بررسي و مطالعه عملكرد سنسورگازي ساخته شده از پوشش
نانوسيمي اكسيد روي

امين نكوبين* 1، مصطفي خديوي 2
1و2- كارشناس ارشد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، باشگاه پژوهشگران جوان، نجف آباد، ايران
* [email protected]
(تاريخ دريافت: 09/05/90، تاريخ پذيرش: 20/10/90)

چكيده
در اين پژوهش، سنتز پوشش نانو سيمهاي همراستاي اكسيد روي (ZnO)، با استفاده از روش محلولي دما پايين انجام گرديـد. سـپسحساسيت پوشش سنتز شده نسبت به گازهاي 2CO و 2O در دماي اتاق مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت. مشخصه يابي پوشـش نـانوسيمهاي اكسيد روي توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آناليز فازي توسط آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) صـورت گرفت. نتايج نشان داد سنتز پوشش نانو اكسيد روي بهصورت يك بعدي و هم راستا ميباشـد . از طرفـي مطـابق نتـايج بدسـت آمـدهنسبت سطح به حجم بالاي نانو سيمهاي هم راستاي اكسيد روي منجر به بهبود حساسـيت ايـن پوشـش بـه گـاز حتـي در دمـاي اتـاق
گرديده است.

واژه هاي كليدي:
حسگرگازي، نيمه رسانا، نانو سيم، اكسيد روي.

مقدمه
امروزه اهميت تشخيص و شناسايي گازهـاي موجـود در اطـرافبسيار پر اهميت شده است [1]. يكي از گزينههـاي مناسـب بـرايتشخيص گازها استفاده از حسگرهاي گازي نيمه رسانا است كـهدر هنگام تماس با گازهاي مختلف با توجه به نوع گاز، با جـذبسطحي و واجذبي سطحي مولكولهاي گاز تغييراتي در مقاومت الكتريكي آنهـا ايجـاد مـي كنـد كـه بـا اسـتفاده از ايـن مكـانيزمحضور گـاز شناسـايي مـيشـود [2]. در سـال هـاي اخيـر توليـد واستفاده از نانو ساختارهاي اكسيدي بسيار مورد توجـه قرارگرفتـهاست. اكسيد روي (ZnO) يكـي از مهـمتـرين نيمـه هـاديهـايياست كه محدوده كاربرد وسيعي دارد،كه ميتوان به كـاربرد آندر صنايع اپتيك، حسگرها، سلولهاي خورشيدي و علوم زيستي اشاره كـرد [2]. اكسـيد روي داراي بانـد گـپ پهـن (eV 3/3) و نيمه هادي نوع n است كه در حالت عادي در سيسـتم كريسـتاليورتزيت شكل ميگيـرد [2-5]. واكـنش بـه گـاز بـراي گازهـايمختل ف ارتب اط ب ه س طح و ريخ ت شناس ـي م ـاده دارد[6-7].
نانوكريســتالهــاي يــك بعــدي (1D) اكســيد روي مــوادي بــاحساسيت بالا براي استفاده در سنسورها مطرح شدهانـد و ايـن بـهدليل سرعت جفت شدن آهسته الكترون/ حفره و همچنين نسبت سطح به حجم بالاي آنها در مقايسه با مواد حساس متداول است [2]. اما يك محدوديت بزرگ براي استفاده از اين نوع حسگرها وجود دارد كه آن شرايط دمايي لازم براي عملكرد مناسب آنها است. اين گونه حسگرها معمولا براي افزايش حساسـيت احتيـاجبه دماي كاري بالايي دارند(°C500-200) [4و 8 -9]. اما با بهبود بخش يدن س اختار، ش كل، جه ت گي ري و س اختمان كريس تالي حسگرها همچون استفاده از ساختار نانوكريسـتالي مـي تـوان ايـنمحدوديت را بر طرف كرد.
لذا در اين پژوهش، ابتـدا نانوكريسـتال هـاي يـك بعـدي اكسـيدروي توسط روش محلولي دما پايين سنتز گرديد سپس با استفاده از اين پوشش حسگر گازي ساخته شد و در نهايت حساسيت اين پوشش نسبت به گازهاي 2CO و 2O مورد بررسي و مطالعـه قـرارگرفت.

مواد و روش تحقيق
2-1- سنتز پوشش نانو سيمي اكسيد روي براي ايجاد پوشش مورد نظر از يك زير لايهي شيشـه اي اسـتفادهگردي د. قب ل از ايج اد پوش ش نه ايي، ابت دا ب ا اس تفاده از روش سل- ژل و با تكنيـك پوشـش دهـي چرخشـي (Spin Coating) يك بذر لايه (seed layer) بر روي سطح پوشش داده شد. كليـهمواد مورد استفاده جهت ايجاد پوشش از كمپاني مرك (آلمـان ) تهيه شـد . در شـكل (1) شـماتيك روش توليـد، نشـان داده شـدهاست.

شكل (1): مراحل تهيه پوشش نانوسيمهاي اكسيد روي: الف) بستر شيشهاي، ب) بذر لايه اكسيد روي و ج) نانوسيم هاي رشد يافته بر روي بذر لايه.

براي ايجاد بذر لايهي اكسيد يك تركيب بسـيار متـداول بـه كـارگرفته شد،كه جزييات آن در زير آورده شده است:
ابتدا استات روي دو آبه (Zn(CH3COO)2.2H2O) را در محلول تركيب ي مون و ات انول آم ين (NH2CH2CH2OH) و دومتوكس ي اتــــ انول (2-methoxyethanol) بــــ ا فرمــــ ول شــــ يميايي (CH3OCH2CH2OH) حل شد، قابل ذكر است كـه هـم غلظـتاستات روي و هم غلظت اتـانول آمـين در محلـول حاصـل شـدهبرابر با 75/0 مولار است. محلول حاصل شده به مـدت 30 دقيقـهتحت دماي °C 60 توسط همزن مغناطيسـي مخلـوط گرديـد كـهمحلولي همگن، شفاف و پايـدار بدسـت آمـ د و از آن بـه عنـوانمحلول اوليه پوششدهي استفاده شد. سپس محلـول ايجـاد شـدهبر روي زيرلايه ريخته و با استفاده از پوشش دهي چرخشـي و بـاس رعت 3000 دور ب ر دقيق ه لاي هنش اني ش د و س پس در دم اي °C 300 با نرخ 5 درجه سانتيگراد بر دقيقه، پوشش ايجـاد شـده حرارت داده شد.
در مرحلهي بعد نانو سيمهاي اكسـيد روي ايجـاد گرديـد . بـدينترتي ـب ك ـه محلــول اولي ـه از تركي ب نيتــرات روي ش ش آبــه (Zn (NO3)2.6H2O;0/05 M) بـــــــــــــ ا هگـــــــــــــ زامين
(((CH2)6N4; 0/05 M با نسبت مولاريته به صورت برابـر و 1:1، تهيه شد. سپس رشد محلولي دما پايين براي ايجاد پوشش نهـاييدر يــك محفظــهي سربســته در دمــاي°C 95 انجــام گرفــت.
مشخصهيابي پوشش نـانو سـيم هـاي اكسـيد روي شـامل شـكل واندازهي ذرات نانو سـيم هـاي ايجـاد شـده بـا اسـتفاده از دسـتگاه
ميكروســكوپ الكترونــي روبشــي LEO 435 VP (SEM) اندازه گيري و مشخص گرديد. آناليز فـازي پوشـشهـاي ايجـادشده با استفاده از دسـتگاه پـراش پرتـو ايكـس Philips (XRD)X’pert انجام گرفت. بدين منظور از پرتو 1Cu-kα با طـول مـوج
A° 54/1 استفاده گرديد.
2-2- مطالعات مربوط به حسگر گازي با استفاده از پوشـشنانو سيمهاي اكسيد روي
استفاده از پوششهاي نيمه رسانايي همچون پوشش اكسـيد رويبراي بررسي ميزان گازهاي موجود در اتمسفر امري متداول است اما همانگونه كه قـبلا نيـز بـدان اشـاره شـد عامـل دمـا در ميـزانحساسيت اين حسگرها تاثير بسزايي دارد. بـدين گونـه كـه بـرايتشخيص سريع و مناسب گازها نياز است كـه پوشـش در دمـاييبالا قرار داشته باشد [10]. اما در اين پژوهــش بـا اسـتفاده از نـانوساختاري متفاوت، ميزان حساسيت و تاثـير پـذيري اكســيد رويدر دم اي مح يط م ورد بررس ي ق رار گرف ت. ك ه ب دين منظ ور آزمايش ات ب ر روي دو گ از پـر مص رف در ص نعت و زن دگي
روزمره انسان يعني گاز اكسيژن (2(O و دي اكسيد كـربن (2(CO در دماي محيط (°C25) انجـام گرفـت. در شـكل (2) تجهيـزاتمورد استفاده در آزمايشات حساسيت گازي براي تشـخيص گـازآورده شده است. بـدين ترتيـب كـه از يـك كپسـول گـاز اوليـه(2(CO2,O با خلـوص 99% و در سـر راه كپسـول اوليـه و محفظـهاصلي از يك شير كنترلي گاز (Mass Flow Controller) بـراي

شكل

)
2
🙁

استفاده

مورد

تجهيزات

شماتيك

تصوير

آزمايشات

در

گازي

حساسيت
.

شكل

)

2

🙁

استفاده

مورد

تجهيزات



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید