МЕРЕЖА БАГАТОШАРОВИХ ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОТРУБОК ДЛЯ ГАЗОСЕНСОРНИХ ЗАСТОСУВАНЬ

Igor Olenych

Анотація


Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) є надзвичайно перспективними для створення газових сенсорів, які характеризуються низьким енергоспоживанням, роботою при кімнатних температурах і мініатюрними розмірами чутливих елементів. Система автономних і надійних сенсорів на основі ВНТ може забезпечити екологічний моніторинг навколишнього середовища у режимі реального часу. Тому мета роботи полягала у вивченні можливості використання мережі багатошарових ВНТ як недорогих сенсорів токсичних і вибухонебезпечних газів.

Для виготовлення сенсорних елементів було використано багатошарові ВНТ діаметром 50–80 нм, водну суспензію яких після ультразвукової обробки було нанесено на кремнієву підкладку з шаром SiO2. Після висихання осадженої суспензії була сформована невпорядкована і неоднорідна за щільністю мережа ВНТ. Сенсорні властивості одержаної мережі ВНТ досліджено в режимі змінного струму вимірюванням електричного опору та ємності за впливу адсорбції молекул аміаку, ацетону та етанолу.

Зареєстровано збільшення опору та ємності сенсорних елементів внаслідок адсорбції досліджуваних газів. На основі аналізу залежностей електричних характеристик та адсорбційної здатності мережі багатошарових ВНТ від концентрації молекул аміаку, ацетону та етанолу у діапазоні 0,4–12,8 % встановлено, що сенсори як резистивного, так і ємнісного типів мають найбільшу чутливість до аміаку. Крім того, сенсорні елементи ємнісного типу характеризуються більшою адсорбційною здатністю порівняно з резистивними. Проте, однозначна ідентифікація газу-аналіту і визначення його концентрації у суміші потребує додаткового аналізу сукупного відгуку матриці сенсорних елементів, кожен з яких характеризується індивідуальним профілем функції перетворення. Час реакції і час відновлення сенсорів аміаку, ацетону та етанолу на основі багатошарових ВНТ не перевищує однієї хвилини. Отримані результати демонструють значний потенціал застосування мережі багатошарових ВНТ у сенсорних пристроях.

Ключові слова: багатошарові вуглецеві нанотрубки, газові сенсори, адсорбційна здатність, час відгуку. 


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


  1. Buyya R., Dastjerdi A.V. Internet of Things: Principles and Paradigms. – Morgan Kaufmann, Elsevier, 2016, https://doi.org/10.1016/C2015-0-04135-1
  2. Koulamas C., Lazarescu M.T. Real-Time Sensor Networks and Systems for the Industrial IoT: What Next? // Sensors. – 2020. – Vol. 20. – P. 5023.
  3. Duobiene S., Ratautas K., Trusovas R., Ragulis P., Šlekas G., Simniškis R., Račiukaitis G. Development of Wireless Sensor Network for Environment Monitoring and Its Implementation Using SSAIL Technology // Sensors. – 2022. – Vol. 22. – P. 5343.
  4. Mao F., Khamis K., Krause S., Clark J., Hannah D.M. Low-Cost Environmental Sensor Networks: Recent Advances and Future Directions // Front. Earth Sci. – 2019. – Vol. 7. – P. 221.
  5. Tharsika T., Thanihaichelvan M., Haseeb A.S.M.A., Akbar S.A. Highly Sensitive and Selective Ethanol Sensor Based on ZnO Nanorod on SnO2 Thin Film Fabricated by Spray Pyrolysis // Frontiers in Materials. – 2019. – Vol. 6. – P. 122.
  6. Singh E., Meyyappan M., Nalwa H.S. Flexible Graphene-Based Wearable Gas and Chemical Sensors // ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2017. – Vol. 9. – P. 34544–34586.
  7. Cao A., Sudhölter E.J.R., de Smet L.C.P.M. Silicon Nanowire‐Based Devices for Gas-Phase Sensing // Sensors. – 2014. – Vol. 14. – P. 245–271.
  8. Olenych I.B., Aksimentyeva O.I., Horbenko Y.Y., Tsizh B.R. Electrical and sensory properties of silicon – graphene nanosystems // Applied Nanoscience. – 2022. – Vol. 12. – P. 579–584.
  9. Li C.J., Lu Y., Ye Q., Cinke M., Han J., Meyyappan M. Carbon Nanotube Sensors for Gas and Organic Vapor Detection // Nano Lett. – 2003. Vol. 3. – P. 929–933.
  10. Young S.J., Lin Z.D. Ethanol gas sensors based on multi-wall carbon nanotubes on oxidized Si substrate // Microsyst. Technol. – 2018. – Vol. 24. – P. 55–58.
  11. Battie Y., Ducloux O., Thobois P., Dorval N., Lauret J.S., Attal-Tretout B., Loiseau A. Gas sensors based on thick films of semi-conducting single walled carbon nanotubes // Carbon. – 2011. – Vol. 49. – P. 3544–3552.
  12. Liu J., Lu J., Lin X., Tang Y., Liu Y., Wang T., Zhu H. The electronic properties of chiral carbon nanotubes // Computational Materials Science. – 2017. – Vol. 129. – P. 290–294.
  13. Guldi D.M., Martin N. Carbon Nanotubes and Related Structures: Synthesis, Characterization, Functionalization, and Applications. Cambridge: Wiley-VCH, 2010.
  14. Snow E.S., Novak J.P., Campbell P.M., Park D. Random networks of carbon nanotubes as an electronic material // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 82. – P. 2145–2147.
  15. Bradley K., Gabriel J.C.P., Gruner G. Flexible nanotube electronics // Nano Letters. – 2003. – Vol. 3. – P. 1353–1355.
  16. Olenych I.B., Aksimentyeva O.I., Monastyrskii L.S., Horbenko Y.Y., Yarytska L.I. Sensory properties of hybrid composites based on poly(3,4-ethylenedioxythiophene) - porous silicon - carbon nanotubes // Nanoscale Research Letters. – 2015. – Vol. 10. – P. 187.
  17. Zahab A., Spina L., Poncharal P., Marliere C. Water-vapor effect on the electrical conductivity of a single-walled carbon nanotube mat // Physical Review B. – 2000. - Vol. 62. – P. 10000–10003.
  18. Vashpanov Y.А., Smyntyna V.A. Adsorption Sensitivity of Semiconductors. – Odesa: Astroprint, 2005 (in Russian).




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/eli.22.8

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.