Анализ абсорбционных процессов на поверхности нанокомпактированного газового сенсора
Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.395
Оригинальная статья
Аннотация: Хорошо известно, что абсорбция газа полупроводниковой поверхностью приводит к изменению ее электрической проводимости. Это явление стало основой для технического производства различных газочувствительных сенсоров. Вблизи поверхности частицы из-за абсорбции и последующей ионизации молекул кислорода образуется поверхностная зона, обедненная свободными носителями заряда. Толщина этой зоны сопоставима с Дебаевской длиной и зависит от давления кислорода на поверхность частицы. В зависимости от размера частиц и степени их соединения, между ними могут быть или проводящие контакты, или контакты типа барьера Шоттки. Все это приводит к различному виду взаимосвязи между проводимостью и концентрацией определяемого газа. Так как основой чувствительности являются химические реакции между поверхностью твердого тела и газовыми молекулами, то наиболее востребованными являются материалы с большим соотношением поверхности к объему и с большой степенью пористости, т.е. наночастицы. В представленной работе рассмотрены основные возможные механизмы абсорбции газовых молекул компактированными наночастицами и проведен их анализ.
Ключевые слова: абсорбция, полупроводники, нанокомпактированный материал, газовые сенсоры, моделирование
- Гафнер Юрий Яковлевич – д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Рыжкова Дарья Антоновна – аспирант третьего года обучения, старший преподаватель кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Ссылка на статью:
Гафнер, Ю.Я. Анализ абсорбционных процессов на поверхности нанокомпактированного газового сенсора / Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 395-403. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.395.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Seiyama, T. A new detector for gaseous components using semiconductive thin films / T. Seiyama, A. Kato, K. Fujiishi, M. Nagatani // Analytical Chemistry. – 1962. – V. 34. – I. 11. – P. 1502-1503. DOI: 10.1021/ac60191a001.
2. Madou, M.J.Chemical sending with solid state devices / M.J. Madou, S.R. Morrison. – London: Academic Press, 1989. – 556 p.
3. Guan, W. Gas-sensing performances of metal oxide nanostructures for detecting dissolved gases: a mini review / W. Guan, N. Tang, K. He, X. Hu, M. Li, K. Li // Frontiers in Chemistry. – 2020. – V. 8. – Art.№76. – 5 p. DOI: 10.3389/fchem.2020.00076.
4. Henzler, M. Oberflächenphysik des Festkörpers / M. Henzler, W. Göpel // In book series: Teubner Studienbücher Physik. – Stuttgart: Teubner, 1991. – 645 p.
5. Grate, J.W. Solubility interaction and the design of chemically selective sorbent coating for chemical sensors and arrays / J.W. Grate, M.H. Abraham // Sensors and Actuators B: Chemical. – 1991. – V. 3. – I. 2. – P. 85-111. DOI: 10.1016/0925-4005(91)80202-U.
6. Kohl, D. Function and applications of gas sensors / D. Kohl // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2001. – V. 34.– № 19. – P. R125-R149. DOI: 10.1088/0022-3727/34/19/201.
7. Simon, I. Nickel nanoparticle-decorated reduced graphene oxide/WO3 nanocomposite – a promising candidate for gas sensing / I. Simon, A. Savitsky, R. Mülhaupt, V. Pankov, C. Janiak // Beilstein Journal of Nanotechnology. – 2021. – V. 12. – P. 343-353. – DOI: 10.3762/BJNANO.12.28.
8. Редель, Л.В. Компьютерный анализ сенсорных свойств наноструктурированных SnO2 пленок. 3. Анализ восприимчивости SnO2 сенсора к угарному газу / Л. В. Редель, С. Л. Гафнер // Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 397-403. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.397.
9. Lantto, V. Computer simulation of the surface energy barrier of oxidic semiconductors with mobile donors / V. Lantto, T.S. Rantala // Sensors and Actuators B: Chemical. – 1994. – V. 19. – I. 1-3. – P. 711-715. DOI: 10.1016/0925-4005(93)01219-T.
10. Chowdhury, N.K. Micro/nanostructured gas sensors: the physics behind the nanostructure growth, sensing and selectivity mechanisms / N.K. Chowdhury, B. Bhowmik // Nanoscale Advances. – 2021. – V. 3. – I. 1. – P. 73-93. DOI: 10.1039/D0NA00552E.
11. Rantala, T.S. Effects of mobile donors on potential distribution in grain contacts of sintered ceramic semiconductors / T.S. Rantala, V. Lantto, T.T. Rantala // Journal of Applied Physics. – 1996. – V. 79. – I. 12. – P. 9206-9212. DOI: 10.1063/1.362593.
12. Rantala, T.S. Some effects of mobile donors on electron trapping at semiconductor surfaces / T.S. Rantala, V. Lantto // Surface Science. – 1996. – V. 352-354. – P.765-770. DOI: 10.1016/0039-6028(95)01225-7.
13. Rantala, T.S. Computational approaches to the chemical sensitivity of semiconducting tin dioxide / T.S. Rantala, V. Lantto, T.T. Rantala // Sensors and Actuators. – 1998. – V. 47. – I. 1-3. – P. 59-64. DOI: 10.1016/S0925-4005(98)00007-0.
14. Göpel, W. Ultimate limits in the miniaturization of chemical sensors / W. Göpel // Sensors and Actuators. – 1996. – V. 56. – I. 1-2. – P. 83-102. DOI: 10.1016/0924-4247(96)01287-3.
15. Storm, U. Entwicklung eines mehrfunktionalen Gassensorsubstrates zur Optimierung der Gasselektivität / U. Storm.–Berlin: Logos Verlag, 2001. – 137 p.