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




Наносенсоры, чувствительные элементы которых имели тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц оксида палладия, а также устройства с чувствительными элементами, содержавшими тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц триоксида железа, были разработаны для определения паров этилового спирта и попутного нефтяного газа [18].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова и полимера. В качестве примера таких устройств можно привести наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц поли (о-анисидина) (50% (вес.)). Диаметр наночастиц диоксида олова составлял от 25 до 40 нм. В состав устройства входил кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». Наносенсор обладал высокой чувствительностью и воспроизводимостью результатов измерений паров воды, а также временем установления показаний и возврата показаний к начальному значению соответственно 87 и 13 с [39].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова и неорганического химического соединения. Примером этих устройств является наносенсор, чувствительный элемент которого имел толстослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц сульфида кадмия (2% (вес.)). Устройство проявляло наибольшую чувствительность измерений|паров метилового спирта при температуре чувствительного элемента 200 °С. Выходной сигнал наносенсора при воздействии указанного химического соединения с концентрацией 0,5% изменялся в 70 раз. В отличие от устройства с чувствительным элементом, содержавшим покрытие только из наночастиц диоксида олова, наносенсор характеризовался меньшим временем установления показаний и возврата показаний к начальной величине - 40 и 1110 с вместо 90 и 200 с [40].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова и двух металлов. В том числе, наносенсор, чувствительный элемент которого имел толстослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц платины (1%) и наночастиц палладия (3%), был изготовлен для определения возможности измерений водорода в воздухе [3].

Для определения оксида углерода был создан наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц индия и наночастиц палладия. Устройство было оснащено кондуктометрическим измерительным преобразователем вида «резистор». При температуре чувствительного элемента 140 °С наносенсор демонстрировал высокую чувствительность и селективность измерений оксида углерода. При контакте с названным химическим соединением с концентрацией 1-1СГ4% электрическое сопротивление устройства изменялось в три раза, время установления показаний не превышало 5 с, а возврата показаний к начальному значению - 15 с [41, 42:].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова, углеродных нанотрубок и металла. В качестве примеров данных устройств можно назвать наносенсоры, чувствительные элементы которых имели покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, многослойных углеродных нанотрубок и наночастиц золота или серебра. Эти устройства были предложены для определения диоксида азота, оксида углерода, аммиака и паров бензола при сравнительно низкой температуре чувствительных элементов [43].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова, оксида другого металла и металла. Примером указанных устройств может служить наносенсор, чувствительный элемент которого имел тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц оксида меди и наночастиц золота. Наносенсор предназначался для определения сероводорода [44].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова, оксида другого металла и углеродных нанотрубок. В качестве примера названных устройств можно указать наносенсор,чувствительный элемент которого имел покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц тетраоксида кобальта и многослойных углеродных нанотрубок. Наличие в составе композитного материала 0,1% многослойных углеродных нанотрубок повышало чувствительность измерений оксида углерода. При комнатной температуре чувствительного элемента выходной сигнал устройства линейно зависел от концентрации этого химического соединения в диапазоне от 0,002 до 1% [33].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова и двух оксидов других металлов. В частности, наносенсор, чувствительный элемент которого имел покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц триоксида индия и наночастиц диоксида титана, был использован для определения метана в воздухе. Устройство обладало высокой чувствительностью и селективностью измерений указанного химического соединения при температуре чувствительного элемента от 200 до 250 °С [45, 46].

Для определения оксида углерода был разработан наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц оксида меди и наночастиц триоксида индия. По сравнению с устройством, чувствительный элемент которого имел покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова и наночастиц оксида меди, наносенсор характеризовался более высокой чувствительностью измерений названного химического соединения в диапазоне концентраций от 0,02 до 0,1% [47].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц триоксида индия и наночастиц оксида кадмия, был изготовлен для определения формальдегида. В устройстве применялся кондуктометрический измерительный преобразователь вида «резистор». Наибольшая чувствительность измерений этого химического соединения соответствовала температуре чувствительного элемента 133 °С [48].

Для определения формальдегида также были созданы наносенсоры, чувствительные элементы которых имели покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц оксида кадмия и наночастиц оксида цинка. Наибольшую чувствительность измерений указанного химического соединения продемонстрировало устройство с чувствительным элементом, содержавшим покрытие с 2,2% наночастиц диоксида олова и 10% наночастиц оксида кадмия. В отличие от наносенсора, чувствительный элемент которого имел покрытие только из наночастиц оксида цинка, чувствительность измерений формальдегида была выше более чем в два раза и достигала наибольшего значения при температуре чувствительного элемента не 400, а 200 °С. Присутствие в газообразной среде аммиака, оксида углерода или паров толуола оказывало несущественное влияние на результаты измерений формальдегида, а стабильность метрологических характеристик устройства наблюдалась на протяжении одного месяца лабораторных испытаний [27].

Наносенсор с чувствительным элементом, содержавшим толстослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц оксида никеля (3% (вес.)) и наночастиц три-оксида молибдена (3% (вес.)), был предложен для определения паров дихлорметана. Наличие в составе композитного материала наночастиц оксида никеля приводило к росту чувствительности измерений паров названного химического соединения, а наночастиц триоксида молибдена - к снижению времени возврата показаний к начальной величине. При температуре чувствительного элемента 350 °С зависимость выходного сигнала устройства от концентрации паров дихлорметана была линейной в диапазоне от 1-10-5 до 5-10_5%. Воздействие паров этого химического соединения с концентрацией 5-10"'5% вызывало изменение выходного сигнала наносенсора приблизительно на 50% [49].

Наносенсор, чувствительный элемент которого имел толстослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц триоксида лантана (3%) и наночастиц пентаоксида сурьмы (1%), был использован для определения водорода в воздухе [3].

Наносенсоры с чувствительными элементами, содержащими покрытие из композитного материала на основе диоксида олова, двух оксидов других металлов и металла. Примером таких устройств является наносенсор, чувствительный элемент которого имел тонкослойное покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц оксида меди, наночастиц диоксида кремния и наночастиц золота. Размер применявшихся наночастиц не превышал 6 нм. По сравнению с устройством с чувствительным элементом, содержавшим покрытие из композитного материала на основе наночастиц диоксида олова, наночастиц оксида меди и наночастиц золота, наносенсор обладал более высокой чувствительностью измерений сероводорода. Время возврата показаний к начальному значению не превышало 3 с. Названные метрологические характеристики обусловливались высокой пористостью покрытия, формировавшейся при добавлении наночастиц диоксида кремния в процессе изготовления чувствительного элемента устройства [44].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные сведения свидетельствуют о том, что газовые наносенсоры на основе диоксида олова позволяют определять довольно большое число как органических, так и неорганических химических соединений - оксид углерода, водород, пары этилового спирта, сероводород, аммиак, диоксид азота, формальдегид, метан, пары метилового спирта, попутный нефтяной газ, пары бензола, толуола и ацетона, хлор, пары воды, кислород, фтористый водород, озон, пропан, этилен, пары дихлорметана и др. Концентрации указанных соединений соответствуют диапазону от 10“7% до нескольких процентов. Время установления показаний составляет от одной секунды до нескольких минут, а возврата показаний к начальному значению - от нескольких секунд до нескольких десятков минут. Иногда измерения проводятся при комнатной температуре чувствительного элемента, однако обычно они выполняются при более высокой (до 530 °С) температуре. В основном применяются кондуктометрические измерительные преобразователи вида «резистор», но в ряде случаев используются люминесцентные, ионизационные или иные измерительные преобразователи.

Характерной чертой газовых наносенсоров на основе диоксида олова является зависимость чувствительности и селективности измерений от температурь! чувствительного элемента наносенсора. Названная температура оказывает влияние и на время установления показаний, и на время возврата показаний к начальной величине. Чувствительность измерений, время установления показаний и время возврата показаний к начальному значению также зависят от толщины и морфологии покрытия чувствительного элемента. Помимо этого, чувствительность измерений изменяется при воздействии ультрафиолетового излучения на покрытие чувствительного элемента.

Наряду с перечисленными факторами чувствительность и селективность измерений газового наносенсора на основе диоксида олова, время установления показаний, время возврата показаний к начальной величине, диапазон измерений, а также температура, соответствующая наибольшей чувствительности измерений,зависят от состава покрытия чувствительного элемента.

Например,нанесение в покрытии чувствительного элемента наносенсора на слой наночастиц диоксида олова:

- слоя наночастиц палладия приводит к росту чувствительности измерений и снижению времени установления показаний при определении водорода и аммиака;

- слоя наночастиц золота обусловливает возможность определения оксида углерода при более низкой температуре чувствительного элемента;

- слоя наночастиц силикалита увеличивает чувствительность и диапазон измерений этилена;

- слоя композитного материала на основе наночастиц золота и диоксида олова повышает чувствительность, а также снижает время возврата показаний к начальному значению при определении озона;

- слоя керамики, состоящей из наноматериалов кремния, бора, углерода и азота, улучшает обратимость выходного сигнала наносенсора при контакте с водородом.

Вернуться Страница 3 из 4 Следующая

Добавить комментарий


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