Динамика отклика сенсора на основе наноструктурированного слоя диоксида олова при воздействии паров изопропанола
Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв, Д.А. Тимошенко
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского»
DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.708
Оригинальная статья
Аннотация: C помощью золь-гель технологии синтезированы наноструктурированные газочувствительные пленки диоксида олова. Исследовано влияние температуры на проводимость сенсора в атмосфере очищенного воздуха, на величину отклика сенсора при воздействии паров изопропанола различной концентрации. На температурной зависимости проводимости плёнки диоксида олова в атмосфере чистого воздуха наблюдается локальный минимум. Уменьшение проводимости с ростом температуры в диапазоне 300…350оС может быть связано с диссоциацией молекулярной формы адсорбированного кислорода. При температурах выше 350°С проводимость возрастает из-за десорбции атомарной формы адсорбированного кислорода с поверхности газочувствительного слоя диоксида олова. Обнаружено, что наибольший отклик к газовым пробам достигается при рабочей температуре сенсора порядка 350°С. Предполагается, что это обусловлено наличием на поверхности атомарной формы хемосорбированного кислорода. Проведен анализ концентрационных и температурных зависимостей времени отклика сенсора при воздействии паров изопропанола. Время отклика сенсора монотонно уменьшается с повышением содержания примеси в газовых пробах, по-видимому, из-за увеличения скорости адсорбции частиц примеси из газовой фазы на поверхность газочувствительного слоя. Установлено, что зависимость времени отклика от рабочей температуры имеет аррениусовский вид, что может быть связано с термоактивированными адсорбционно-десорбционными и гетерогенными химическими процессами на поверхности активного слоя сенсора.
Ключевые слова: золь-гель метод, наноструктурированные пленки, диоксид олова, время отклика сенсора газа
- Клычков Никита Александрович – студент магистратуры кафедры материаловедения, технологии и управления качеством, ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского»
- Симаков Вячеслав Владимирович – д.т.н., профессор кафедры материаловедения, технологии и управления качеством, ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского»
- Синёв Илья Владимирович – к.ф.-м.н., доцент кафедры материаловедения, технологии и управления качеством, ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского»
- Тимошенко Дмитрий Александрович – студент аспирантуры кафедры материаловедения, технологии и управления качеством, ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского»
Ссылка на статью:
Клычков, Н.А. Динамика отклика сенсора на основе наноструктурированного слоя диоксида олова при воздействии паров изопропанола / Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв, Д.А. Тимошенко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 708-716. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.708.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Korotcenkov, G. Handbook of gas sensor materials / G. Korotcenkov. – New York: Springer-Verlag, 2013. – XIX, 442 p. DOI: 10.1007/978-1-4614-7165-3.
2. Симаков, В.В. Распознавание запахов дыма на основе анализа динамики отклика мультисенсорной микросистемы / В.В. Симаков, А.С. Ворошилов, В.В. Галушка и др. // Нано- и микросистемная техника. – 2012. – № 9 (146). – С. 49-54.
3. Смирнов, А.В. Отклик газочувствительной микросистемы на запах перегретой изоляции электрического кабеля / А.В. Смирнов, А.И. Гребенников, А.Н. Грибов и др. // Нано- и микросистемная техника. – 2014. – № 2 (163). – С. 53-56.
4. Синёв, И.В. Влияние освещения на распознавательную способность мультисенсорных микросистем на основе нитевидных нанокристаллов диоксида олова / И.В. Синёв, Н.А. Клычков, Д.А. Тимошенко, В.В. Симаков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 713-721. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.713.
5. Li, S.-H. Highly sensitive gas sensor based on SnO2 nanorings for detection of isopropanol / S.-H. Li, Z . Chu, F.-F. Meng et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2016. – V. 688. – Part B. – P. 712-717. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.07.248.
6. Симаков, В.В. Изменение проводимости тонкой пленки оксида олова при ступенчатом воздействии газовой пробы / В.В. Симаков, О.В. Якушева, А.С. Ворошилов, А.И. Гребенников, В.В. Кисин // Письма в Журнал технической физики. – 2006. – Т. 32. – Вып. 16. – С. 75-83.
7. Choi, P.G. Improvement of sensing properties for SnO2 gas sensor by tuning of exposed crystal face / P.G. Choi, N. Izu, N. Shirahata, Y. Masuda // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2019. – V. 296. – Art. № 126655. – 8 p. DOI: 10.1016/j.snb.2019.126655.
8. Кушнарёв, Б.О. Газочувствительность тонкой пленки диоксида олова к парам керосина при комнатной температуре / Б.О. Кушнарёв, Л.С. Хлудкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 420-426. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.420.
9. Сигаев, А.П. Исследование адсорбционных свойств наноструктурированных плёнок на основе диоксида олова / А.П. Сигаев, И.А. Аверин, А.А. Карманов, И.А. Пронин, Н.Д. Якушова // Физико- химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 162-169. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.162.
10. Редель, Л.В. Компьютерный анализ сенсорных свойств наноструктурированных SnO2 пленок. 1. Расчет проводимости газового сенсора на основе наночастиц SnO2 / Л.В. Редель, С.Л. Гафнер // Физико- химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 383-389. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.383.
11. Grundler, P. Chemical sensors: an introduction for scientists and engineers / P. Grundler. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2007. – X, 274 p. DOI: 10.1007/978-3-540-45743-5.
12. Gas sensing fundamentals // In: Springer series on chemical sensors and biosensors. – V. 15; ed. by C.-D. Kohl, T. Wagner. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2014. – IX, 342 p. DOI: 10.1007/978-3-642-54519-1.