Дослідження адсорбції молекул побутового газу на електрофізичні властивості поруватого кремнію
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2024.27.246Ключові слова:
поруватий кремній; адсорбція; побутовий газ; електропровідність; діелектрична проникність; метан; сенсори.Анотація
Предмет. У статті комплексно досліджено адсорбцію молекул побутового газу на поверхні поруватого кремнію та її вплив на електрофізичні властивості матеріалу. Мета. Визначення впливу адсорбції молекул побутового газу на електрофізичні характеристики поруватого кремнію та виявлення можливостей використання цього ефекту для розроблення ефективних газових сенсорів. Завдання. У межах дослідження проведено комплексне вивчення адсорбції газу на поруватому кремнії, виміряно зміни провідності та ємності матеріалу під впливом адсорбції газу, визначено оптимальні умови для детектування побутового газу, розглянуто можливості використання досягнутих результатів у розробленні технологій моніторингу якості повітря та безпеки середовища, а також досліджено вплив різних концентрацій побутового газу на електрофізичні характеристики поруватого кремнію. Методи. У дослідженні впроваджено методи електрофізичного аналізу для вимірювання змін провідності та ємності матеріалу. Результати. Досягнуті результати свідчать про значущий ефект адсорбції на електрофізичні властивості поруватого кремнію. Виявлено, що адсорбційний шар газу на поверхні матеріалу викликає не лише збільшення провідності, але й значні зміни в ємності, що може бути використано для розроблення ефективних газових сенсорів. Висновки. Електрофізичні зміни є показниками адсорбції та можуть бути використані для реального газового моніторингу. Існують оптимальні умови для детектування побутового газу. Визначено вплив концентрацій газу на електрофізичні характеристики поруватого кремнію. Розглянуто можливості застосування досягнутих результатів у виробництві екологічно чистих сенсорних систем для моніторингу якості повітря.
Посилання
Список літератури
Levitsky I. A. Porous Silicon Structures as Optical Gas Sensors. Sensors. 15(8). 2015. Р. 19968–19991. DOI: https://doi.org/10.3390/s150819968
Gor G. Y., Huber P., Bernstein N. Аdsorption-induced deformation of nanoporous materials. Applied Physics Reviews. 2017. № 011303. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4975001
Santana J. E., de Santiago F., Miranda Á., Pérez L. A., Salazar F., Trejo A., Cruz-Irisson M. Fluorinated porous silicon as a sensor material for environmentally toxic gases: a first-principles study. Materials Advances. 2021. P. 1072–1082. DOI: https://doi.org/10.1039/D0MA00884B
Kayahan E. Porous silicon-based CO2 sensors with high sensitivity. International Journal of Electronics and Optoelectronics, 2018. 1(1). P. 24–27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.03.024
Korotcenkov G., Rusu E. How to Improve the Performance of Porous Silicon-Based Gas and Vapor Sensors. Approaches and Achievements. Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science. 2019. DOI: https://doi.org/10.1002/pssa.201900348
Когдась М. Г., Оксанич А. П., Холод О. Г., Притчин C. Е. Удосконалення методу отримання поруватого шару на підкладках n-GaAs. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. 2018. Том 29 (68) № 6, частина 2. С. 228–234. URL: https://www.tech.vernadskyjournals.in.ua/journals/2018/6_2018/part_2/44.pdf
Mhamdi H., Azaiez K., Fiorido T., Benabderrahmane Zaghouani R., Lazzari J. L., Bendahan M., Dimassi W. Room temperature NO2 gas sensor based on stain-etched porous silicon: Towards a low-cost gas sensor integrated on silicon. Sensors and Actuators B: Chemical. 2022. V. 139. 109325 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109325
Loni A., Defforge T., Caffull E., Gautier G., Canham L. T. Porous silicon fabrication by anodization: Progress towards the realization of layers and powders with high surface area and micropore content. Microporous and Mesoporous Materials. 2015. 209. P. 25–33. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.03.006
Оксанич А., Когдась М., Холод О., Мащенко М. Розробка високочутливих датчиків водню на базі діодів Шотткі, виготовлених із нанорозмірних шарів n-GaAs. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2018. Вип. 2(109). С. 9–14. DOI: 10.30929/1995-0519.2018.2.P.9-14
Ghorbani Shiraz H. Efficient room temperature hydrogen gas sensing based on graphene oxide and decorated porous silicon. International Journal of Hydrogen Energy. 2017, 43(23). P. 15707–15717. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.05.045
Wang B., Zhang H., Phuong H. T., Jin F., Yang J. F., Ishizaki K. Gas permeability and adsorbability of the glass-bonded porous silicon carbide ceramics with controlled pore size. Ceramics International. 2014. 41(1). P. 1614–1620. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.10.032
Wang W., Gao Y., Tao Q., Liu Y. Z., Zuo J. J., Ju X. C., Zhang J. K.. A Novel Porous Silicon Composite Sensor for Formaldehyde Detection. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2015. V. 43, Issue 6. P. 849–855. DOI: https://doi.org/10.1016/S1872-2040(15)60829-5
Chang-Fang Wang, Mirkka P. Sarparanta Multifunctional porous silicon nanoparticles for cancer theranostics. Biomaterials. 2015. Vol. 48. 108–118. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.01.008
Choi M. S., Na H. G., Mirzaei A., Bang J. H., Oum W., Han S., Choi S. W., Kim M., Jin C., Kim S. S., Kim H. W. Room-temperature NO2 sensor based on electrochemically etched porous silicon. Journal of Alloys and Compounds. 2019. V. 811. 151975 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.151975.
Su-Ran Li, Fang-Yi Huo, Han-Qi Wang Recent advances in porous nanomaterials-based drug delivery systems for cancer immunotherapy. J Nanobiotechnology. 2022. № 20. 277 р. DOI: 10.1186/s12951-022-01489-4
References
Levitsky, I. A. (2015), "Porous Silicon Structures as Optical Gas Sensors", Sensors, 15(8), Р. 19968–19991. DOI: https://doi.org/10.3390/s150819968
Gor, G. Y., Huber, P., & Bernstein, N. (2017), "Adsorption-induced deformation of nanoporous materials", Applied Physics Reviews, 4, № 011303. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4975001
Santana, J. E., de Santiago, F., Miranda, Á., Pérez, L. A., Salazar, F., Trejo, A., & Cruz-Irisson, M. (2021), "Fluorinated porous silicon as a sensor material for environmentally toxic gases: a first-principles study", Materials Advances, Р. 1072–1082. DOI: https://doi.org/10.1039/D0MA00884B
Kayahan, E. (2018), "Porous silicon-based CO2 sensors with high sensitivity", International Journal of Electronics and Optoelectronics, 1(1), Р. 24–27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.03.024
Korotcenkov, G., & Rusu, E. (2019), "How to Improve the Performance of Porous Silicon-Based Gas and Vapor Sensors. Approaches and Achievements", Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science. DOI: https://doi.org/10.1002/pssa.201900348
Kogdas, M., Oksanych, P., Kholod, G., Pritchin, E. (2018), "Improvement of the method of creating contacts from the Schottky barrier to porous GaAs", Scientific Notes of the Tauride National University named after V.I. Vernadsky. Vol. 29 (68) No. 6, part 2, P. 228–234. URL: https://www.tech.vernadskyjournals.in.ua/journals/2018/6_2018/part_2/44.pdf.
Mhamdi, H., Azaiez, K., Fiorido, T., Benabderrahmane Zaghouani, R., Lazzari, J. L., Bendahan, M., & Dimassi, W. (2022), "Room temperature NO2 gas sensor based on stain-etched porous silicon: Towards a low-cost gas sensor integrated on silicon", Sensors and Actuators B: Chemical. V. 139. 109325 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109325
Loni, A., Defforge, T., Caffull, E., Gautier, G., & Canham, L. T. (2015), "Porous silicon fabrication by anodization: Progress towards the realization of layers and powders with high surface area and micropore content", Microporous and Mesoporous Materials, 209, Р. 25–33. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.03.006
Kogdas, M., Oksanych, P., Kholod, G., Mashenko, M. (2018), "Development of highly sensitive hydrogen sensors based on Schottky diodes made of nanoscale n-GaAs layers", Bulletin of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, Issue 2(109) P. 9–14. DOI: 10.30929/1995-0519.2018.2.P.9-14
Ghorbani Shiraz, H. (2017), "Efficient room temperature hydrogen gas sensing based on graphene oxide and decorated porous silicon", International Journal of Hydrogen Energy, 42(23), Р. 15707–15717. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.05.045
Wang, B., Zhang, H., Phuong, H. T., Jin, F., Yang, J. F., & Ishizaki, K. (2014), "Gas permeability and adsorbability of the glass-bonded porous silicon carbide ceramics with controlled pore size", Ceramics International, 41(1), Р. 1614–1620. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.10.032
Wang, W., Gao, Y., Tao, Q., Liu, Y. Z., Zuo, J. J., Ju, X. C., & Zhang, J. K. (2015), "A Novel Porous Silicon Composite Sensor for Formaldehyde Detection", Chinese Journal of Analytical Chemistry, 43(6), Р. 849–855. DOI: https://doi.org/10.1016/S1872-2040(15)60829-5
Chang-Fang Wang, Mirkka P. (2015), "Sarparanta Multifunctional porous silicon nanoparticles for cancer theranostics", Frontiers in Chemistry, Vol. 48, P. 108–118. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.01.008
Choi, M. S., Na, H. G., Mirzaei, A., Bang, J. H., Oum, W., Han, S., Choi, S. W., Kim, M., Jin, C., Kim, S. S., & Kim, H. W. (2019), "Room-temperature NO2 sensor based on electrochemically etched porous silicon", Journal of Alloys and Compounds. V. 811. 151975 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.151975
Su-Ran Li, Fang-Yi Huo, Han-Qi Wang (2022), "Recent advances in porous nanomaterials-based drug delivery systems for cancer immunotherapy", J Nanobiotechnology, 20. 277 р. DOI: 10.1186/s12951-022-01489-4
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
