Оптимізація технології створення чутливих газових сенсорів на основі оксиду цинку при використанні золь-гель метода
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263686Ключові слова:
оксид цинку, напівпровідникова структура, газовий сенсор, золь-гель метод, вольт-амперна характеристика, температурна залежність, газове середовище, газоаналізатор, відновний газ, контактний опірАнотація
В роботі досліджено наноструктуровані зразки оксиду цинку, призначеного для використання в якості газового сенсору. Експериментальні зразки були отримані економічним та придатним для широкомасштабного виробництва золь-гель методом. Встановлено залежність ефективності газових сенсорів на основі оксиду цинку від температури. Досліджено електричні властивості експериментальних зразків в повітряному середовищі в діапазоні значень початкової напруги 5–30 В та за температур 320, 370 та 450 K. Встановлено, що для нанорозмірного оксиду цинку вольт-амперна характеристика є неомічною, проте характер кривих може змінюватись за рахунок підвищення робочої температури. Отримані експериментальні залежності пояснюються особливостями морфології отриманого наноструктурованого оксиду цинку, яка впливає на величину контактного опору в структурі. Велика кількість нанорозмірних частинок призводить до зростання кількості енергетичних бар’єрів, що негативно впливає на чутливість експериментальних зразків до газового середовища. Проведено дослідження чутливості зразків до встановленого газового середовища, а саме 100 ppm CO. Електропровідність оксиду цинку визначається вакансіями кисню, які є донорами електронів, і, відповідно, енергія активації провідності визначається донорними рівнями, утвореними вакансіями в забороненій зоні ZnO. Під час нагрівання відбувається зменшення опору зразка з підвищенням температури і електропровідність визначається термічною генерацією електронів. Розуміння залежності чутливості сенсора від температури та використання чутливих шарів ZnO різної морфології дасть можливість до розпізнавання газоподібних компонентів у складній суміші
Посилання
- Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P., Gornostal, S. (2019). Development of the method for rapid detection of hazardous atmospheric pollution of cities with the help of recurrence measures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (97)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155027
- Paraguay D., F., Miki-Yoshida, M., Morales, J., Solis, J., Estrada L., W. (2000). Influence of Al, In, Cu, Fe and Sn dopants on the response of thin film ZnO gas sensor to ethanol vapour. Thin Solid Films, 373 (1-2), 137–140. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(00)01120-2
- Vambol, S., Vambol, V., Sychikova, Y., Deyneko, N. (2017). Analysis of the ways to provide ecological safety for the products of nanotechnologies throughout their life cycle. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (85)), 27–36. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.85847
- Lv, Y., Guo, L., Xu, H., Chu, X. (2007). Gas-sensing properties of well-crystalline ZnO nanorods grown by a simple route. Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 36 (1), 102–105. doi: https://doi.org/10.1016/j.physe.2006.09.014
- Vanalakar, S. A., Patil, V. L., Harale, N. S., Vhanalakar, S. A., Gang, M. G., Kim, J. Y. et. al. (2015). Controlled growth of ZnO nanorod arrays via wet chemical route for NO2 gas sensor applications. Sensors and Actuators B: Chemical, 221, 1195–1201. doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.07.084
- Jia, X., Fan, H., Afzaal, M., Wu, X., O’Brien, P. (2011). Solid state synthesis of tin-doped ZnO at room temperature: Characterization and its enhanced gas sensing and photocatalytic properties. Journal of Hazardous Materials, 193, 194–199. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.07.049
- Dar, G. N., Umar, A., Zaidi, S. A., Ibrahim, A. A., Abaker, M., Baskoutas, S., Al-Assiri, M. S. (2012). Ce-doped ZnO nanorods for the detection of hazardous chemical. Sensors and Actuators B: Chemical, 173, 72–78. doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.06.001
- Kumar, M., Singh Bhati, V., Ranwa, S., Singh, J., kumar, M. (2017). Pd/ZnO nanorods based sensor for highly selective detection of extremely low concentration hydrogen. Scientific Reports, 7 (1). doi: https://doi.org/10.1038/s41598-017-00362-x
- Ranwa, S., Kulriya, P. K., Sahu, V. K., Kukreja, L. M., Kumar, M. (2014). Defect-free ZnO nanorods for low temperature hydrogen sensor applications. Applied Physics Letters, 105 (21), 213103. doi: https://doi.org/10.1063/1.4902520
- Jing, Z., Zhan, J. (2008). Fabrication and Gas-Sensing Properties of Porous ZnO Nanoplates. Advanced Materials, 20 (23), 4547–4551. doi: https://doi.org/10.1002/adma.200800243
- Yang, C., Wu, P., Gan, W., Habib, M., Xu, W., Fang, Q., Song, L. (2016). Low temperature CVD growth of ultrathin carbon films. AIP Advances, 6 (5), 055310. doi: https://doi.org/10.1063/1.4949755
- Tuayjaroen, R., Jutarosaga, T. (2017). The influence of oxygen partial pressure on the shape transition of ZnO microstructure by thermal evaporation. Thin Solid Films, 631, 213–218. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.04.023
- Umar, A., Akhtar, M. S., Al-Hajry, A., Al-Assiri, M. S., Almehbad, N. Y. (2012). Hydrothermally grown ZnO nanoflowers for environmental remediation and clean energy applications. Materials Research Bulletin, 47 (9), 2407–2414. doi: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2012.05.028
- Pawar, R. C., Lee, J.-W., Patil, V. B., Lee, C. S. (2013). Synthesis of multi-dimensional ZnO nanostructures in aqueous medium for the application of gas sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 187, 323–330. doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.11.100
- Znaidi, L. (2010). Sol–gel-deposited ZnO thin films: A review. Materials Science and Engineering: B, 174 (1-3), 18–30. doi: https://doi.org/10.1016/j.mseb.2010.07.001
- Chavan, A., Shivaraj, B. W., Murthy, H. N. N., A, V., Holla, V., Shandilya, S. et. al. (2015). Parametric Study of Sol Gel Technique for Fabricating ZnO Thin Films. Procedia Materials Science, 10, 270–278. doi: https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.06.050
- Deyneko, N. (2020). Study of Methods for Producing Flexible Solar Cells for Energy Supply of Emergency Source Control. Materials Science Forum, 1006, 267–272. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1006.267
- Pospelov, B., Andronov, V., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P. (2018). Studying the recurrent diagrams of carbon monoxide concentration at early ignitions in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (93)), 34–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133127
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Oleh Neshpor, Natalya Deyneko, Roman Ponomarenko, Artem Maiboroda, Mykhaylo Kropyva, Oleg Blyashenko, Serhii Yeremenko, Volodymyr Sydorenko, Vasyl Servatyuk, Andrei Pruskyi
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.
