Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » О нанометрологии » В.А. Бузановский "Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе диоксида олова" Часть 1.

Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе диоксида олова




В.А. Бузановский. 

ЗАО «КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»,

Россия, Москва, e-mail: vab1960@rambler.ru

В статье представлены результаты последних разработок газовых наносенсоров с чувствительными элементами, содержащими: 1) покрытие только из диоксида олова и 2) покрытие из слоя диоксида олова и слоя другого материала.

Ключевые слова: диоксид олова, газовый наносенсор, чувствительный элемент, покрытие, наноматериал, метрологическая характеристика.

Last development results of gas nanosensors with the sensitive elements containing i) a covering of only tin dioxide and ii) a covering of tin dioxide layer and other material layer are submitted.

Key words: tin dioxide, gas nanosensor, sensitive element, covering, nanomaterial, metrological characteristic.

 

ВВЕДЕНИЕ

Разработка газовых наносенсоров - сравнительно новое, но динамично развивающееся направление аналитического приборостроения. Характерная тенденция создания указанных устройств - расширение номенклатуры конструкционных материалов, используемых при изготовлении их чувствительных элементов. В частности, в число таких материалов входят углеродные нанотрубки, полимеры, металлы, а также оксиды металлов. При этом наносенсоры с чувствительными элементами на основе оксидов металлов являются одними из наиболее многочисленных, а разновидность данных устройств - наносенсоры, чувствительные элементы которых содержат диоксид олова,- одними из наиболее активно разрабатываемых [1-3].

Цель настоящей работы состоит в попытке систематизировать результаты последних разработок газовых наносенсоров с чувствительными элементами на основе диоксида олова, оценить аналитические возможности названных устройств, а также проанализировать направления улучшения их метрологических характеристик.

Отметим, что в результате предварительного анализа накопленной информации рассматриваемые газовые наносенсоры можно разделить на устройства,чувствительные элементы которых содержат: 1) покрытие только из диоксида олова; 2) покрытие из слоя диоксида олова и слоя другого материала; 3) покрытие из композитного материала на основе диоксида олова.

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие только из диоксида олова, позволяют определять довольно большое число химических соединений, в том числе водород. Например, для определения этого химического соединения был разработан наносенсор,чувствительный элемент которого имел покрытие из нанопрутков диоксида олова. В состав устройства входил кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». Наносенсор обеспечивал возможность определения водорода с концентрацией 0,01% при комнатной температуре чувствительного элемента. Однако наибольшая чувствительность измерений указанного химического соединения, быстрое время установления показаний и возврат показаний к начальному значению наблюдались при температуре чувствительного элемента около 250 °С [4].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из нанопроводов диоксида олова, также был изготовлен для определения водорода. Диаметр нанопроводов составлял от 30 до 200 нм, а длина -несколько десятков микрометров. При температуре чувствительного элемента в диапазоне от 25 до 300 °С устройство демонстрировало возврат показаний к начальной величине при удалении водорода из газообразной среды [5].

Для определения водорода был создан и наносенсор, чувствительный элемент которого имел мезо-пористое покрытие из наночастиц диоксида олова. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем вида «резистор». Благодаря морфологии покрытия, способствовавшей интенсивной диффузии водорода, наносенсор характеризовался высокой чувствительностью измерений названного химического соединения при относительно низкой температуре чувствительного элемента [6].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из наночастиц диоксида олова, был применен для определения водорода с концентрацией от 0,004 до 0,09% в азоте. При температуре чувствительного элемента 530 °С показания устройства не возвращались к начальному значению вследствие восстановления олова в диоксиде при контакте с водородом [7].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел толстослойное покрытие из наночастиц диоксида олова, был предложен для определения водорода во влажном воздухе. В устройстве использовался кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». При температуре чувствительного элемента 500 °С достигалась наибольшая чувствительность измерений указанного химического соединения. При воздействии водорода с концентрацией от 11-10-4 до 1,97% воспроизводимость результатов измерений соответствовала 4-10%. Предел обнаружения водорода оценивался на уровне 8-10~6%. Кстати, влияние относительной влажности воздуха на показания наносенсора не превышало 10% [8].

Для определения водорода были разработаны и другие наносенсоры с чувствительными элементами, содержавшими покрытие из наночастиц диоксида олова. Толщина применявшихся покрытий составляла от 5 до 100 нм. В состав устройств входили кондуктометрические измерительные преобразователи вида «резистор». Наибольшую чувствительность измерений водорода показал наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие с толщиной 20 нм. Контакт с названным химическим соединением с концентрацией 0,01% приводил к изменению электрического сопротивления устройства в 168 раз. Время установления показаний не превышало 10 с. Присутствие в газообразной среде метана не влияло, а оксида углерода оказывало незначительное влияние на результаты измерений водорода [9].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим тонкослойное покрытие из наночастиц диоксида олова, был изготовлен для определения водорода. При температуре чувствительного элемента 350 °С устройство демонстрировало изменение выходного сигнала в 3040 раз при воздействии этого химического соединения с концентрацией 0,1%, а также селективность измерений водорода при присутствии в анализируемой среде попутного нефтяного газа, диоксида углерода, аммиака и паров этилового спирта. Время установления показаний не превос1 ходило 2 с, а возврата показаний к начальному значению - 12 с [10].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел тонкослойное покрытие из наночастиц диоксида олова, был создан и для определения водорода в диапазоне концентраций от 1 -10-5 до 0,1%. Размер использовавшихся наночастиц составлял менее 3 нм. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем вида «резистор». Наибольшая чувствительность измерений указанного химического соединения наблюдалась при температуре чувствительного элемента 265 °С. Чувствительность измерений водорода возрастала при снижении его концентрации в газообразной среде, достигая максимальной величины при концентрациях порядка 10_5%. Наносенсор обладал и довольно высокой селективностью измерений в присутствии паров воды, попутного нефтяного газа, оксида и диоксида углерода. Вместе с тем, при температуре чувствительного элемента 200 °С устройство практически не реагировало на присутствие в анализируемой среде водорода с концентрацией 0,03%, но фиксировало пары ацетона с концентрацией 1,1 -10_3% [11].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержавшими тонкослойное покрытие из наночастиц диоксида олова, были применены для определения водорода и аммиака. Диаметр наночастиц диоксида олова соответствовал 3-10 нм. В устройствах использовались кондуктометрические измерительные преобразователи вида «резистор». Наносенсоры характеризовались высокой чувствительностью измерений названных химических соединений при довольно низкой температуре чувствительных элементов [12].

Наносенсоры, чувствительные элементы которых имели покрытие из наночастиц диоксида олова, также были предложены для определения водорода и диоксида азота в воздухе. Наибольшую чувствительность измерений указанных химических соединений обеспечивали устройства с чувствительными элементами, толщина покрытия которых была менее 100 нм [13].

Для определения водорода и диоксида азота были разработаны и наносенсоры, чувствительные элементы которых имели пористое тонкослойное покрытие из наночастиц диоксида олова. При температуре чувствительных элементов в диапазоне от 150 до 200 °С предел обнаружения водорода оценивался на уровне 0,06%, а диоксида азота -5-10_5% [14].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие только из диоксида олова, также позволяют определять оксид углерода. Так, для определения названного химического соединения был изготовлен наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из наночастиц диоксида олова с толщиной 2,62 нм. В состав устройства входил кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». Уменьшение (до 1,59 нм) или увеличение (до 5,87 нм) толщины покрытия чувствительного элемента вызывало снижение чувствительности измерений оксида углерода. Чувствительность измерений данного химического соединения зависела и от температуры чувствительного элемента, достигая наибольшего значения в диапазоне от 250 до 325 °С. При этом наименьшее время установления показаний соответствовало температурам чувствительного элемента более 260 °С [15].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из наночастиц диоксида олова, был создан для определения оксида углерода в присутствии метана. Размер наночастиц диоксида олова составлял от 3 до 4 нм. При температуре чувствительного элемента 225 °С наблюдалась наибольшая чувствительность измерений оксида углерода. Причем, контакт с указанным химическим соединением с концентрацией 0,1% приводил к увеличению выходного сигнала устройства в 27 раз при температуре чувствительного элемента 50 °С и в 147 раз - при температуре 225 °С. Происходило снижение выходного сигнала наносенсора и при повышении температуры чувствительного элемента до 350 °С. Присутствие в газообразной среде метана не оказывало влияния на результаты измерений оксида углерода при температуре чувствительного элемента в диапазоне от 25 до 350 °С. Однако при температуре 375 °С выходной сигнал устройства при воздействии метана уже превосходил выходной сигнал, обусловленный контактом с оксидом углерода [16].

Страница 1 из 6 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » О нанометрологии » В.А. Бузановский "Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе диоксида олова" Часть 1.