Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » О нанометрологии » В.А. Бузановский, "Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе углеродных нанотрубок". Часть 2

Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе углеродных нанотрубок




В.А. Бузановский

В статье представлены результаты разработок газовых наносенсоров на основе углеродных нанотрубок в течение последних лет. Оценены аналитические возможности и определены приоритетные направления улучшения метрологических характеристик названных устройств.

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композиционного материала на основе углеродных нанотрубок.

Данные устройства можно разделить на наносенсоры, чувствительные элементы которых имеют покрытие, выполненное из композиционного материала, состоящего из:

  • углеродных нанотрубок и металла;
  • углеродных нанотрубок и оксида металла;
  • углеродных нанотрубок и полимера;
  • углеродных нанотрубок и органического соединения;
  • углеродных нанотрубок, металла и оксида металла;
  • углеродных нанотрубок, полимера и органического соединения;
  • углеродных нанотрубок, двух металлов и оксида металла. Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композиционного материала, состоящего из углеродных нанотрубок и металла

Чувствительные элементы этих устройств довольно часто изготавливают на основе углеродных нанотрубок, декорированных наночастицами палладия.

В том числе наносенсор, чувствительный элемент которого имелтонкослойное покрытие из однослойных углеродных нанотрубок и наночастиц этого металла, был разработан для определения водорода при нормальной температуре. По сравнению с устройством с чувствительным элементом, содержавшим покрытие только из углеродных нанотрубок, наносенсор характеризовался более высокой чувствительностью измерений названного химического соединения. Помимо этого он демонстрировал возврат показаний к начальной величине и воспроизводимость результатов измерений [1].

Для определения водорода при нормальной температуре также был создан наносенсор,чувствительный элемент которого имел покрытие из однослойных углеродных нанотрубок и наночастиц палладия. Контакт с указанным химическим соединением с концентрацией 1% сопровождался изменением выходного сигнала устройства на 25% и временем установления показаний 7 с. Предел обнаружения водорода соответствовал концентрации 1*10-3 % [2].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из углеродных нанотрубок и наночастиц палладия, был предложен и для определения диоксида азота. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем. Наличие в составе композиционного материала покрытия наночастиц палладия обусловливало повышение чувствительности измерений. Предложенный наносенсор позволял определять диоксид азота с концентрациями ~10-5% [3].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц палладия, также был использован для определения метана. В устройстве применялся кондуктометрический измерительный преобразователь. При нормальной температуре воздействие метана с концентрацией 2% приводило к изменению электрического сопротивления наносенсора приблизительно на 4,5%. Наблюдался возврат показаний к начальному значению и воспроизводимость результатов измерений [4].

Для определения паров этанола были разработаны наносенсоры с чувствительными элементами, содержавшими покрытие из однослойных углеродных нанотрубок и наночастиц палладия, платины, титана, марганца, железа, кобальта или никеля. В состав устройств также входили кондуктометрические измерительные преобразователи. При нормальной температуре контакт с парами этанола приводил к многократному снижению электрического сопротивления чувствительных элементов. В отличие от наносенсора,чувствительный элемент которого имел покрытие только из углеродных нанотрубок, устройства с покрытием, содержавшим наночастицы перечисленных металлов (за исключением никеля), показали очень высокую чувствительность измерений паров этанола с концентрациями (10-3   -  10-2 %) [5].

Наносенсоры, чувствительные элементы которых имели покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц золота, были изготовлены для определения паров этанола, диоксида азота, оксида углерода и этилена [6].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из однослойных углеродных нанотрубок и наночастиц серебра, был создан для определения сероводорода при нормальной температуре. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем и позволяло селективно измерять концентрации названного химического соединения в присутствии оксида углерода и оксида азота [7].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композиционного материала, состоящего из углеродных нанотрубок и оксида металла

Покрытие чувствительных элементов таких наносенсоров наиболее часто выполняют из композиционного материала на основе углеродных нанотрубок и диоксида олова.

Например, наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из однослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова, был предложен для определения водорода. По сравнению с устройством с чувствительным элементом, содержавшим покрытие только из диоксида олова, чувствительность измерений указанного химического соединения была в три раза выше. Помимо этого температура чувствительного элемента, соответствовавшая наибольшей чувствительности измерений, а также время установления показаний и возврата их к начальной величине были меньше. Сказанное объяснялось развитой поверхностью массообмена, что было обусловлено наличием в составе покрытия чувствительного элемента углеродных нанотрубок [8].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова, был использован и для определения оксида углерода. Размер наночастиц диоксида олова составлял около 4 нм. В устройстве применялся кондуктометрический измерительный преобразователь. В отличие от наносенсора с чувствительным элементом, содержавшим покрытие только из диоксида олова, устройство обладало чувствительностью измерений в три раза больше [9].

Для определения оксида углерода и диоксида азота также были разработаны наносенсоры, чувствительные элементы которых имели покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова. В данном случае размер наночастиц диоксида олова соответствовал 5 нм. По сравнению с устройствами с чувствительными элементами, содержавшими покрытие только из углеродных нанотрубок или только из наночастиц диоксида олова, наносенсоры характеризовались более высокой чувствительностью измерений названных химических соединений. При этом предел обнаружения оксида углерода оценивался на уровне ~10-4%, а диоксида азота - ~10-7%. Более того, влажность газообразной среды оказывала несущественное влияние на результаты измерений [10].

Для определения диоксида азота с концентрациями ~10-7% был изготовлен и наносенсор, чувствительный элемент которого имел тонкослойное покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова. Чувствительность измерений посредством данного устройства зависела от температуры и толщины покрытия чувствительного элемента, а также концентрации диоксида азота в анализируемой среде [11].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из нанопроводов композиционного материала, состоявшего из однослойных углеродных нанотрубок и наночастиц оксида олова, был исследован для определения возможности измерений концентраций водорода,кислорода,оксида углерода, аммиака, оксидов азота, а также паров ксилола и ацетона.
Благодаря пористой структуре углеродных нанотрубок устройство демонстрировало высокую чувствительность и селективность измерений оксидов азота [12].

Наносенсоры, чувствительные элементы которых имели покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова, были созданы для определения диоксида азота, аммиака и паров ксилола в воздухе. В состав устройств входили кондуктометри-ческие измерительные преобразователи. Наибольшая чувствительность измерений достигалась при температуре чувствительных элементов 220 °С. Воздействие диоксида азота с концентрацией 1,2*10-4% вызывало изменение электрического сопротивления чувствительного элемента на 6%, аммиака с концентрацией 6*10-3% - на 81%, а паров ксилола с концентрацией 3,6-10-4% - на 85% [13].

Для определения аммиака при нормальной температуре был предложен наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим тонкослойное покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем. В отличие от наносенсора, чувствительный элемент которого имел покрытие только из углеродных нанотрубок, устройство обладало более высокой чувствительностью измерений указанного химического соединения в диапазоне концентраций (6*10-3 - 8*10-2%), а также меньшим временем установления показаний и возврата их к начальному значению (менее 5 мин) [14].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержавшими покрытие из углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова, были использованы для определения паров этанола и метанола. В устройствах также применялись кондуктометрические измерительные преобразователи [15]

Наносенсоры, чувствительные элементы которых имели тонкослойное покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида олова, были разработаны для определения паров этанола и попутного нефтяного газа. Размер наночастиц диоксида олова был меньше 10 нм. В состав устройств входили кондуктометрические измерительные преобразователи [16].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из многослойных углеродных нанотрубок с привитыми гидрок-сидными группами и наночастиц диоксида олова, был изготовлен для определения формальдегида. По сравнению с устройством, чувствительный элемент которого имел покрытие только из диоксида олова, наносенсор характеризовался более высокой чувствительностью измерений. Предел обнаружения формальдегида соответствовал концентрации 3*10-6% [17].

Покрытие чувствительных элементов также может выполняться из композиционного материала на основе углеродных нанотрубок и диоксида титана или углеродных нанотрубок и триоксида кобальта.

В частности наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц диоксида титана, был создан для определения кислорода. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем. В отличие от наносенсора,чувствительный элемент которого имел покрытие только из диоксида титана, температура, соответствовавшая наибольшей чувствительности измерений названного химического соединения, была ниже, а чувствительность измерений - приблизительно в четыре раза выше. Предел обнаружения кислорода в потоке диоксида углерода оценивался на уровне 10-3% [18].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из однослойных углеродных нанотрубок и наночастиц триоксида кобальта, был предложен для определения водорода при нормальной температуре. По сравнению с устройствами, чувствительные элементы которых имели покрытие только из углеродных нанотрубок или только из наночастиц триоксида кобальта, наносенсор обладал более высокой чувствительностью измерений. Контакт с водородом с концентрацией 4% приводил к изменению выходного сигнала устройства на 200% [19].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композиционного материала, состоящего из углеродных нанотрубок и полимера

Страница 1 из 6 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » О нанометрологии » В.А. Бузановский, "Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе углеродных нанотрубок". Часть 2