Визначення впливу відносної вологості на робочі параметри газового сенсору на основі оксиду цинку

Автор(и)

  • Наталя Вікторівна Мінська Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-8438-0618
  • Олександр Антонович Лєвтєров Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5926-7146
  • Ольга Сергіївна Шевченко Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0003-2106-5009
  • Андрій Олександрович Сігайов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-8121-3782
  • Олексій Сергійович Щербак Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-8843-0352
  • Сергій Володимирович Поляков Головне управління ДСНС України у Луганській області, Україна https://orcid.org/0009-0005-6807-1643
  • Василь Борисович Ротар Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0009-0006-5801-0959
  • Олександр Володимирович Ребров Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0009-0005-6654-7863
  • Володимир Анатолійович Крадожон Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0009-0004-1934-2120
  • Наталія Василівна Зобенко Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-3870-2046

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.307234

Ключові слова:

газовий сенсор, оксид цинку, магнетронне розпилення, відносна вологість, стандартні умови

Анотація

В роботі досліджено залежність робочих параметрів газового сенсору на основі оксиду цинку, отриманого методом магнетронного розпилення на постійному струмі від впливу відносної вологості. Дослідження залежності робочих параметрів газового сенсору проводилось за стандартних умов. Було встановлено, що зі збільшенням вологості електричний опір газового датчика зменшується і, відповідно, зменшується чутливість до цільового газу. Значна реакція газового датчика на підвищення вологості спостерігається в діапазоні 65–80 % відносної вологості. Зміна опору газового датчика спричинена захопленими електронами на адсорбованих молекулах кисню на поверхні чутливого шару. Захоплення електронів із зони провідності призводить до вигину зони провідності та збільшення зони просторового заряду, відповідно, до зміни опору чутливого шару газового сенсору. В атмосфері, коли молекули O2 адсорбуються на поверхні ZnO, вони видаляють електрон із зони провідності. Реакція адсорбованого на поверхні ZnO кисню з відновними газами та заміна адсорбованого кисню іншими молекулами змінює вигин зони провідності та зменшує область просторового заряду. Адсорбція води на поверхні оксиду цинку відбувається за механізмом дисоціації, який полягає в адсорбції молекул пари або гідроксильних груп з подальшим витісненням попередньо адсорбованого кисню та вільних електронів. Таким чином, це призводить до зниження чутливості газового сенсору. Адсорбція молекул водяної пари (H2O) також призводить до зменьшення хемосорбції форм кисню на поверхні ZnO через зменшення площі поверхні, яка відповідає за відгук сенсора. Запропоновано підходи щодо зменшення впливу відносної вологості на чутливість газового сенсора на основі оксиду цинку

Біографії авторів

Наталя Вікторівна Мінська, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра спеціальної хімії та хімічної технології

Олександр Антонович Лєвтєров, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра управління та організації діяльності у сфері цивільного захисту

Ольга Сергіївна Шевченко, Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту

Кандидат технічних наук

Кафедра профілактики пожеж та безпеки життєдіяльності населення

Андрій Олександрович Сігайов, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор економічних наук, професор

Кафедра інженерії програмного забезпечення в енергетиці

Олексій Сергійович Щербак, Національний університет цивільного захисту України

Ад'юнкт

Кафедра автоматичних систем безпеки та інформаційних технологій

Василь Борисович Ротар, Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

Кандидат педагогічних наук, доцент

Кафедра техніки та засобів цивільного захисту

Олександр Володимирович Ребров, Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту

Аспірант

Кафедра профілактики пожеж та безпеки життєдіяльності населення

Володимир Анатолійович Крадожон, Національний університет цивільного захисту України

Начальник курсу

Наталія Василівна Зобенко, Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

Кандидат технічних наук

Кафедра техніки та засобів цивільного захисту

Посилання

  1. Deng, X., Sang, S., Li, P., Li, G., Gao, F., Sun, Y. et al. (2013). Preparation, Characterization, and Mechanistic Understanding of Pd-Decorated ZnO Nanowires for Ethanol Sensing. Journal of Nanomaterials, 2013, 1–8. https://doi.org/10.1155/2013/297676
  2. Buryy, O., Ubizskii, S. В. (2017). Nanostructured gas sensors: the state of the art and perspectives for research. Visnyk Natsionalnoho universytetu «Lvivska politekhnika». Seriya: Radioelektronika ta telekomunikatsiyi, 885, 113–131. Available at: https://science.lpnu.ua/sites/default/files/journal-paper/2018/jun/13517/17.pdf
  3. Popov, O., Ivaschenko, T., Markina, L., Yatsyshyn, T., Iatsyshyn, A., Lytvynenko, O. (2023). Peculiarities of Specialized Software Tools Used for Consequences Assessment of Accidents at Chemically Hazardous Facilities. Systems, Decision and Control in Energy V, 779–798. https://doi.org/10.1007/978-3-031-35088-7_45
  4. Parihar, V., Raja, M., Paulose, R. (2018). A Brief Review of Structural, Electrical and Electrochemical Properties of Zinc Oxide Nanoparticles. Reviews On Advanced Materials Science, 53 (2), 119–130. https://doi.org/10.1515/rams-2018-0009
  5. Ryzhikov, A., Jońca, J., Kahn, M., Fajerwerg, K., Chaudret, B., Chapelle, A. et al. (2015). Organometallic synthesis of ZnO nanoparticles for gas sensing: towards selectivity through nanoparticles morphology. Journal of Nanoparticle Research, 17 (7). https://doi.org/10.1007/s11051-015-3086-2
  6. Kumar, R., Al-Dossary, O., Kumar, G., Umar, A. (2014). Zinc Oxide Nanostructures for NO2 Gas–Sensor Applications: A Review. Nano-Micro Letters, 7 (2), 97–120. https://doi.org/10.1007/s40820-014-0023-3
  7. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Krainiukov, O., Harbuz, S., Bezuhla, Y. et al. (2020). Use of uncertainty function for identification of hazardous states of atmospheric pollution vector. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (104)), 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200140
  8. Harun, K., Mansor, N., Ahmad, Z. A., Mohamad, A. A. (2016). Electronic Properties of ZnO Nanoparticles Synthesized by Sol-gel Method: A LDA+U Calculation and Experimental Study. Procedia Chemistry, 19, 125–132. https://doi.org/10.1016/j.proche.2016.03.125
  9. Minska, N., Ponomarenko, R., Shevchenko, R., Antoshkin, O. (2023). Optimization of the Technology of Creating Sensitive Gas Sensors Based on Zinc Oxide. Materials Science Forum, 1096, 81–86. https://doi.org/10.4028/p-lm4qpy
  10. Minska, N., Hvozd, V., Shevchenko, O., Slepuzhnikov, Y., Murasov, R., Khrystych, V. et al. (2023). Devising technological solutions for gas sensors based on zinc oxide for use at critical infrastructure facilities. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (124)), 34–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286546
  11. Agarwal, S., Rai, P., Gatell, E. N., Llobet, E., Güell, F., Kumar, M., Awasthi, K. (2019). Gas sensing properties of ZnO nanostructures (flowers/rods) synthesized by hydrothermal method. Sensors and Actuators B: Chemical, 292, 24–31. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.04.083
  12. Dral, A. P., ten Elshof, J. E. (2018). 2D metal oxide nanoflakes for sensing applications: Review and perspective. Sensors and Actuators B: Chemical, 272, 369–392. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.05.157
  13. Danchenko, Y., Andronov, V., Barabash, E., Obigenko, T., Rybka, E., Meleshchenko, R., Romin, A. (2017). Research of the intramolecular interactions and structure in epoxyamine composites with dispersed oxides. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (90)), 4–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.118565
  14. Bian, H., Ma, S., Sun, A., Xu, X., Yang, G., Yan, S. et al. (2016). Improvement of acetone gas sensing performance of ZnO nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds, 658, 629–635. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.217
  15. Yan, H., Song, P., Zhang, S., Yang, Z., Wang, Q. (2016). Facile synthesis, characterization and gas sensing performance of ZnO nanoparticles-coated MoS2 nanosheets. Journal of Alloys and Compounds, 662, 118–125. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.12.066
  16. Umar, A., Khan, M. A., Kumar, R., Algarni, H. (2018). Ag-Doped ZnO Nanoparticles for Enhanced Ethanol Gas Sensing Application. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 18 (5), 3557–3562. https://doi.org/10.1166/jnn.2018.14651
  17. Zhang, D., Yang, Z., Li, P., Zhou, X. (2019). Ozone gas sensing properties of metal-organic frameworks-derived In2O3 hollow microtubes decorated with ZnO nanoparticles. Sensors and Actuators B: Chemical, 301, 127081. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127081
  18. Miasoiedova, A., Minska, N., Shevchenko, R., Azarenkо, O., Lukashenko, V., Kyrychenko, O. et al. (2023). Improving the manufacturing technology of sensing gas sensors based on zinc oxide by using the method of magnetron sputtering on direct current. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (122)), 31–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.277428
  19. Deyneko, N., Kovalev, P., Semkiv, O., Khmyrov, I., Shevchenko, R. (2019). Development of a technique for restoring the efficiency of film ITO/CdS/CdTe/Cu/Au SCs after degradation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (97)), 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.156565
  20. Khrypunov, G., Vambol, S., Deyneko, N., Sychikova, Y. (2016). Increasing the efficiency of film solar cells based on cadmium telluride. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (84)), 12–18. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.85617
  21. Deyneko, N., Kryvulkin, I., Matiushenko, M., Tarasenko, O., Khmyrov, I., Khmyrova, A., Shevchenko, R. (2019). Investigation of photoelectric converters with a base cadmium telluride layer with a decrease in its thickness for tandem and two-sided sensitive instrument structures. EUREKA: Physics and Engineering, 5, 73–80. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2019.001002
  22. Hübner, M., Simion, C. E., Tomescu-Stănoiu, A., Pokhrel, S., Bârsan, N., Weimar, U. (2011). Influence of humidity on CO sensing with p-type CuO thick film gas sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 153 (2), 347–353. https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.10.046
Визначення впливу відносної вологості на робочі параметри газового сенсору на основі оксиду цинку

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-28

Як цитувати

Мінська, Н. В., Лєвтєров, О. А., Шевченко, О. С., Сігайов, А. О., Щербак, О. С., Поляков, С. В., Ротар, В. Б., Ребров, О. В., Крадожон, В. А., & Зобенко, Н. В. (2024). Визначення впливу відносної вологості на робочі параметри газового сенсору на основі оксиду цинку. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6 (129), 44–49. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.307234

Номер

Том 3 № 6 (129) (2024): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Natalia Minska, Alexander Levterov, Olga Shevchenko, Andrii Sihaiov, Oleksii Shcherbak, Serhii Poliakov, Vasyl Rotar, Oleksandr Rebrov, Volodymyr Kradozhon, Nataliia Zobenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.