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

Последние результаты разработок газовых наносенсоров на основе полимеров

ООО Метрологический консалтинг. Аккредитация на право поверки средств измерений.



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 полимеров"