется при обнаружении пожара.
  • Используется для проверки концентрации газов в шахтах.
  • Анализатор дыхания.

Принцип действия -MOS-датчик газа

Сводка

ШАГ1

В чистом воздухе донорные электроны в диоксиде олова притягиваются к кислороду, который адсорбируется на поверхности чувствительного материала, предотвращая прохождение электрического тока.

ШАГ2

В присутствии восстановительных газов поверхностная плотность адсорбированного кислорода уменьшается, поскольку он вступает в реакцию с восстановительными газами.Затем электроны высвобождаются в диоксид олова, позволяя току свободно проходить через датчик.

Принцип действия

Когда полупроводниковые частицы (обычно диоксид олова) нагреваются на воздухе при высокой температуре, кислород адсорбируется на поверхности частицы за счет захвата свободных электронов. Образованный таким образом обедненный слой во многом зависит от радиуса используемых полупроводниковых частиц. Если он такой малый, как обычно используется в датчиках газа (десятки нанометров), истощение может распространяться на всю площадь каждой частицы (уменьшение объема, высокая чувствительность).С другой стороны, если размер намного больше, истощение обычно происходит на периферии каждой частицы (региональное истощение, низкая чувствительность).

На рисунке 1 показано, как структура энергетических зон и распределение электронов проводимости изменяются с увеличением парциального давления кислорода от нуля (состояние плоской зоны) до состояния I (региональное обеднение), II (граница) и III (уменьшение объема). Пока граница не достигнута, адсорбционное равновесие достигается за счет увеличения толщины обедненного слоя.Однако позже (истощение объема) уровень Ферми понижается на p кТл при переходе от II к III, в то время как толщина слоя остается постоянной.

x : Расстояние в радиальном направлении
qV (x) : Потенциальная энергия
: Радиус частицы
[O ] : Концентрация адсорбированного кислорода
E C : Энергия зоны проводимости
E F : Уровень Ферми
p kT : Сдвиг уровня Ферми
[e] : Концентрация электронов
N d : Плотность доноров

Рисунок 1.Структура энергетических зон (вверху) и распределение электронов проводимости (внизу) для полупроводниковой частицы, что коррелирует с увеличением концентрации адсорбированного кислорода

На этом этапе два важных уравнения выводятся теоретически для сенсорного устройства, состоящего из сферических частиц, следующим образом.

[e] S = N d exp {- (1/6) ( a / L D ) 2 p } … (1)

R / R 0 = N d / [e] S … (2)

Здесь [e] S — поверхностная концентрация электронов частиц, а L D — длина Дебая. R и R 0 — сопротивления датчика в установившемся режиме и состоянии плоской полосы соответственно. Остальные символы см. В подписи к рисунку 1. Когда выбраны материалы сенсора, фиксируются N d , a , L D и R 0 , а p зависит от фактических газовых условий.

Как описано выше, датчики газа типа MOS изменяют сопротивление (R) в результате изменения концентрации адсорбированного кислорода. При правильном использовании можно обнаружить восстановительные газы, такие как окись углерода. Адсорбированный кислород, образующийся в чистом воздухе, будет потребляться при контакте с монооксидом углерода, в результате чего уменьшение R будет использоваться для оценки концентрации монооксида углерода. Датчик восстанавливает исходный уровень сопротивления, когда угарный газ отключен. Такой механизм обнаружения работает в датчиках газа на основе диоксида олова.

Ссылка: Нобору Ямазоэ, Кенго Шиманоэ, Базовый подход к функции преобразователя оксидных полупроводниковых газовых сенсоров
, Датчики и исполнительные механизмы B 160 (2011) 1352-1362

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Детекторы газа | Instrumart

Детекторы газа — это очень сложные инструменты, которые измеряют или контролируют один или несколько газов в пределах области.Предназначен для обнаружения горючих газов, токсичных газов и недостатка кислорода; Детекторы газа обычно являются частью системы безопасности и обычно развертываются в замкнутых пространствах или в других областях, где газовые опасности могут привести к токсическому воздействию или риску пожара.

Детекторы газа бывают портативными или стационарными. Переносные газоанализаторы используются в качестве устройств личной безопасности и носятся на одежде или на поясе / привязи при входе в замкнутые пространства. или в других опасных средах.. Эти устройства обычно подают сигнал тревоги при обнаружении целевого газа, что дает пользователю возможность безопасно покинуть зону.

Стационарные детекторы газа обычно устанавливаются рядом с технологической зоной завода или диспетчерской и взаимодействуют с системой SCADA для непрерывного мониторинга и автоматического отключения при обнаружении целевого газа. обнаружен.

Технологии детекторов газа

Детекторы газа классифицируются по типу обнаруживаемого газа и используемой технологии.

Детекторы токсичных газов:
  • Электрохимические датчики обычно используются для обнаружения токсичных газов, таких как оксид углерода, хлор и оксиды азота. Электрохимические датчики очень чувствительны и излучают электрический сигнал, когда электрод входит в контакт с целевым газом.
  • Metal Oxide Semiconductors также обнаруживает токсичные газы и использует газочувствительную пленку, состоящую из оксидов олова или вольфрама. Пленка вступает в реакцию с газами, вызывая срабатывание устройства. при наличии токсичных уровней.Датчики оксидов металлов хорошо работают в диапазонах низкой влажности и способны обнаруживать ряд газов, включая горючие.
Детекторы горючих газов:
  • Каталитические датчики работают по принципу: когда горючая смесь газа и воздуха проходит по горячей поверхности катализатора, происходит сгорание, и выделяемое тепло увеличивается. температура чувствительного элемента. Это, в свою очередь, изменяет сопротивление платиновой катушки и может быть измерено с помощью катушки в качестве термометра в стандартном электрическом мосту. схема.Тогда изменение сопротивления напрямую связано с концентрацией газа в окружающей атмосфере.
  • Инфракрасные датчики работают через систему передатчиков и приемников для обнаружения горючих газов, в частности паров углеводородов. Обычно передатчики представляют собой источники света и приемники — детекторы света. Если на оптическом пути присутствует газ, он будет влиять на мощность передачи света между передатчиком и приемником. Измененное состояние света определяет, присутствует ли и какой тип газа.

Техническое обслуживание и калибровка детектора газа:

Хотя детекторы газа, как правило, являются надежной технологией, их правильное функционирование зависит от надлежащего обслуживания и калибровки. Многие датчики имеют срок годности, поэтому необходимо знать потребностей вашей индивидуальной системы. Калибровка и ударные испытания являются важным элементом регулярного обслуживания, поскольку они подтверждают, что прибор правильно измеряет уровни газа и подает звуковой сигнал когда задумано.

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно детекторов газа, не стесняйтесь обращаться к одному из наших инженеров, отправив нам электронное письмо по адресу [email protected] или позвонив по телефону 1-800-884-4967.

Применение газового датчика

| CO2Meter.com

Датчики газа

имеют решающее значение для мониторинга и обнаружения опасных инертных газов, а также для обеспечения безопасности, качества воздуха или анализа окружающей среды во многих различных отраслях промышленности.

Ищете ли вы газовый датчик, который отличается высокой скоростью, точностью, малым энергопотреблением, миниатюрным или легко интегрируемым — наиболее важным фактором при поиске идеального датчика является понимание окружающей среды, которую вы собираетесь измерять.

Мы упоминали, что не все датчики созданы одинаково? Датчик, который идеально подходит для измерения уровня CO2 в помещении для определения качества воздуха в помещении, не будет работать для измерения концентраций, используемых при испытаниях на пожаротушение. Один OEM может захотеть протоколы I2C, а другой предпочитает UART. В некоторых приложениях вместо диффузии требуется использование датчика отбора проб. Более того, понимание вашего приложения и его требований жизненно важно для выбора правильной сенсорной технологии.

К счастью, CO2Meter заслужил признание и репутацию во многих отраслях промышленности благодаря обширному набору газоаналитических и аналитических решений.Один из способов создать доверие в пространстве — это убедиться, что наша команда знает, как обучать клиентов и предоставлять правильную информацию о конкретных приложениях и сценариях использования. Гарантия того, что мы помогаем клиенту выбрать правильный датчик на начальном этапе, обеспечивает оптимальное использование и удобство.

Ниже вы найдете список из десяти самых популярных отраслей для газовых датчиков и примеры того, как наши клиенты специально используют наши технологии для улучшения своих процессов, проведения дальнейшего анализа и обеспечения безопасности людей.

Индустрия безопасности

Обнаружение и мониторинг газов всегда были тесно связаны с защитой людей, работающих во взрывоопасных средах, где может быть обнаружено присутствие опасных газов. Когда дело доходит до технологий газовых сенсоров, вы всегда можете гарантировать, что в основе любого газового детектора лежит газовый сенсор, специально разработанный для мониторинга и многократного измерения концентрации газа для определения уровней, превышающих нормальные, и обеспечения безопасности для тех, кто работает в опасных условиях и рядом с ними. газы.

Например, датчик S8 5% CO2 представляет собой идеальное решение для измерения, которое клиенты продолжают использовать для мониторинга CO2, поскольку он действует как предохранительный выключатель для систем сигнализации, которые имеют решающее значение для обеспечения безопасности, таких как сельскохозяйственные объекты, промышленные предприятия, рестораны и сухие хранение льда.

Качество воздуха в помещении / HVAC Industries

Еще одна популярная отрасль, в которой для мониторинга используются датчики газа, — это качество воздуха в помещениях. Эти среды включают любые закрытые помещения, такие как дома, офисные здания, классы, спортзалы и жилые помещения с обслуживанием.Газовые датчики не только обеспечивают надежный ранний индикатор повышения уровня CO2, но также значительно помогают в обеспечении энергоэффективности и снижении износа систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Дополнительным преимуществом надлежащего мониторинга CO2 в помещениях является улучшение когнитивных способностей и снижение заболеваний, передаваемых воздушно-капельным путем.

Что касается лучших газовых сенсоров для определения качества воздуха в помещении (IAQ) и индустрии отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, многие наши клиенты обращаются к датчику CO2 CozIR®-LP2 из-за его низкой мощности и длительного срока службы.Дополнительное приложение газового датчика, в котором используется CozIR®-LP2, включает в себя вентиляцию с контролем потребления (DCV), поскольку датчик может питаться от небольшой батареи, солнечной панели или другого устройства сбора энергии. См. Также Монитор и регистратор данных IAQ MAX CO2.

Медицина и биологические науки

Еще одна отрасль, в которой широко используются технологии обнаружения газов, — это медицина и биологические науки. Поскольку многие газовые датчики невероятно точны, надежны и согласованы, их также можно легко интегрировать в такие области, как инкубация, нейробиология, дыхание, капнография и многие другие.

CO2Meter продолжает работать вместе со многими известными университетами, такими как Калифорнийский университет в Беркли, который в значительной степени полагается на наш интеллектуальный датчик SprintIR6S 20% CO2 за его способность записывать сверхточные данные со скоростью 20 раз в секунду для своих медицинских исследований.

Помимо этого увлекательного приложения, еще одним широко известным датчиком углекислого газа (co2) является инфракрасный датчик CO2 инкубатора, который используется в основном для мониторинга и определения уровней CO2 в инкубаторах клеток для управления идеальным ростом клеток и тканей.Дополнительным преимуществом этого датчика является то, что его можно оставить на месте во время высокотемпературной стерилизации.

Аэрокосмическая промышленность

Одной из весьма уникальных отраслей является аэрокосмическая промышленность, в которой необходимо использовать технологии газовых датчиков для измерения концентраций как кислорода, так и углекислого газа. В аэрокосмической отрасли используются датчики газа, специально предназначенные для контроля условий полета и поддержания качества воздуха, чтобы обеспечить производительность труда экипажа, а также общий комфорт пассажиров.

Одно интересное исследование, проведенное в рамках проекта Capstone Национального университета, касалось кислородных защитных масок и нашего собственного интеллектуального датчика кислорода CM-42951 с УФ-потоком 0-25%. Используя интеллектуальный датчик кислорода с ультрафиолетовым излучением, исследователи из космоса смогли определить точные концентрации O2, проходящие через маску пилота F-35 Lightning II.

Промышленное применение

Многие клиенты часто ищут технологии газовых датчиков для использования в агрессивных и устойчивых средах, которые обычно встречаются в промышленных процессах.При работе с экстремальными средами и промышленными газами важно отметить, что ваш газовый датчик должен быть пригоден для работы в конкретных суровых условиях и быть прочным, чтобы выдерживать воздействие окружающей среды.

Например, специальные газовые сенсоры, такие как датчик ExplorIR®-W 100% CO2, могут измерять до 100% концентрации CO2 даже в условиях высокой вибрации и высокой влажности.

Кроме того, если вы хотите контролировать процессы горения, такие как оптимизация эффективности сгорания в котле и измерение концентрации кислорода, анализатор кислорода Oxy-Flex — идеальное решение.

Сельское хозяйство

Когда дело доходит до поиска идеального сенсорного решения для сельского хозяйства, чаще всего его используют те, кто хочет измерить углекислый газ с точки зрения увеличения урожайности растений. Одним из наиболее часто используемых в сельском хозяйстве сенсорных решений является датчик K30 1% CO2 благодаря его точности и способности выдерживать различные агрессивные климатические условия.

Помимо применения в сельском хозяйстве, датчик K30 1% CO2 также является предпочтительным сенсорным решением для тех, кто занимается утилизацией растений и компостированием.

Упаковка в модифицированной атмосфере (MAP)

Упаковка в модифицированной атмосфере (MAP) стала более распространенной в последнее десятилетие из-за спроса на более длительный срок хранения скоропортящихся продуктов. Клиенты, желающие интегрировать сенсорные технологии в приложения MAP, обычно стремятся измерить содержание CO2 или O2, которое присутствует в самой упаковке.

Если на производственной линии есть проблема, скорее всего, ее нужно быстро обнаружить.Тем, кто хочет контролировать концентрацию CO2, мы рекомендуем SprintIR®-6S из-за его высокой скорости и способности снимать показания со скоростью до 20 раз в секунду.

Если вы заинтересованы в измерении концентрации кислорода в прокалываемой упаковке, то анализатор кислорода TecPen MAP станет идеальным решением. Этот анализатор оптимален благодаря своей способности выполнять измерения 3 раза в секунду и чрезвычайно эффективному механизму считывания.

Транспортная промышленность

Транспортная промышленность активно ищет сенсорные технологии в течение последних 5-10 лет.Эти отрасли обычно занимаются анализом концентраций углекислого газа (CO2) и кислорода (O2) в грузе, например, при транспортировке сухим льдом, или анализируют транспортные контейнеры, чтобы понять влияние на срок службы продуктов.

Контролируя концентрацию газа в закрытых помещениях, клиенты могут лучше понять, как продлить срок хранения скоропортящихся товаров, изменив концентрацию газа в контейнерах. Кроме того, те, кто занимается доставкой живых животных, также хотят знать, как это влияет на здоровье животных.

Для клиентов, работающих на транспорте, мы рекомендуем датчик CozIR®-A на 10 000 ppm (1%) CO2 из-за его точности, низкого энергопотребления и простоты интеграции.

Испытания на пожаротушение

Еще одна отрасль, которая в значительной степени полагается на мониторинг двуокиси углерода (CO2), — это испытания на пожаротушение. Это связано с тем, что CO2 является идеальным средством для подавления огня и выбрасывается в области для удаления кислорода, питающего огонь. Дополнительные распространенные среды могут включать в себя панели управления распределительной станцией, системы выработки электроэнергии или кожухи газовых турбин.

При изучении приложений для испытаний на пожаротушение обычно используется датчик SprintIR 6S 100% углекислого газа для высокоскоростных измерений .

Этот датчик также интегрирован в основу нашего самого популярного регистратора данных отбора проб углекислого газа GasLab Pro® , который предназначен для измерения концентрации CO2 при испытаниях на пожаротушение и соответствует требованиям NFPA 12 и 17 .

Университетские исследовательские приложения

Наконец, многие из наших клиентов обычно ищут технологии и решения для газовых датчиков для продолжения своих исследований и достижений в научной области. Гипотеза любого общего исследования определит лучший датчик газа для ваших конкретных требований или потребностей.

На протяжении многих лет CO2Meter гордился тем, что работал вместе со многими университетами и исследовательскими проектами по всему миру.

В качестве одного примера мы смогли поработать со студентом, который хотел измерить уровень CO2 как в помещении, так и в своем районе.Используя датчик СО2 на 10 000 ppm K30 и микроконтроллер Arduino Uno, студент смог точно определить, чего не хватало его системе сообществ в настоящее время.

Мы надеемся, что вы получите более полное представление о конкретных применениях датчиков газа, которые обычно ищут, и вы сможете лучше понять идеальное решение для датчиков, которое наилучшим образом соответствует вашему применению и общим требованиям.

Для получения дополнительной информации о применении сенсорных технологий CO2Meter в ваших исследованиях, поговорите с экспертом сегодня: Sales @ CO2Meter.com

Газовые датчики комнатной температуры при фотоактивации: от оксидов металлов до 2D материалов

  • 1.

    З. Юнуса, М.Н. Хамидон, А. Кайзер, З. Аванг, Датчики газа: обзор. Сенсорные преобразователи 4 , 61–75 (2014)

    Google Scholar

  • 2.

    К. Аршак, Э. Мур, Г.М. Лайонс, Дж. Харрис, С. Клиффорд, Обзор газовых датчиков, используемых в приложениях электронного носа. Sens. Rev. 24 (2), 181–198 (2004).https://doi.org/10.1108/02602280410525977

    Статья Google Scholar

  • 3.

    Ямазое Н., На пути к инновациям газовой сенсорной техники. Sens. Actuat. B Chem. 108 (1–2), 2–14 (2005). https://doi.org/10.1016/j.snb.2004.12.075

    Статья Google Scholar

  • 4.

    Дж. Ходжкинсон, Р. П. Татам, Оптическое газовое зондирование: обзор. Измер. Sci. Technol. 24 , 012004 (2013).https://doi.org/10.1088/0957-0233/24/1/012004

    Статья Google Scholar

  • 5.

    Дж. Р. Стеттер, Дж. Ли, Амперометрические датчики газа — обзор. Chem. Ред. 108 (2), 352–366 (2008). https://doi.org/10.1021/cr0681039

    Статья Google Scholar

  • 6.

    С. Лаккис, Р. Юнес, Ю. Алайли, М. Саван, Обзор последних тенденций в технологиях обнаружения газов и их потенциал миниатюризации.Sens. Rev. 34 (1), 24–35 (2014). https://doi.org/10.1108/SR-11-2012-724

    Статья Google Scholar

  • 7.

    Z. Meng, R.M. Штольц, Л. Мендеки, К.А. Мирица, Электрически преобразованные химические сенсоры на основе двумерных наноматериалов. Chem. Ред. 119 (1), 478–598 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00311

    Статья Google Scholar

  • 8.

    Дж. Чжан, Х. Лю, Г. Нери, Н. Пинна, Наноструктурированные материалы для газовых датчиков комнатной температуры. Adv. Матер. 28 , 795–831 (2016). https://doi.org/10.1002/adma.201503825

    Статья Google Scholar

  • 9.

    S.W. Чиу, К. Tang, На пути к хемирезистивному электронному носу с сенсором: обзор. Датчики 13 (10), 14214–14247 (2013). https://doi.org/10.3390/s131014214

    Статья Google Scholar

  • 10.

    Ю. Цзян, Н. Тан, Ч. Чжоу, З. Хан, Х. Цюй, X. Дуань, Хемирезистивная матрица сенсоров из проводящих полимерных нанопроволок, изготовленных с помощью мягкой литографии в нанометровом масштабе. Наномасштаб 10 (44), 20578–20586 (2018). https://doi.org/10.1039/c8nr04198a

    Статья Google Scholar

  • 11.

    J. Shin, Y. Hong, M. Wu, Y. Jang, J.S. Ким и др., Значительно улучшенные характеристики отклика и восстановления газового датчика типа Si FET с использованием предварительного смещения.IEEE Int. Встреча электронных устройств. IEDM, Сан-Франциско, Калифорния, США. (2016). https://doi.org/10.1109/IEDM.2016.7838443

  • 12.

    S.J. Чой, И. Ким, Последние разработки в области 2D наноматериалов для газовых сенсоров хемирезистивного типа. Электрон. Матер. Lett. 14 , 221–260 (2018). https://doi.org/10.1007/s13391-018-0044-z

    Статья Google Scholar

  • 13.

    Х. Лю, Т. Ма, Н. Пинна, Дж. Чжан, Двумерные наноструктурированные материалы для газового зондирования.Adv. Функц. Матер. 27 , 1–30 (2017). https://doi.org/10.1002/adfm.201702168

    Статья Google Scholar

  • 14.

    Р. Кумар, Н. Гоэль, А.В. Агравал, Р. Ралия, С. Раджамани и др., Повышение эффективности обнаружения содержащего вакансии вертикально ориентированного MoS 2 с использованием частиц rGO. IEEE Sens. J. 19 (22), 10214–10220 (2019). https://doi.org/10.1109/jsen.2019.2932106

    Статья Google Scholar

  • 15.

    Н. Барсан, Д. Козей, У. Веймар, Исследование газовых сенсоров на основе оксидов металлов: как это сделать? Sens. Actuat. B Chem. 121 (1), 18–35 (2007). https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.09.047

    Статья Google Scholar

  • 16.

    Н. Джоши, Т. Хаясака, Ю. Лю, Х. Лю, О.Н. Оливейра, Л. Лин, Обзор хемирезистивных газовых сенсоров комнатной температуры на основе наноструктур оксидов металлов, графена и двумерных дихалькогенидов переходных металлов.Microchim. Акта 185 , 213 (2018). https://doi.org/10.1007/s00604-018-2750-5

    Статья Google Scholar

  • 17.

    Н. Тагучи, Устройство обнаружения газа, Патент США (1971)

  • 18.

    Барсан Н., Веймар У., Модель проводимости металлооксидных газовых сенсоров. J. Electroceramics 7 , 143–167 (2001). https://doi.org/10.1023/A:1014405811371

    Статья Google Scholar

  • 19.

    Ю.Ф. Солнце, С. Лю, Ф. Мэн, Дж. Лю, З. Цзинь, Л. Конг, Дж. Лю, Металлооксидные наноструктуры и их газочувствительные свойства: обзор. Датчики 12 (3), 2610–2631 (2012). https://doi.org/10.3390/s120302610

    Статья Google Scholar

  • 20.

    К. Ван, Л. Инь, Л. Чжан, Д. Сян, Р. Гао, Металлооксидные газовые датчики: чувствительность и влияющие факторы. Датчики 10 (3), 2088–2106 (2010). https: // doi.org / 10.3390 / s100302088

    Статья Google Scholar

  • 21.

    Э. Эспид, Ф. Тагипур, УФ-светодиодные фотоактивированные химические газовые сенсоры: обзор. Крит. Rev. Solid State Mater. Sci. 42 (5), 416–432 (2017). https://doi.org/10.1080/10408436.2016.1226161

    Статья Google Scholar

  • 22.

    Ф. Сюй, Х.П. Ho, Светоактивированные газовые сенсоры на основе оксидов металлов: обзор.Микромашины 8 (11), 333 (2017). https://doi.org/10.3390/mi8110333

    Статья Google Scholar

  • 23.

    К. Агир, С. Бернардини, Б. Лоусон, Т. Фиоридо, 8 — Тенденции в тонких пленках оксидов металлов: синтез и применение оксида олова . М.О. Орланди (ред.), Tin Oxide Mater. (Elsevier, 2020), стр. 219–246. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815924-8.00008-6

  • 24.

    Р. Кумар, В. Чжэн, Х.Лю, Дж. Чжан, М. Кумар, MoS 2 Наноматериалы на основе для газовых сенсоров при комнатной температуре. Adv. Матер. Technol. 5 (5), 1

  • 2 (2020). https://doi.org/10.1002/admt.2012

    Статья Google Scholar

  • 25.

    С. Ян, Ч. Цзян, С. Хуай Вэй, Газовое зондирование в 2D-материалах. Прил. Phys. Ред. (2017). https://doi.org/10.1063/1.4983310

    Статья Google Scholar

  • 26.

    К. Аничини, В. Чепа, Д. Пакульски, А. Алипранди, А. Чесельски, П. Самори, Химическое зондирование с помощью 2D-материалов. Chem. Soc. Ред. 47 (13), 4860–4908 (2018). https://doi.org/10.1039/c8cs00417j

    Статья Google Scholar

  • 27.

    Ли Ю.С. Юн, Д.Дж. Ким, Двумерные дихалькогениды переходных металлов и гибриды оксидов металлов для определения газов. ACS Sens. 3 (10), 2045–2060 (2018). https://doi.org/10.1021 / acssensors.8b01077

    Артикул Google Scholar

  • 28.

    Ф. Щедин, А.К. Гейм, С.В. Морозов, Э.В. Хилл, П. Блейк, М.И. Кацнельсон, К. Новоселов, Обнаружение отдельных молекул газа, адсорбированных на графене. Nat. Матер. 6 , 652 (2007). https://doi.org/10.1038/nmat1967

    Статья Google Scholar

  • 29.

    Р. Кумар, Н. Гоэль, М. Ходжамбердиев, М.Кумар, Гибкие газовые сенсоры на основе дихалькогенидов переходных металлов. Sens. Actuat. Физ. 303 , 111875 (2020). https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.111875

    Статья Google Scholar

  • 30.

    С. Цуй, Х. Пу, С. А. Уэллс, З. Вен, С. Мао и др., Сверхвысокая чувствительность и зависящие от слоя характеристики датчиков газа на основе фосфора. Nat. Commun. 6 , 8632 (2015). https://doi.org/10.1038/ncomms9632

    Статья Google Scholar

  • 31.

    Г. Оксид, М. Донарелли, 2D материалы для обнаружения газов: обзор. Датчики 18 , 3638 (2018). https://doi.org/10.3390/s18113638

    Статья Google Scholar

  • 32.

    Р. Кумар, П.К. Кулрия, М. Мишра, Ф. Сингх, Г. Гупта, М. Кумар, Высокоселективный и обратимый датчик газа NO 2 с использованием вертикально ориентированных чешуйчатых сетей MoS 2 . Нанотехнологии 29 , 46 (2018). https: // doi.org / 10.1088 / 1361-6528 / aade20

    Статья Google Scholar

  • 33.

    Х. Лонг, А. Харлей-Трохимчик, Т. Фам, З. Тан, Т. Ши и др., Гибридный аэрогель MoS 2 / графен с большой площадью поверхности для сверхчувствительного обнаружения NO 2 . Adv. Функц. Матер. 26 , 5158–5165 (2016). https://doi.org/10.1002/adfm.201601562

    Статья Google Scholar

  • 34.

    Р. Кумар, Н. Гоэль, М. Кумар, Высокопроизводительный датчик NO 2 с использованием сети нанопроволок MoS 2 . Прил. Phys. Lett. 112 , 053502 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5019296

    Статья Google Scholar

  • 35.

    J.D. Fowler, M.J. Allen, V.C. Тунг, Ю. Ян, Р. Б. Канер, Б. Х. Вейллер, Практические химические сенсоры из химически полученного графена. АСУ Нано 3 , 301–306 (2009). https: // doi.org / 10.1021 / nn800593m

    Статья Google Scholar

  • 36.

    N.D. Chinh, T.T. Hien, L. Van Do, N.M. Hieu, N.D. Quang, S.M. Ли, К. Ким, Д. Ким, Кинетика адсорбции / десорбции оксида азота на датчике нанопленки оксида цинка, усиленная световым облучением и украшением наночастицами золота. Sens. Actuat. B Chem. 281 , 262–272 (2019). https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.10.113

    Статья Google Scholar

  • 37.

    Р. Чен, Дж. Ван, Ю. Ся, Л. Сян, Ближний инфракрасный свет, улучшенный при комнатной температуре NO 2 обнаружение газа с помощью иерархических наностержней ZnO, функционализированных квантовыми точками PbS. Sens. Actuat. B Chem. 255 , 2538–2545 (2018). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.09.059

    Статья Google Scholar

  • 38.

    Дж. Гонг, Й. Ли, Х. Чай, З. Ху, Й. Дэн, активированные УФ-светом волокна ZnO для обнаружения органических газов при комнатной температуре.J. Phys. Chem. С 114 (2), 1293–1298 (2010). https://doi.org/10.1021/jp3k

    Статья Google Scholar

  • 39.

    Дж. Ли, Д. Гу, Й. Ян, Х. Ду, Х. Ли, SnO, активированный УФ-светом. 2 Нановолокна / ZnO для определения газа при комнатной температуре. Фронт. Матер. 6 , 158 (2019). https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00158

    Статья Google Scholar

  • 40.

    Э. Ву, Ю. Се, Б. Юань, Д. Хао, С. Ан и др., Специфическое и высокочувствительное обнаружение кетоновых соединений на основе MoTe p-типа 2 при ультрафиолетовом освещении. ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 10 (41), 35664–35669 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.8b14142

    Статья Google Scholar

  • 41.

    Q.H. Ли, К. Ван, Ю.X. Лян, Т. Ван, Электронный транспорт через отдельные нанопроволоки ZnO. Прил.Phys. Lett. 84 , 4556 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1759071

    Статья Google Scholar

  • 42.

    B.P.J. Де Лейси Костелло, Р.Дж. Эвен, Н.М. Рэтклифф, М. Ричардс, Высокочувствительные датчики комнатной температуры, основанные на активации наночастиц оксида цинка УФ-светом. Sens. Actuat. B Chem. 134 (2), 945–952 (2008). https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.06.055

    Статья Google Scholar

  • 43.

    S.W. Фан, А. Шривастава, В. Дравид, УФ-активируемый газоанализатор поликристаллического ZnO ​​при комнатной температуре. Прил. Phys. Lett. 95 , 142106 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3243458

    Статья Google Scholar

  • 44.

    X. Su, G. Duan, Z. Xu, F. Zhou, W. Cai, Реакция обнаружения газа в зависимости от структуры и толщины на NO 2 при УФ-облучении для многослойного ZnO ​​микро / наноструктурированного пористого материала. тонкие пленки.J. Colloid Interface Sci. 503 , 150–158 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.04.055

    Статья Google Scholar

  • 45.

    Дж. Цуй, Л. Ши, Т. Се, Д. Ван, Ю. Лин, УФ-освещение, комнатная температура, HCHO, газоочувствительный механизм ZnO с различными наноструктурами. Sens. Actuat. B Chem. 227 , 220–226 (2016). https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.12.010

    Статья Google Scholar

  • 46.

    Л. Пэн, К. Чжао, Д. Ван, Дж. Чжай, П. Ван, С. Панг, Т. Се, Газовое зондирование с помощью ультрафиолетового излучения: потенциальный подход к обнаружению формальдегида при комнатной температуре на основе наностержней оксида цинка. Sens. Actuat. B Chem. 136 (1), 80–85 (2009). https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.10.057

    Статья Google Scholar

  • 47.

    L. Peng, J. Zhai, D. Wang, Y. Zhang, P. Wang, Q. Zhao, T. Xie, Чувствительность ZnO к формальдегиду, зависящая от размера и фотоэлектрических характеристик, при облучении УФ-светом.Sens. Actuat. B Chem. 148 (1), 66–73 (2010). https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.04.045

    Статья Google Scholar

  • 48.

    М. Кумар, Р. Кумар, С. Раджамани, С. Ранва, М. Фанетти, М. Валант, М. Кумар, Эффективный датчик водорода комнатной температуры на основе УФ-активируемой наносети ZnO. Нанотехнологии 28 , 36 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa7cad

    Статья Google Scholar

  • 49.

    C.B. Jacobs, A.B. Максов, Э. Макли, Л. Коллинз, М. Махджури-Самани и др., УФ-активированные пленки ZnO на гибкой подложке для измерения при комнатной температуре O 2 и H 2 O. Sci. Отчетность 7 , 6053 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-05265-5

    Статья Google Scholar

  • 50.

    Н. Джоши, Л.Ф. да Силва, Ф.М. Симидзу, В. Мастеларо, Дж.К. М’Пеко, Л. Линь, О.Н. Oliveira, УФ-хеморезисторы из модифицированных золотом наностержней ZnO для обнаружения газообразного озона при комнатной температуре.Microchim. Акта 186 , 418 (2019). https://doi.org/10.1007/s00604-019-3532-4

    Статья Google Scholar

  • 51.

    Л. Хан, Д. Ван, Дж. Цуй, Л. Чен, Т. Цзян, Ю. Лин, Исследование газоочувствительности формальдегида In 2 O 3 -сенсибилизированных наноцветов ZnO под облучение видимым светом при комнатной температуре. J. Mater. Chem. 22 (25), 12915–12920 (2012). https://doi.org/10.1039/c2jm16105b

    Статья Google Scholar

  • 52.

    К. Чжан, А. Будиба, П. Де Марко, Р. Снайдерс, М.Г. Оливье, М. Деблики, Температурные реакции датчиков, освещенных видимым светом, WO 3 на NO 2 в диапазоне ниже ppm. Sens. Actuat. B Chem. 181 , 395–401 (2013). https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.01.082

    Статья Google Scholar

  • 53.

    П. Чакрабарти, М. Баник, Н. Гогурла, С. Сантра, С.К. Рэй, Р. Мукерджи, Опосредованное улавливанием света обнаружение газа при комнатной температуре с помощью упорядоченных наноструктур ZnO, украшенных плазмонными наночастицами Au.ACS Omega 4 (7), 12071–12080 (2019). https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01116

    Статья Google Scholar

  • 54.

    F. Xu, H.F. Lv, S.Y. Ву, Х. HO, светоактивированная газочувствительная активность нанотетраподов ZnO, усиленная плазмонной резонансной энергией наночастиц Au. Sens. Actuat. B Chem. 259 , 709–716 (2018). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.12.128

    Статья Google Scholar

  • 55.

    К. Чжан, Г. Се, М. Сю, Ю. Су, Х. Тай, Х. Ду, Ю. Цзян, Зондирование газа при комнатной температуре с помощью видимого света с помощью наночастиц гетероструктуры ZnO-Ag. Sens. Actuat. B Chem. 259 , 269–281 (2018). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.12.052

    Статья Google Scholar

  • 56.

    A.S. Чижов, М. Румянцева, Р.Б.Васильев, Д.Г. Филатова, К. Дроздов и др., Активированные видимым светом газовые сенсоры комнатной температуры на основе нанокристаллического ZnO, сенсибилизированного квантовыми точками CdSe.Sens. Actuat. B Chem. 205 , 305–312 (2014). https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.08.091

    Статья Google Scholar

  • 57.

    A.S. Чижов, М. Румянцева, Р.Б.Васильев, Д.Г. Филатова, К. Дроздов и др., Активация видимым светом при комнатной температуре NO 2 газовых сенсоров на основе ZnO, SnO 2 и In 2 O 3 , сенсибилизированных квантовыми точками CdSe. Тонкие твердые пленки 618 , 253–262 (2016).https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.09.029

    Статья Google Scholar

  • 58.

    H. Wang, L. Zhou, Y. Liu, F. Liu, X. Liang et al., УФ-активируемое сверхчувствительное и быстрое обратимое ppb NO 2 зондирование на основе наностержня ZnO, модифицированного путем создания межфазного электрическое поле с наночастицами In 2 O 3 . Sens. Actuat. B Chem. 305 , 127498 (2020). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127498

    Статья Google Scholar

  • 59.

    H. Wang, J. Bai, M. Dai, K. Liu, Y. Liu et al., Видимый свет активирован отлично NO 2 зондирование на основе 2D / 2D ZnO / gC 3 N 4 композитов с гетеропереходом . Sens. Actuat. B Chem. 304 , 127287 (2020). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127287

    Статья Google Scholar

  • 60.

    O. Casals, N. Markiewicz, C. Fabrega, I. Gràcia, C. Cane et al., Датчик частей на миллиард (ppb) для NO 2 с потребляемой мощностью в микроваттах (мкВт) на основе на микросветовых пластинах.ACS Sens. 4 (4), 822–826 (2019). https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00150

    Статья Google Scholar

  • 61.

    I. Cho, Y.C. Сим, М. Чо, Ю. Чо, И. Парк, Монолитный датчик газа на основе микроволокна / оксида металла на нанопроволоке с потребляемой мощностью микроватт. ACS Sens. 5 (2), 563–570 (2020). https://doi.org/10.1021/acssensors.9b02487

    Статья Google Scholar

  • 62.

    Дж. Саура, Газочувствительные свойства пиролитических пленок SnO 2 , подвергнутых ультрафиолетовому излучению. Sens. Actuat. B Chem. 17 (3), 211–214 (1994). https://doi.org/10.1016/0925-4005(93)00874-X

    Статья Google Scholar

  • 63.

    Э. Комини, Г. Фалья, Г. Сбервельери, Активация тонких пленок оксида олова УФ-светом для обнаружения NO 2 при низких температурах. Sens. Actuat. B Chem. 78 , 73–77 (2001).https://doi.org/10.1016/S0925-4005(01)00796-1

    Статья Google Scholar

  • 64.

    K. Anothainart, Light Enhanced NO 2 обнаружение газа с оксидом олова при комнатной температуре: измерения проводимости и работы выхода. Sens. Actuat. B Chem. 93 , 580–584 (2003). https://doi.org/10.1016/S0925-4005(03)00220-X

    Статья Google Scholar

  • 65.

    T. Hyodo, K. Urata, K. Kamada, T. Ueda, Y. Shimizu, SnO 2 полупроводниковых датчиков на основе NO 2 датчики работали при комнатной температуре под воздействием УФ-излучения. Sens. Actuat. B Chem. 253 , 630–640 (2017). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.06.155

    Статья Google Scholar

  • 66.

    F.H. Saboor, T. Ueda, K. Kamada, T. Hyodo, Y. Mortazavi, A.A. Ходадади, Ю. Симидзу, Улучшенная характеристика газового зондирования NO 2 голых и содержащих Pd датчиков SnO 2 толстопленочных сенсоров при облучении УФ-светом при комнатной температуре.Sens. Actuat. B Chem. 223 , 429–439 (2016). https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.09.075

    Статья Google Scholar

  • 67.

    Б. Лю, Ю. Луо, К. Ли, Х. Ван, Л. Гао, Г. Дуань, Комнатная температура NO 2 Газоанализ со сверхчувствительностью, активируемый ультрафиолетовым светом на основе SnO 2 однослойная матричная пленка. Adv. Матер. Интерфейсы 6 (12), 1

    6 (2019). https://doi.org/10.1002/admi.201

    6

    Статья Google Scholar

  • 68.

    Л.Ф. да Силва, Дж. К. М’Пеко, А.С. Катто, С. Бернардини, В. Мастеларо, К. Агир, К. Рибейро, Э. Лонго, УФ-усиленный отклик гетеропереходов ZnO-SnO 2 при обнаружении озонового газа при комнатной температуре. Sens. Actuat. B Chem. 240 , 573–579 (2017). https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.08.158

    Статья Google Scholar

  • 69.

    S. Park, S. An, Y. Mun, C. Lee, УФ-усиленный NO 2 газоочувствительные свойства SnO 2 -Core / ZnO-shell нанопроволоки при комнатной температуре.ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 5 (10), 4285–4292 (2013). https://doi.org/10.1021/am400500a

    Статья Google Scholar

  • 70.

    L. Zhao, Y. Chen, X. Li, X. Li, S. Lin, T. Li, M.N. Румянцева, А. Гасков, Определение формальдегида при комнатной температуре полых гетеропереходов SnO 2 / ZnO при активации УФ-светом. IEEE Sens. J. 19 (17), 7207–7214 (2019). https://doi.org/10.1109/JSEN.2019.29

    Статья Google Scholar

  • 71.

    Y. Xiong, W. Lu, D. Ding, L. Zhu, X. Li, C. Ling, Q. Xue, Улучшенные свойства определения кислорода при комнатной температуре полых сфер LaOCl-SnO 2 с помощью УФ-освещения. ACS Sens. 2 (5), 679–686 (2017). https://doi.org/10.1021/acssensors.7b00129

    Статья Google Scholar

  • 72.

    А. Насриддинов, М. Румянцева, Т. Шаталова, С. Токарев, П. Яльцева и др., Органико-неорганические гибридные материалы для светоактивированных суб-частей на миллион при комнатной температуре не обнаружены.Наноматериалы 10 (1), 70 (2020). https://doi.org/10.3390/nano10010070

    Статья Google Scholar

  • 73.

    X. Tian, ​​X. Yang, F. Yang, T. Qi, Датчик активированного газа в видимом свете на основе SnO, сенсибилизированного перилендиимидом 2 для обнаружения NO 2 при комнатной температуре. Коллоидные поверхности Физико-химия. Англ. Asp. 578 , 123621 (2019). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123621

    Статья Google Scholar

  • 74.

    W. Li, J. Guo, L. Cai, W. Qi, Y. Sun et al., УФ-излучение увеличило селективность газового сенсора NO 2 и SO 2 с использованием rGO, функционализированного полым SnO 2 нановолокна. Sens. Actuat. B Chem. 290 , 443–452 (2019). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.03.133

    Статья Google Scholar

  • 75.

    X. Li, X. Li, J. Wang, S. Lin, Высокочувствительные и селективные датчики формальдегида при комнатной температуре, использующие полые микросферы TiO 2 .Sens. Actuat. B Chem. 219 , 158–163 (2015). https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.05.031

    Статья Google Scholar

  • 76.

    Г. Мурали, М. Реддеппа, К. Сешендра Редди, С. Парк, Т. Чандракалавати, М. Д. Ким, И. Ин, Улучшение разделения и переноса носителей заряда через квантовую точку графена, легированную азотом, — TiO 2 Гибридная структура нанопластин для эффективного газового датчика NO. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 12 (11), 13428–13436 (2020).https://doi.org/10.1021/acsami.9b19896

  • 77.

    С. Трочино, П. Фронтера, А. Донато, К. Бусакка, Л. А. Скарпино, П. Антонуччи, Г. Нери, Свойства обнаружения газа под УФ-излучение наноструктур In 2 O 3 , обработанных методом электроспиннинга. Матер. Chem. Phys. 147 (1–2), 35–41 (2014). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2014.03.057

    Статья Google Scholar

  • 78.

    Н.Д.Чин, Н.Д. Куанг, Х. Ли, Т.Т. Хиен, Н.М. Хиеу и др., Кинетика газового зондирования NO при комнатной температуре при облучении УФ-светом наноструктур In 2 O 3 . Sci. Отчет 6 , 35066 (2016). https://doi.org/10.1038/srep35066

    Статья Google Scholar

  • 79.

    Я. Шен, Х. Чжун, Дж. Чжан, Т. Ли, С. Чжао и др., Рост мезопористого In на месте 2 O 3 массивов наностержней на пористой керамической подложке для обнаружения на уровне ppb NO 2 при комнатной температуре.Прил. Серфинг. Sci. 498 , 143873 (2019). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.143873

    Статья Google Scholar

  • 80.

    H. Ma, L. Yu, X. Yuan, Y. Li, C. Li, M. Yin, X. Fan, Фотоэлектрический датчик комнатной температуры NO 2 датчик газа, основанный на прямом выращивании грецкого ореха. как В 2 O 3 наноструктур. J. Alloys Compd. 782 , 1121–1126 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.180

    Артикул Google Scholar

  • 81.

    A. Giberti, C. Malag, V. Guidi, WO 3 чувствительные свойства, усиленные УФ-освещением: свидетельство поверхностного эффекта. Sens. Actuat. B Chem. 165 (1), 59–61 (2012). https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.02.012

    Статья Google Scholar

  • 82.

    L. Giancaterini, S.M. Эмамджомех, А. Де Марселлис, Э.Palange, C. Cantalini, NO 2 Газовый отклик нановолокон WO 3 при световой и термической активации. Процедуры Eng. 120 , 791–794 (2015). https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.824

    Статья Google Scholar

  • 83.

    X. Geng, Y. Luo, B. Zheng, C. Zhang, Фотонно-вспомогательные сенсоры водорода при комнатной температуре с использованием наногибридов WO 3 , нагруженных PdO. Int. J. Hydrogen Energy 42 (9), 6425–6434 (2017).https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.12.117

    Статья Google Scholar

  • 84.

    А.К. Гейм, Графен: состояние и перспективы. Science 324 , 1530–1534 (2009). https://doi.org/10.1126/science.1158877

    Статья Google Scholar

  • 85.

    К.С. Новоселов, В. Фаль’Ко, Л. Коломбо, П.Р. Геллерт, М.Г. Шваб, К. Ким, Дорожная карта для графена. Природа 490 , 192–200 (2012).https://doi.org/10.1038/nature11458

  • 86.

    А.К. Гейм, К. Новоселов, Возникновение графена. Nat. Матер. 6 , 182 (2007). https://doi.org/10.1038/nmat1849

    Статья Google Scholar

  • 87.

    X. Yan, Y. Wu, R. Li, C. Shi, R. Moro, Y. Ma, L. Ma, высокоэффективный УФ-датчик NO 2 датчик на основе химического осаждения из паровой фазы графен при комнатной температуре. САУ Омега. 4 (10), 14179–14187 (2019).https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00935

    Статья Google Scholar

  • 88.

    M.G. Чанг, Д.Х. Ким, Х.М. Ли, Т. Ким, Дж. Х. Чой и др., Высокочувствительный датчик газа NO 2 на основе графена, обработанного озоном. Sens. Actuat. B Chem. 166–167 , 172–176 (2012). https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.02.036

    Статья Google Scholar

  • 89.

    г.Чен, Т. Паронян, А. Арутюнян, Sub-ppt обнаружение газа с использованием чистого графена. Прил. Phys. Lett. 101 , 053119 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4742327

    Статья Google Scholar

  • 90.

    C.M. Ян, Т. Чен, Ю. Ян, М. Мейяппан, К.С. Лай, Улучшенные ацетоночувствительные свойства однослойного графена при комнатной температуре за счет эффекта расстояния между электродами и ультрафиолетового освещения. Sens. Actuat. B Chem. 253 , 77–84 (2017).https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.06.116

    Статья Google Scholar

  • 91.

    C.M. Ян, Т. Чен, Ю. Ян, М. Мейяппан, Эффект отжига на восстановление при УФ-облучении в газовом отклике датчиков NO 2 на основе графена. RSC Adv. 9 (40), 23343–23351 (2019). https://doi.org/10.1039/c9ra01295h

    Статья Google Scholar

  • 92.

    М.Zhao, L. Yan, X. Zhang, L. Xu, Z. Song и др., Комнатная температура NH 3 обнаружение устройств Ti / графен с помощью освещения видимым светом. J. Mater. Chem. С 5 , 1113–1120 (2017). https://doi.org/10.1039/c6tc04416f

    Статья Google Scholar

  • 93.

    H. Fei, G. Wu, W.Y. Cheng, W. Yan, H. Xu et al., Улучшенное зондирование NO 2 при комнатной температуре с помощью графена посредством украшения шариков из монодисперсного полистирола.ACS Omega 4 (2), 3812–3819 (2019). https://doi.org/10.1021/acsomega.8b03540

    Статья Google Scholar

  • 94.

    Дж. Азизи Джармошти, А. Никфарджам, Х. Хаджгассем, С.М. Банихашемиан, Улучшение обнаружения аммиака в видимом свете с использованием наночастиц серебра, декорированных на восстановленном оксиде графена. Матер. Res. Экспресс 6 , 066306 (2019). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab0bbf

  • 95.

    X.An, J.C. Yu, Y. Wang, Y. Hu, X. Yu, G. Zhang, WO 3 наностержни / нанокомпозиты графена для высокоэффективного фотокатализа под действием видимого света и газового зондирования NO 2 . J. Mater. Chem. 22 (17), 8525–8531 (2012). https://doi.org/10.1039/c2jm16709c

    Статья Google Scholar

  • 96.

    J.E. Ellis, D.C. Sorescu, S.C. Burkert, D.L. Уайт, А. Стар, Неконденсированный графитовый нитрид углерода на восстановленном оксиде графена для определения кислорода через механизм фотоокисления.ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 9 (32), 27142–27151 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b06017

    Статья Google Scholar

  • 97.

    Дж. Ху, Ч. Цзоу, Ю. Су, М. Ли, Х. Йе и др., Извлечение с помощью света для высокочувствительного датчика NO 2 на основе RGO-CeO 2 гибридов. Sens. Actuat. B Chem. 270 , 119–129 (2018). https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.05.027

    Статья Google Scholar

  • 98.

    X. Geng, J. You, J. Wang, C. Zhang, Зондирование диоксида азота в видимом свете с использованием нанокомпозитных датчиков оксида вольфрама и оксида графена. Матер. Chem. Phys. 191 , 114–120 (2017). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.01.046

    Статья Google Scholar

  • 99.

    Дж. Ван, Х. Дэн, Х. Ли, К. Ян, Ю. Ся, Фотокатализ в видимом свете улучшил определение формальдегидного газа при комнатной температуре с помощью гибридов MoS 2 / rGO.Sens. Actuat. B Chem. 304 , 127317 (2020). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127317

    Статья Google Scholar

  • 100.

    М. Реддеппа, Т. Чандракалавати, Б.Г. Парк, Дж. Мурали, Р. Сирандживи и др., Сенсоры газа CO с УФ-излучением на основе наностержней InGaN, декорированных композитом п-фенилендиамин-оксид графена. Sens. Actuat. B Chem. 307 , 127649 (2020). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127649

    Статья Google Scholar

  • 101.

    Ю. Ся, Дж. Ван, Л. Сюй, Х. Ли, С. Хуанг, Датчик метана при комнатной температуре на основе Pd-декорированных гибридов ZnO / rGO, усиленных фотокатализом в видимом свете. Sens. Actuat. B Chem. 304 , 127334 (2020). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127334

    Статья Google Scholar

  • 102.

    M. Chen, L. Zou, Z. Zhang, J. Shen, D. Li et al., Tandem gasochromic-Pd-WO 3 / Graphene / Si device for room temperature high performance оптоэлектронные датчики водорода.Углерод 130 , 281–287 (2018). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.01.013

    Статья Google Scholar

  • 103.

    А. Чен, Р. Лю, Х. Пэн, К. Чен, Дж. Ву, 2D-гибридные наноматериалы для избирательного обнаружения NO 2 и SO 2 Использование стратегии «свет включен и выключен» . ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 9 (42), 37191–37200 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b11244

    Статья Google Scholar

  • 104.

    С. Кумар, С. Каушик, Р. Пратап, С. Рагхаван, Графен на бумаге: простая и недорогая платформа для химического зондирования. ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 7 , 2189–2194 (2015). https://doi.org/10.1021/am5084122

    Статья Google Scholar

  • 105.

    D. Lee, H. Park, S.D. Хан, С. Ким, В. Ху и др., Химическое зондирование с автономным питанием, управляемое фотоэлектрическими гетеропереходами на основе графена с химически настраиваемыми встроенными потенциалами.Малый 15 (2), 1804303 (2019). https://doi.org/10.1002/smll.201804303

    Статья Google Scholar

  • 106.

    Р. Ганатра, К. Чжан, Многослойный MoS 2 : многообещающий слоистый полупроводник. АСУ Нано 8 (5), 4074–4099 (2014). https://doi.org/10.1021/nn405938z

    Статья Google Scholar

  • 107.

    Б. Радисавлевич, А. Раденович, Я.Бривио, В. Джакометти, А. Кис, Однослойные транзисторы MoS 2 . Nat. Nanotechnol. 6 , 147 (2011). https://doi.org/10.1038/nnano.2010.279

    Статья Google Scholar

  • 108.

    Т. Мюллер, Э. Малик, Экситонная физика и приборное применение двумерных дихалькогенидных полупроводников переходных металлов. Npj 2D Mater. Прил. 2 (2018). https://doi.org/10.1038/s41699-018-0074-2

  • 109.

    С.Ю. Чо, Х.Дж. Кох, Х.В. Ю, Дж. Ким, Х. Юнг, Настраиваемый датчик летучих органических соединений с использованием включения наночастиц Au на MoS 2 . ACS Sens. 2 , 183–189 (2017). https://doi.org/10.1021/acssensors.6b00801

    Статья Google Scholar

  • 110.

    М. Донарелли, Л. Оттавиано, 2d материалы для приложений обнаружения газов: обзор оксида графена, MoS 2 , WS 2 и фосфора.Датчики 18 (11), 3638 (2018). https://doi.org/10.3390/s18113638

    Статья Google Scholar

  • 111.

    F.K. Перкинс, А.Л. Фридман, Э. Кобас, П.М. Кэмпбелл, Г. Джерниган, Б. Йонкер, Химическое зондирование паров с однослойным MoS 2 . Nano Lett. 13 , 668–673 (2013). https://doi.org/10.1021/nl3043079

    Статья Google Scholar

  • 112.

    Д.Дж. Поздно Ю.К. Хуанг, Б. Лю, Дж. Ачарья, С. Широдкар и др., Сенсорное поведение атомно-тонкослойных транзисторов MoS 2 . АСУ Нано 7 , 4879–4891 (2013). https://doi.org/10.1021/nn400026u

    Статья Google Scholar

  • 113.

    А.Л. Фридман, Ф. Кейт Перкинс, Э. Кобас, Г.Г. Джерниган, П. Кэмпбелл, А. Hanbicki, B.T. Йонкер, Химическое зондирование паров двумерных устройств на полевых транзисторах MoS 2 .Твердое состояние. Электрон. 101 , 2–7 (2014). https://doi.org/10.1016/j.sse.2014.06.013

  • 114.

    Р. Кумар, Н. Гоэль, М. Кумар, УФ-активированный MoS 2 Быстрый и обратимый на основе NO 2 датчик при комнатной температуре. Датчики ACS 2 , 1744–1752 (2017). https://doi.org/10.1021/acssensors.7b00731

    Статья Google Scholar

  • 115.

    Р. Кумар, П.К. Кулрия, М. Мишра, Ф. Сингх, Г.Гупта, М. Кумар, Высокоселективный и обратимый датчик газа NO 2 с использованием вертикально ориентированных чешуйчатых сетей MoS 2 . Нанотехнологии 29 (46), 464001 (2018). https://doi.org/10.1088/1361-6528/aade20

    Статья Google Scholar

  • 116.

    Б. Чо, М.Г. Хам, М. Чой, Дж. Юн, А.Р. Ким и др., Зондирование газа на основе переноса заряда с использованием атомного слоя MoS 2 . Sci. Отчет 5 , 80525 (2015).https://doi.org/10.1038/srep08052

    Статья Google Scholar

  • 117.

    С. Раму, Т. Чандракалавати, Г. Мурали, К.С. Кумар, А. Судхарани и др., Однослойный газовый сенсор MoS 2 обладает улучшенными УФ-излучением свойствами газоочувствительности NO. Матер. Res. Выражать. 6 , 85075 (2019). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab20b7

    Статья Google Scholar

  • 118.

    Й. Канг, С. Пио, Э. Джо, Дж. Ким, Извлечение прореагировавшего MoS с помощью света 2 для обратимого определения NO 2 при комнатной температуре. Нанотехнологии 30 , 355504 (2019). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab2277

    Статья Google Scholar

  • 119.

    Ю.З. Чен, С. Ван, К. Ян, Ч. Чанг, Ю. Ван и др., Трехмерный конусообразный датчик MoS 2 на основе двухслойного NO с датчиком уровня PPb с определением уровня PPb при комнатной температуре.Наномасштаб 11 (21), 10410–10419 (2019). https://doi.org/10.1039/c8nr10157d

    Статья Google Scholar

  • 120.

    Т. Фам, Г. Ли, Э. Бекьярова, М. Э. Иткис, А. Мулчандани, MoS 2 Оптоэлектронный датчик газа на основе с предельным содержанием долей на миллиард NO 2 Обнаружение газа . ACS Nano 13 (3), 3196–3205 (2019). https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08778

    Статья Google Scholar

  • 121.

    Р. Кумар, Н. Гоэль, М. Мишра, Г. Гупта, М. Фанетти, М. Валант, М. Кумар, Рост MoS 2 –MoO 3 гибридных микроцветов посредством контролируемого процесса переноса пара для эффективного газа зондирование при комнатной температуре. Adv. Матер. Интерфейсы 5 (10), 1800071 (2018). https://doi.org/10.1002/admi.201800071

    Статья Google Scholar

  • 122.

    J.-S. Ким, Х.-В. Ю, Х. Чой, Х.-Т. Юнг, Настраиваемый датчик летучих органических соединений с использованием конъюгации тиолированного лиганда на MoS 2 .Nano Lett. 14 , 5941–5947 (2014). https://doi.org/10.1021/nl502906a

    Статья Google Scholar

  • 123.

    Y. Zhou, C. Zou, X. Lin, Y. Guo, УФ-свет активирован NO 2 газоанализ на основе наночастиц Au, украшенных многослойной тонкой пленкой MoS 2 при комнатной температуре. Прил. Phys. Lett. 113 , 1–7 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5042061

    Статья Google Scholar

  • 124.

    Y. Zhou, C. Gao, Y. Guo, ультрафиолетовый сверхчувствительный след NO 2 обнаружение газа на основе многослойных гетеропереходов нанолиста MoS 2 нанопроволока ZnO при комнатной температуре. J. Mater. Chem. А 6 , 10286–10296 (2018). https://doi.org/10.1039/c8ta02679c

    Статья Google Scholar

  • 125.

    Я. Ся, К. Ху, С. Гуо, Л. Чжан, М. Ван и др., MoS, обогащенный серными вакансиями, 2 гетероструктуры на основе нанолистов для оптоэлектроники ближнего инфракрасного диапазона NO 2 зондирование.ACS Appl. Nano Mater. 3 (1), 665–673 (2020). https://doi.org/10.1021/acsanm.9b02180

    Статья Google Scholar

  • 126.

    W. Zheng, Y. Xu, L. Zheng, C. Yang, N. Pinna, X. Liu, J. Zhang, MoS 2 Ван-дер-ваальсовы p – n переходы, обеспечивающие высокую селективность температура NO 2 датчик . Adv. Функц. Матер. 30 (19), 2000435 (2020). https://doi.org/10.1002/adfm.202000435

    Статья Google Scholar

  • 127.

    М. Реддеппа, Б.Г. Парк, Г. Мурали, С. Чой, Н.Д. Чин и др., Газовые сенсоры NOx на основе гетероперехода n-MoS 2 / p-GaN с переносом слоя при комнатной температуре: исследование УФ-излучения и влажности. Sens. Actuat. B Chem. 308 , 127700 (2020). https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.127700

    Статья Google Scholar

  • 128.

    Н. Гоэль, Р. Кумар, С.К. Джейн, С. Раджамани, Б. Роул и др., Высокопроизводительный датчик водорода на основе гетероперехода MoS 2 / GaN с обратным смещением.Нанотехнологии 30 , 314001 (2019). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab1102

    Статья Google Scholar

  • 129.

    Дж. Го, Р. Вэнь, Дж. Чжай, З.Л. Wang, Enhanced NO 2 Детекция газа однослойного MoS 2 с помощью фотостатирования и пьезофотронных эффектов. Sci. Бык. 64 , 128–135 (2019). https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.12.009

    Статья Google Scholar

  • 130.

    Л. Чжоу, К. Сюй, А. Зубайр, А. Д. Ляо, В. Фанг и др., Синтез высококачественного однородного нескольких слоев MoTe на большой площади 2 . Варенье. Chem. Soc. 137 (37), 11892–11895 (2015). https://doi.org/10.1021/jacs.5b07452

    Статья Google Scholar

  • 131.

    T.J. Октон, В. Нагаредди, С. Руссо, М.Ф. Craciun, C.D. Райт, Быстрые высокочувствительные многослойные фотоприемники MoTe 2 . Adv. Опт. Матер. 4 (11), 1750–1754 (2016).https://doi.org/10.1002/adom.201600290

    Статья Google Scholar

  • 132.

    З. Фэн, Ю. Се, Э. Ву, Ю. Ю, С. Чжэн и др., Повышенная чувствительность химического датчика MoTe 2 за счет светового освещения. Микромашины 8 (5), 155 (2017). https://doi.org/10.3390/mi8050155

    Статья Google Scholar

  • 133.

    Э. Ву, Ю. Се, Б. Юань, Х.Чжан, Х. Ху, Дж. Лю, Д. Чжан, Сверхчувствительный и полностью обратимый NO 2 обнаружение газа на основе p-типа MoTe 2 при ультрафиолетовом освещении. ACS Sens. 3 (9), 1719–1726 (2018). https://doi.org/10.1021/acssensors.8b00461

    Статья Google Scholar

  • 134.

    H.S. Ким, М. Патель, Дж. Ким, М.С. Джеонг, Рост вертикальных слоев WS 2 для быстродействующих оптоэлектронных устройств в УФ, видимом и ближнем ИК диапазонах.ACS Appl. Матер. Интерфейсы. 10 , 3964–3974 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.7b16397

    Статья Google Scholar

  • 135.

    Н. Хо, С. Ян, З. Вэй, С. С. Ли, Дж. Б. Ся, Дж. Ли, Полевые транзисторы с фотореактивным и газочувствительным действием на основе многослойных нано-хлопьев WS 2 . Sci. Отчет 4 , 5209 (2014). https://doi.org/10.1038/srep05209

    Статья Google Scholar

  • 136.

    Д. Гу, Х. Ли, Х. Ван, М. Ли, Й. Си и др., Световое определение летучих органических соединений WS 2 , основанные на хемирезистивных датчиках на основе микрочипов, работающих от трибоэлектронных наногенераторов. Sens. Actuat. B Chem. 256 , 992–1000 (2018). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.10.045

    Статья Google Scholar

  • 137.

    А.Ю. Поляков, Д.А. Козлов, В.А. Лебедев, Р. Чумаков, А. Фролов и др., Золотое украшение и фоторезистивный отклик нанотрубок WS 2 на диоксид азота.Chem. Eur. J. 24 (71), 18952–18962 (2018). https://doi.org/10.1002/chem.201803502

  • 138.

    В. Паолуччи, С.М. Эмамджомех, Л. Оттавиано, К. Канталини, Активированный светом при комнатной температуре WS 2 — rGO, украшенный газовым датчиком NO 2 . Датчики 19 (11), 2617 (2019). https://doi.org/10.3390/s1

  • 17

    Статья Google Scholar

  • 139.

    L.A. Burton, D. Colombara, R.Д. Абеллон, F.C. Grozema, L.M. Peter et al., Синтез, характеристика и электронная структура монокристаллического SnS, Sn 2 S 3 и SnS 2 . Chem. Матер. 25 (24), 4908–4916 (2013). https://doi.org/10.1021/cm403046m

    Статья Google Scholar

  • 140.

    Ю. Хуанг, Э. Саттер, Дж. Т. Садовски, М. Котле, О.Л.А. Монти и др., Дисульфид олова — новый слоистый полупроводник из дихалькогенида металла: свойства материалов и характеристики устройств.АСУ Нано 8 (10), 10743–10755 (2014). https://doi.org/10.1021/nn504481r

    Статья Google Scholar

  • 141.

    Г. Су, В.Г. Хаджиев, П. Лойя, Дж. Чжан, С. Лей и др., Химическое осаждение из газовой фазы тонких кристаллов слоистого полупроводника SnS 2 для быстрого фотодетектирования. Nano Lett. 15 , 506–513 (2015). https://doi.org/10.1021/nl503857r

    Статья Google Scholar

  • 142.

    T.J. Whittles, L.A. Burton, J.M. Skelton, A. Walsh, T.D. Veal, V.R. Дханак, Выравнивание полос, валентные зоны и уровни ядра в сульфидах олова SnS, SnS 2 и Sn 2 S 3 : эксперимент и теория. Chem. Матер. 28 (11), 3718–3726 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b00397

    Статья Google Scholar

  • 143.

    Д. Гу, Х. Ван, В. Лю, Х. Ли, С. Лин и др., Активированная видимым светом комнатная температура NO 2 обнаружение SnS 2 нанолистов на основе хеморезистивных сенсоров.Sens. Actuat. B Chem. 305 , 127455 (2020). https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127455

    Статья Google Scholar

  • 144.

    W.J. Yan, D.Y. Чен, Х.Р. Фух, Ю.Л. Ли, Д. Чжан и др., Фотоусиление газового зондирования SnS 2 с дефектами нанометрового размера. RSC Adv. 9 (2), 626–635 (2019). https://doi.org/10.1039/c8ra08857h

    Статья Google Scholar

  • 145.

    Х. Чен, Ю. Чен, Х. Чжан, Д. У. Чжан, П. Чжоу, Дж. Хуанг, Подвешенные слои SnS 2 с помощью света для сверхчувствительного обнаружения аммиака при комнатной температуре. Adv. Функц. Матер. 28 (20), 1801035 (2018). https://doi.org/10.1002/adfm.201801035

    Статья Google Scholar

  • 146.

    Ю. Хуанг, В. Цзяо, З. Чу, Г. Дин, М. Ян, Х. Чжун, Р. Ван, Сверхчувствительные комнатные температуры на уровне частей на миллиард NO 2 газовые датчики на основе SnS 2 наногибридов / rGO с PN переходом и улучшенными оптоэлектронными характеристиками для улучшения видимого света.J. Mater. Chem. С 7 (28), 8616–8625 (2019). https://doi.org/10.1039/c9tc02436k

    Статья Google Scholar

  • 147.

    С. Тонгай, Х. Сахин, К. Ко, А. Люс, В. Фан и др., Поведение монослоя в объеме ReS 2 из-за электронного и колебательного разделения. Nat. Commun. 5 , 3252 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms4252

    Статья Google Scholar

  • 148.

    С. Ян, Дж. Кан, К. Юэ, J.M.D. Коуи, К. Цзян, Дефектно-модулированные транзисторы и газоупрочненные фотодетекторы на нанолистах ReS 2 . Adv. Матер. Интерфейсы 3 (6), 1500707 (2016). https://doi.org/10.1002/admi.201500707

    Статья Google Scholar

  • 149.

    Анасори Б., Лукацкая М.Р., Гогоци Ю. 2D Карбиды и нитриды металлов (MXenes) для накопления энергии. Nat. Rev. Mater. 2 , 16098 (2017).https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.98

    Статья Google Scholar

  • 150.

    J. Pang, R.G. Мендес, А. Бачматюк, Л. Чжао, H.Q. Та, Т. Гемминг, Х. Лю, З. Лю, М.Х. Раммели и др., Применение 2D-MXenes в системах преобразования и хранения энергии. Chem. Soc. Ред. 48 (1), 72–133 (2019). https://doi.org/10.1039/c8cs00324f

    Статья Google Scholar

  • 151.

    Дж. Чжу, Э. Ха, Г. Чжао, Ю. Чжоу, Д. Хуанг и др.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.