Применение нанопленок теллурида кадмия для детектирования угарного газа Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

удк S4i ш

IIP/IMtHtHMb HAHÜIIJIhHÜK I ЬЛЛУ РИДА КАРМИН ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ УГАРНОГО ГАЗА

С. О. Полорньш. О. Т. Подгорная. Е. Д. Сдуша К. П. Дсмешки.

О. D. Лукоявова, К. IL Федотова Омский государственный технический университет, с. Омск, Россия

Аннотаиия - Объектами исследования являются н.шопленкн CdT*. Цель работы - получена* нового яанора^мрряпгг» шт^рпяля перппчныт npfoflpaiumaTi.nttt поллтфоюуттпгонкгг грягорои-дятчпкпк, исследование фпзнко-хпмпчеекпх свойств поверхности лihhoto объекта. Методом термического дискретного исплренпя в вакууме получены нлнопленки теллурида кадмия. Исследована возможность применения нпнонленок CdTe в газовом анализе. Методом пьезоквлрцевого мпкревзвепшвлння изучены адсорбционные свойства данного материала по отношению к оксиду углерода (LL) и кислороду. У становлены закономерности адсорбционных процессов в зависимости от условий иротеклння н габитуса опытного об-раша. На основе шм>ченныл. лаиернмшиа тьныл. ааыныл. paipaCuiaH сенсор на лшкроиримесн СО. ч епешно прошедшей лабораторные испытания.

Киочгоые слоев: п.апоплсшси. CdTe, адсорбппя. угарный газ. сенсор

Г ВЗЕПЕИИЕ

D настоящее время оксид углерода (Л) находит ширсксе применение в промышленности органического синтеза. При этот*: высокая токсичность '»тарного газа. отсутствие цвета н запаха часто привозят к тяжелым отравлениям, эакахгптающнмея летальным исходом. Зсе это обусловливает необходимость своепремешюго мониторинга состава технологических сред промышленных предприятий.

О/ртам m решений обозначенной rkttt? проблет.гч гаюття г^спрегс-лиагностика содержания ГО с использованием сенсорных, систем.

Оссссгс внимания заслуживают сснсорк с чувствительным элементом, выполненным в виде полихрнстал-личсскнх пленок алмазоподобяых полупроводников типа А2ВС. позволяющие эффективно обнаруживать мнк-ропримесн токсичных газов при низких, вплоть до комнатной температурах [1].

Существенные улучшения характеристик такого рода сенсоров могут быть достигнуты за счет применения наниматериалов [2]. к числу кширых шншии шшшлсшш СсТс. изученные в настоящей работе.

П. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Целыо работы является получение нешого одноразмерного материала перзичиых преобразэоагелей полу проводниковых сенсоров-датчиков, исследование фтнко-хнмнческнх свойств поверхности данного объекта

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Для получения нанопленок (d=30. .100 им) СсТс нспользозалн метод ггомнчсскогэ дискретного испарения в вакууме (универсальный вакуумный пост ВУП-5). Оценку возможности применения нанопленок C'dTc в диагностике угарного газа производили на основе результатов адсорбционных исследовании, выполненных методом пьезэкварцезого микровзвешнвзния в интервалах температур 243. .393 К и давлении 3...26 Па. Газы-адсирйагы СО к От нолучааи но известным методикам [3] с последующим хрома.итрафическим анализом. По результатам исследовании определяли зеличнны адсорбции, производили расчет термодинамических характеристик адсорбции: дифференциальных теплот и изменении энтропии адсорбции [1].

rv\ Результаты жсньримьнт аи лх сьсуадьнль

Исследонания адслрбписнньгс гкойг-r нанопленок ГгГГе гокязали вьгегкую чзбнрательнутп чупгтчитрль-нисть данно; о материала ixj отношению к выбранным адссрбатам. Так. величины адсирбшш СО и Oi имеют порядок 10* ммоль/м" (рис. 1,2).

1Б -

0

1 и

05 -

0

/

n

\ /

240 2*0 320 Т. К а)

360 400

1.6

12

§08 с

с

*0.4

О

24С 260 320 т,к

Ь)

360

Рис. 1 Температурные зависимости величины адсороиии СО (а) и СЬ (о) на нанохленк? С(1Те (<1-90 ым) пои Рн: 3 (1), 6 5 (2). 12 (3) Па

-А 1

400

15 -

1 -

05 -

I

о

0 4 8 12 10

р. Па

Ь)

Рис. 2. Разновесные изотермы адсорбции СО (л) и СЬ (¿>) на наноплеике СсПё (ё=^0 нм) шн Т. 257 (1), 298 (2), 363 (3) К

Избирательная чувствительность поверхности наиошенэк СсИе обусловлена протеканием химической адсорбции кислорода и угарногс газа начиная с температур 257 и 273К соответственно. На это указывают опытные зависимости - изобары (наличие восходящих участков), а также расчеты термодинамических характеристик адсорбции: днфференцнатьных те плот и энтропии адсорбцли (дф Так. величины qc СО и О,, достигают 37 и 79 кДж/мол» соо-тетгтнрнно яеличтш АКа гля игего ннтернгга тештератур ссс-.-жляют (-81 К) (-63.2) Дж/(молъ-ВГ).

Анализ адсорбционных характеристик наноилеко*. СиГе ишаслн! сделать вывод о повышенной адсиропленной чувствительности поверхности данного адсорбента по отношению к СО. по сравнению с О.;. во всех интервалах исследованных температур л давлений (рис. 3,4).

2.6

î 2,2 в

1.4 -

\

240

\

V^*

280

320 T. К

B50

400

Рис 3. Температурные зависимости величины адсорбции СО (1) и Ог (2) на нанолленке CdTe (d=90 нм) при Рн=15 Па

3 -2.5 -2

1.5 -1 -

0.5 -О -

Г' Я

у

¿У

8 Р,Т а

16

Рис. 1. Равновесные изотермы адсорбции СО (1) и 0_, (2) па папоплепке CdTe (d-90 им) прн Т~ 323 К

При сопоставлешш адсорбционных характерпепхк паисплеиок п ранее шутейных порошков C'dTe [1.3] от метаем:

- повышенную адсорбционную активность нанопленэк на 2-3 порядка по сравнению с порошками, соответственно а-104 ммоль'м2 и с-(10.. 102) ммоль/м2. Величина адссрбцпн СО растет с уменьшением толщины пленки адсорбента;

- качественное совпадение адсорбционных характеристик порошка и канопленок, в частности сходство кривых температурной зависимости величины адсорбции ^рис. 5).

Здесь необходимо отметить, что аналогичные зависимости установлены для систем «ZnSe-Кз» (d=C,û1 мм) [4]. xZnbe-CO» (d=0.2i>...0.3 мкм)[Ь] и <<(ZnSe)b,o5(C<ile)ox«-CU» (d=ô0.../30 нм) [2]. Гагам ооразем. полученные нами данные согласится с выводом автора [о] «о сохранении при изменении гаоитуса образцов алмаюпо-дооных пелупроводников лекальных активных центров, ответственных за адсорбционные и каталлнче:Еие процессы».

3.5 -|

'в

5 3

В

в

Ъ 2.5 в

7

Б.1

" т

I 4.8 *

4.5 4.2

2*0

\

/

/

\

23С с20

Т. 1С

\

360

°иг > Течптературные зажпгимогги делтичины адсорбции ГО на пленках толщиной 4Э (1). 90 (2) нм и порошке (4^=8419 нм) (3) С<1Те при Рж=15 Па

Выявленная высокая избирательная чувствительность поверхности наноиленок С<1Тс по отношению е СО свидетельствует о целесообразности дальнейшего пепэльзоваиня указанного наиоматернала з лолулреводшпео еом газовом анализе. В итоге, с учетом полученных данных был разработан датчик на микропримеси угарного газа (рис. 6).

Рис.6 Схема первичного преосразователя газоанализатора: 1 - пьезоквлрпевын резонатор. 2 - нгиопленха СйТе

Олешком сенсора является изменение частоты колебания пьезокварцевего резонатора, обусловленное ад-сороиней (десорбцией) апалита иг. паиоплелке СеПГе.

Созданный сенсор успешно прошел лабораторные испытания.

VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получены шнопленкн теллурида кадмия. Изучены адсорбционные свойства данного материала по отношению к оксиду углерода (И) и кислороду. Установлены закономерности адсорбционных процессов в зависимости ог условий протекания и габитуса опытного образца. Созданный сенсор-датчик на микропрнмеси угарного газа успешно прошел лабораторные испытания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кировская. И. А., Подгорный С. О. Адсорбция газов на бинарных и многокомпонентных полупроводниках системы ZnSe-CdTe И Журнал физической химии. 2011. Т. 35. №. 11. С. 2112-2117.

2. Подгорный С. О. [и др.] Адсорбционные свойства компонентов системы ZnSe-CdTe Размерные эффекты Н Омский научный вестник. 2013. № 3(123). С. 50—52.

3. Кирове кал И. А. Подгорный С. О. Новые катализаторы окисления моноксида углерода И Журнал физической химии. 2012. Т. 86. №. 1С. 1-5.

4. Кировская. И. А., Шмидт Е. А Адсорбция га,зов и смесей на пленках селенида цинка I! Журнал физической химии. 1975. Т. 49. № 27. С. 428^430.

5. Кировская И. А., Азарова О. П. Закономерности и механизм адсорбции оксида углерода на пленках гвер-дых растворов и бинарных соединений системы InSb-ZuSe Н Журнал физической химии. 2003. Т. 77, № 12. С. 2216-2220.