سنتز دو مرحله‌ای ساختارهای ناهمگون اکسید روی (ZnO) آلاییده شده با نانوذرات اکسید مس (CuO) برای حسگر گاز سولفید هیدروژن

نانومواد

دوره 14، شماره 52، بهمن 1401، صفحه 261-268   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

احمد کمالیان‌فر^*

دانشکده علوم پایه، دانشگاه فرهنگیان، تهران، ایران

چکیده

نانوکامپوزیت اکسیدهای فلزی کاندیدای امیدوارکننده‌ای برای توسعه حسگرهای جدید گاز با عملکرد بالا در نظر گرفته می‌شوند. در کار حاضر، ساختار ناهمگون پیوند n-p اکسید روی و مس به روش ترکیب رسوب شیمیایی- فیزیکی بخار ساخته و پاسخ آن به گاز H₂S در هوا مورد آزمایش قرار گرفت. ابتدا، دو نانوساختار میله‌ای و کروی اکسید روی در داخل یک لوله cm 50 کوارتز و بر روی زیرلایه سیلیکون به روش رسوب شیمیایی رشد داده شد. به عنوان یک روش فیزیکی موثر در افزایش حساسیت حسگر، توسط دستگاه کندوپاش (sputtering)، سطح نانوساختارهای اکسید روی رشد داده شده با نانوذرات اکسید مس آلاییده شد. تصاویری که بوسیله SEM از سطح نمونه‌ها گرفته شد، نشان می‌دهند که نانومیله‌هایی به طول چند میکرومتر و قطر کمتر از nm 80 و همچنین میکروکره‌هایی با قطر یک تا سه میکرومتر بر روی سطح زیرلایه سیلیکون رشد یافته بودند. نمونه ساخته شده با ساختار کروی شکل قادر به تشخیص گاز H₂S با غلظت کم ppm 5 در دمای کار بهینه °C 240 بود. همچنین در این دما بالاترین حساسیت (حدود 42) در حضور ppm 100 گاز H₂S از خود نشان می‌دهد. زمان پاسخ و بازیابی برای تشخیص گاز سولفید هیدروژن، به ترتیب 8 و 18 ثانیه اندازه‌گیری شد که نسبت به نمونه‌های ساخته شده به روش‌های دیگر، زمان بسیار مناسبی می‌باشد. نمودار تقریبا خطی حساسیت حسگر بر حسب غلظت گاز، از ویژگی‌های خوب نمونه ساخته شده است که می‌توان بر اساس آن حساسیت حسگر را برای غلظت‌های مختلف تخمین زد.

کلیدواژه‌ها

حسگر گازی؛ سولفید هیدروژن؛ پیوند p-n؛ ساختار ZnO-CuO

مراجع

• Pravarthana, A. Tyagi, T. Jagadale, D. Aswal, Applied Surface Science, 549, 2021, 149281.
• Huber, S. Riegert, M. Madel, K. Thonke, Sensors and Actuators B: Chemical, 239, 2017, 358.
• Guo, Y. Li, B. Jiang, H. Gao, T. Wang, P. Sun, F. Liu, X. Yan, X. Liang, Y. Gao. Sensors and Actuators B: Chemical, 310, 2020, 127780.
• Hoa, N. Hoa, N. Van Duy, C.Hung, D. Le, N. Toan, N.H. Phuong, RSC Advances, 9, 2019, 13887.
• S. Bhati, M. Hojamberdiev, M. Kumar, Energy Reports, 6, 2020, 46.
• Hu, W. Zhang, X. Wang, Q. Wang, B. Huang, Y. Li, X. Hua, G. Liu, B. Li, J. Zhou, E. Xie, Z. Zhang, Sensors and Actuators B: Chemical, 326, 2021, 128993.
• Korotcenkov, B.K. Cho, Sensors and Actuators B: Chemical, 244, 2017,182.
• Han, X. Li, C. Shao, X. Li, J. Ma, X. Zhang, Sensors and Actuators B: Chemical, 285, 2019, 495.
• Wang, S. Li, L. Xie, X. Li, D. Lin, Z. Zhu, Ceramics International, 46, 2020, 15858.
• Wang, Y. Luo, B. Liu, L. Gao, G. Duan, Sensors and Actuators B: Chemical, 338, 2021, 129806.
• Li, L. Qin, P. Zhao, Y. Zhang, D. Liu, F. Liu, Sensors and Actuators B: Chemical, 254, 2018, 834.
• Jouya, F. Taromian, S. Siami, Journal of Theoretical and Applied Physics, 11, 2017, 291.
• Zhang, Z. Liu, L. Zhang, J. Chen, H. Zhang, Q. Zhou, L. Nie, Z. Dong, Z.A. Zhang, Z. Wang, G. Pan, Vacuum, 190, 2021, 110312.
• Li, G. Tang, X. Liu, P. Jiang, H. Li, X. Tang, Ceramics International, 47, 2021, 18808.
• Kamalianfar, M.G. Naseri, Applied Physics A, 125, 2019, 370.
• Yang, R.A. Gopal, T. Lkhagvaa, D. Choi, Environmental Research, 197, 2021, 111032.
• Kamalianfar, M. Naseri, A. Abdala, S.P. Jahromi, Journal of Electronic Materials, 50, 2021, 5168.
• Kamalianfar, M.G. Naseri, S.P. Jahromi, Chemical Physics Letters, 732, 2019, 136648.
• Geng, S. Ge, X. He, S. Zhang, J. Gu, X. Lai, ACS Applied Materials & Interfaces, 10, 2018, 13702.
• T.L. H. Doan, J.Y. Kim, J.H. Lee, L.H.T. Nguyen, H.T.T. Nguyen, A.T.T. Pham, Sensors and Actuators B: Chemical, 349, 2021, 130741.