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

Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе диоксида олова. Часть 2




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 1) a covering of only tin dioxide and 2) a covering of tin dioxide layer and other material layer are submitted.

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

 

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова, можно подразделить на устройства,чувствительные элементы которых имеют покрытие из композитного материала, состоящего из диоксида олова и: 1) металла; 2) углеродных нанотрубок; 3) оксида металла; 4) полимера; 5) неорганического химического соединения; 6) двух металлов; 7) углеродных нанотрубок и металла; 8) оксида металла и металла; 9) оксида металла, и углеродных нанотрубок; 10) двух оксидов металлов; 11) двух оксидов металлов и металла.

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова и металла. При легировании диоксида олова довольно часто применяется палладий. Например, наносенсоры, чувствительные элементы которых имели покрытие из композитного материала на основе нанопроводов диоксида олова и наночастиц указанного металла, были разработаны для определения водорода. Диаметр нанопроводов составлял от 30 до 200 нм, а длина - несколько десятков микрометров. Содержание наночастиц палладия соответствовало 0,8 или 2% (вес.). При температуре чувствительных элементов в диапазоне от 25 до 300 °С контакт с водородом сопровождался обратимостью выходных сигналов устройств. Чувствительность измерений этого химического соединения возрастала с увеличением содержания наночастиц палладия в композитном материале. Кстати, при температуре чувствительного элемента 100 °С воздействие водорода с концентрацией 0,1% вызывало изменение выходного сигнала наносенсора с чувствительным элементом, содержавшим покрытие с 2% наночастиц палладия, в 253 раза. Кроме того, наличие в композитном материале наночастиц данного металла снижало температуру чувствительного элемента, соответствовавшую наибольшей чувствительности измерений водорода [1].

Для определения водорода был изготовлен и наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из композитного материала на основе нановолокон диоксида олова и наночастиц палладия. При температуре чувствительного элемента 280 °С устройство демонстрировало высокую чувствительность измерений названного химического соединения, а также время установления показаний и возврата показаний к начальной величине около 9 с. Предел обнаружения водорода соответствовал концентрации 4,5-10“4% [2].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим толстослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц палладия (3%), был создан для определения водорода в воздухе [3].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел толстослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц палладия (3%), также был предложен для определения оксида углерода, диоксида азота и метана. В состав устройства входил кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». При температуре чувствительного элемента 200 °С наносенсор позволял измерять концентрацию оксида углерода в диапазоне от 0,002 до 0,01%, диоксида азота - от 5-10“s до 2-10~4%, а метана - от 0,07 до 0,25% [4].

Для определения формальдегида был использован наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц палладия (1% (мол.)). Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем вида «резистор». Чувствительность измерений формальдегида посредством данного наносенсора многократно превосходила чувствительность измерений указанного химического соединения с помощью устройства чувствительный элемент которого имел покрытие только из наночастиц диоксида олова. Предел обнаружения формальдегида оценивался на уровне 3-10“6% [5].

В качестве легирующего металла также применяется церий. В частности, наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц церия (1%), был разработан для определения паров метилэтилкетона в воздухе. При температуре чувствительного элемента 210 °С достигалась наибольшая чувствительность измерений названного химического соединения (воздействие паров метилэтилкетона с концентрацией 0,01% обусловливало изменение выходного сигнала устройства в 181 раз). Наблюдалась и достаточно высокая селективность измерений паров метилэтилкетона [6].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц церия (10%), был изготовлен для определения сероводорода, формальдегида и паров этилового спирта. Размер наночастиц диоксида олова составлял около 30 им. По сравнению с устройством с чувствительным элементом, содержавшим покрытие только из наночастиц диоксида олова, при температуре чувствительного элемента 330 °С наносенсор характеризовался более высокой чувствительностью измерений сероводорода (приблизительно в 6 раз), а также формальдегида и паров этилового спирта (почти в 3 раза). Чувствительность же измерений оксида углерода, метана, пропана, водорода, паров бензола и толуола указанными устройствами была практически одинаковой. Следствием сказанного являлось повышение чувствительности и селективности измерений сероводорода, формальдегида и паров этилового спирта с помощью изготовленного наносенсора [7].

При легировании диоксида олова используется и медь. В том числе, наносенсор,чувствительный элемент которого имел тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц меди, был создан для определения сероводорода. При комнатной температуре чувствительного элемента контакт с названным химическим соединением сопровождался обратимым выходным сигналом устройства. Время установления показаний не превышало 60 с, а возврата показаний к начальному значению -90 с. Присутствие в газообразной среде оксида углерода и метана не влияло на результаты измерений сероводорода [8].

Было проведено сравнение чувствительности измерений сероводорода наносенсорами с чувствительными элементами, содержавшими тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц меди и наночастиц или нанопроводов диоксида олова. Результаты исследования показали более высокую чувствительность измерений наносенсором, чувствительный элемент которого имел покрытие с наночастицами диоксида олова [9].

В качестве легирующего металла может применяться золото, сурьма, цезий или платина. Так, для определения оксида углерода в диапазоне концентраций от 0,004 до 0,1% в присутствии метана с концентрацией от 1 до 3% и пропана с концентрацией от 0,2 до 1% был предложен наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц золота (1% (вес.)). Селективность измерений оксида углерода существенно зависела от температуры чувствительного элемента устройства. При температуре чувствительного элемента 170 °С выходной сигнал наносенсора при контакте с оксидом углерода с концентрацией 0,1% превосходил сигналы, обусловленные воздействием пропана с концентрацией 1% и метана с концентрацией 3%, соответственно в 4 и 7 раз, а при температуре чувствительного элемента 300 °С- уже в 17 и 20 раз |10].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел толстослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц сурьмы (0,1%), был применен для определения хлора. В устройстве использовался кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». При комнатной температуре чувствительного элемента контакт с указанным химическим соединением с концентрацией 3-10_4% увеличивал электрическое сопротивление наносенсора в 500 раз. Время установления показаний составляло менее 60 с. Хлороводород,оксид и диоксид азота, аммиак, водород, а также пары брома и трихлорметана незначительно влияли на изменение электрического сопротивления устройства [11].

Для определения попутного нефтяного газа были разработаны наносенсоры с чувствительными элементами, содержавшими тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц цезия (до 4%). В состав устройств входили кондуктометрические измерительные преобразователи вида «резистор». Наибольшую чувствительность измерений попутного нефтяного газа демонстрировал наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие с 2% наночастиц цезия. При температуре чувствительного элемента 345 °С данное устройство обладало непродолжительным временем установления показаний и высокой стабильностью метрологических характеристик [12].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе нанопрутков диоксида олова и наночастиц платины, был изготовлен для определения паров этилового спирта. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем вида «резистор». Воздействие паров названного химического соединения приводило к снижению электрического сопротивления наносенсора. Высокая чувствительность измерений паров этилового спирта наблюдалась при температуре чувствительного элемента 300 °С [13].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова и углеродных нанотрубок. В этом случае довольно часто применяются многослойные углеродные нанотрубки. Например, наносенсор, чувствительный элемент которого имел тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и многослойных углеродных нанотрубок, был создан для определения диоксида азота. Устройство характеризовалось высокой чувствительностью измерений указанного химического соединения. Предел обнаружения диоксида азота оценивался на уровне 10“7% [14].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и многослойных углеродных нанотрубок, был предложен и для определения аммиака. Чувствительный элемент устройства функционировал при комнатной температуре. В отличие от наносенсора, чувствительный элемент которого имел покрытие только из многослойных углеродных нанотрубок, устройство обладало более высокой чувствительностью измерений названного химического соединения, а также меньшим временем установления показаний и возврата показаний к начальной величине. При контакте с аммиаком с концентрацией от 0,006 до 0,08% время установления показаний и возврата показаний к начальному значению не превосходило 5 мин [15].

Для определения диоксида азота, аммиака и паров ксилола в воздухе был использован наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и многослойных углеродных нанотрубок (1% (вес.)). В устройстве применялся кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». Наибольшая чувствительность измерений указанных химических соединений соответствовала температуре чувствительного элемента 220 °С. При воздействии диоксида азота с концентрацией 1,2-10_4% электрическое сопротивление наносенсора понижалось на 6%, а при контакте с аммиаком с концентрацией 0,006% и парами ксилола с концентрацией 3,6-10_4% возрастало соответственно на 81 и 85% [16].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и многослойных углеродных нанотрубок (0,1% (вес.)), был разработан для определения оксида углерода. Толщина покрытия чувствительного элемента составляла около 4 нм. В состав устройства входил кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». По сравнению с наносенсором с чувствительным элементом, содержавшим покрытие только из наночастиц диоксида олова, чувствительность измерений оксида углерода была в три раза выше [17].

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 2.