Научная статья на тему 'Влияние технологии формирования газочувствительных пленок на параметры сенсоров газа'

Влияние технологии формирования газочувствительных пленок на параметры сенсоров газа Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
210
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ / СЕНСОР ГАЗА / ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЯ / GASSENSETIVE MATERIAL / GAS SENSOR / SOL-GEL TECHNOLOGY

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Александрова Мария Сергеевна, Копылова Наталья Федоровна, Петров Виктор Владимирович

В статье исследованы электрофизические свойства и газочувствительные характеристики пленок состава SiO2(SnOxCuOY), полученных двумя способами по золь-гель технологии. В первом случае в золь-гель раствор вводили наноразмерный CuO, во втором случае Cu(NO3)2. Пленки, полученные по второй технологии обладают лучшими газочувствительными характеристиками.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Александрова Мария Сергеевна, Копылова Наталья Федоровна, Петров Виктор Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TECHNOLOGY OF PREPARATION OF GAZSENSENSITIVE FILMS INFLUENCE ON GAZ SENSORS PARAMETERS

Electrophysical properties and gassensitive parameters of SiO2(SnOxCuOY) films were investigated, which two kinds sol-gel technology were prepared. At first technology nanosize СuO introduce into sol-gel solvation and at second technology Cu(NO3)2. Films were prepared by second technology have more better gassensitive parameters.

Текст научной работы на тему «Влияние технологии формирования газочувствительных пленок на параметры сенсоров газа»

Борисов Игорь Викторович

Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: la@tsure.ru.

347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.

Тел.: 8(8634)371-697.

Прашенцев Сергей Алексеевич

Открытое акционерное общество Научно-производственный комплекс “Применение авиации в народном хозяйстве”.

E-mail: lik@panh.ru. г. Краснодар, Россия.

Ципенко Антон Владимирович

-

.

E-mail: tsipenko_av@mail.ru.

г. Москва, Россия.

Borisov Igor Viktorovitch

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: la@tsure.ru.

44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.

Phone: 8(8634)371-697.

Prashentsev Sergey Alekseevitch

Rublic Corporation Scientific Production Complex “Aviation use in National economy”.

E-mail: lik@panh.ru.

Krasnodar, Russia.

Tsipenko Anton Vladimirovitch

Research Institute of New Technologies by Moscow Aviation Institute E-mail: tsipenko_av@mail.ru.

Moscow, Russia.

УДК 539.217.5:546.28

MX. Александрова, Н.Ф. Копылова, B.B. Петров

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПЛЕНОК НА ПАРАМЕТРЫ СЕНСОРОВ

ГАЗА

В статье исследованы электрофизические свойства и газочувствительные характеристики пленок состава SiO2(SnOxCuOY), полученных двумя способами по золь-гель технологии. В первом случае в золь-гель раствор вводили

наноразмерный CuO, во втором случае - Cu(NO3)2. Пленки, полученные по второй технологии обладают лучшими газочувствительными характеристиками.

Газочувствительный материал; сенсор газа; золь-гель технология.

M.S. Aleksandrova, N.F. Kopilova, V.V. Petrov

TECHNOLOGY OF PREPARATION OF GAZSENSENSITIVE FILMS INFLUENCE ON GAZ SENSORS PARAMETERS

Electrophysical properties and gassensitive parameters of SiO2(SnOxCuOY) films were investigated, which two kinds sol-gel technology were prepared. At first technology nanosize CuO introduce into sol-gel solvation and at second technology

- Cu(NO3)2. Films were prepared by second technology have more better gassensitive parameters.

Gassensetive material; gas sensor; sol-gel technology.

Золь-гель-процессы способны проходить при низких температурах и атмосферном давлении и позволяют создавать материалы регулируемого состава и структуры, обладающие высокой гомогенностью (вплоть до молекулярного уровня), изменяя только технологические режимы, оснастку и оборудование можно получать ультрадисперсных порошков и пористых газочувствительных материалов.

Современные исследования показывают, что более высокие газочувствительные свойства проявляют пленки на основе сложных (смешанных) оксидов или пленки на основе оксидов, легированных металлами и имеющих развитую

.

Оксиды меди (I и II), являются полупроводниками р-типа с шириной запрещенной зоны 0,8-2,1 эВ и проявляют каталитические свойства [1,2.]. Поэтому они являются перспективным материалом для использования их в качестве чувствительного элемента в сенсорах газов.

В данной работе с помощью золь-гель метода были получены нанораз-мерные пленки газочувствительного материала на основе оксидов олова и кремния, легированных оксидами меди. Пленки имели толщину 60 - 150 нм. В пленкообразующий раствор соединения меди вводились двумя способами: оксид меди (1), полученный электролитически в виде мелкодисперсного порошка и азотнокислая медь, которая при дальнейшем термической обработке превращалась в оксид меди (11). Технология получения описана в [3].

Исследования морфологии поверхности образцов пленок состава SiO2(SnOxCuOy), отожженных при температуре 600°С с содержанием 5% меди в исходном растворе, но полученных разными технологиями проводили на сканирующем зондовом микроскопе Solver P47 (рис. 1).

Из рисунка видно, что пленки, полученные по первой технологии, имеют 15-45, ,

с глубиной 50 - 200 нм.

Рентгенофазовые исследования этих образцов проводились на установке -3 ( . . . ) ( . 2).

волны рентгеновского излучения CuKa 1.54051 А.

Рентгенофазовый анализ показал, что пленки, полученные по первой технологии, имеют в своем составе аморфный диоксид кремния и оксиды СиО и Бп2О3. Более разнообразный фазовый состав наблюдается у пленок, полученных по второй технологии. Материал представляет собой сложное оксидное соединение, состоящее из диоксида кремния и смеси оксидов: Си2О, СиО, Бп2О3 и Бп3О4. Согласно проведенным рентгеноструктурным исследованиям установлено, что размеры кристаллитов оксидов олова 14 - 25 нм, а кристаллитов оксида меди 7 - 14 нм.

а б

Рис. 1. Поверхность пленки состава БЮ2(8пОхСиОу) , полученного из растворов с добавлением: а) Си2О б) Си(ЫО3)2

а б

Рис. 2. Дифрактограммы пленок состава 8Ю2(8пОхСиОу) , полученного из растворов с добавлением: а) Си2О б) Си(ЫО3)2

Были исследованы температурные зависимости проводимости получен,

ширину запрещенной зоны. Для пленок, изготовленных по первой технологии, энергия активации проводимости лежит в диапазоне 0,12 - 0,92 эВ. Ширина

Си2О -

разующем растворе, составила 0,87 эВ (0,5% Си2О) и 1,43 эВ (5% Си2О). Наименьшая ширина запрещенной зоны наблюдается у материалов с наименьшими размерами кристаллитов оксидов меди (~ 7 нм).

, , -водимости составляет 0,07+0,01 эВ.

Все образцы исследовались на газовую чувствительность по отношению к диоксиду азота на установке, описанной в [4]. Концентрация оксида азота изменялась в диапазоне от 1 до 200ррт, а рабочая температура сенсора от комнатной до 2000С.

На рис. 3 представлены температурные зависимости чувствительности к .

Из рис. 3 видно, что максимальная чувствительность к К02 для пленок, полученных по первой технологии наблюдается при 100иС.

Е

а 0,25 п

£ 0,2 ■

□ 0,15 -

Л

£ 0,1 -

| 0,05 -

Й 0 - -* о

Рис. 3. Температурная зависимость чувствительности пленки (содержание Cu20 в растворе 5 %, температура отжига пленки 5000С). Концентрация NO2 : 1 - 36,5 ppm, 2 - 73 ppm, 3 - 146ppm

Проводилось исследование образцов данных пленок на чувствительность к диоксиду азота. При действии газа сопротивление пленок понижается, время отклика при этом составляет 30-80 секунд. Последующая продувка камеры воздухом, не содержащим NO2, возвращает сопротивление к исходному значению, время восстановления при этом составляет 1-3 минуты (рис. 4).

1,1 1,05 1

0.95 0,9

о

£ 035

ОС.

0,8 0,75 0,7 0,65 0,6

Рис. 4. Отклик пленок состава SiO2(SnOx,CuOy), отожженных при 600 °С, на N02 с концентрацией 0,8 ppm в воздухе при температуре 20 °

С (1 - Sn/Cup_p = 340; 2 - Sn/Cup_p = 34)

газ

воздух

О 200 400 600 800 1000 1200 1400

Время, сек

1 2

—і---------------------------------------------------------1-1-1-1

50 1 00 1 50 200 250

TeMiepaivpa, °С

На рис. 5 представлены аналогичные зависимости для пленок, полученных по второй технологии.

Максимальная чувствительность для этих пленок зависит от технологических режимов изготовления и наблюдается при 50 и 1500С. При чем для пленок с повышенной концентрацией оксида меди наблюдается только один пик на зависимости.

а

Рис. 5. Температурная зависимость чувствительности пленок: а - содержание Cu(NO3)2 в растворе 0,5 %, температура отжига пленки 600й'С; б - содержание Cu(NO3)2 в растворе 5 %>, температура отжига пленки 500°С. Концентрация NO2 : 1 - 36,5 ppm, 2 - 73 ppm, 3 - 146ppm

На рис.6 представлены кинетические зависимости отклика сенсора на основе пленки с концентрацией Си(Ы03)2 в растворе 5 % и температурой отжига 5000 .

200000 190000 180000 170000 160000 о; 1 50000 140000 130000 120000 110000 100000

1500 2000 2500

т

Рис. 6. Кинетические зависимости отклика сенсора на основе пленки с концентрацией Сы(НОз)2 в растворе 5 % и температурой отжига 500 °С.

Концентрация N02 17ррт

Из сравнения рис. 4 и 6 видно, что отклик сенсоров на диоксид азота, полученных по второй технологии более стабильный.

Исследованные пленки состава SiO2(SnO2,CuOy) обладают ярко выра-, , -ристиками при изменении температуры и действии газов с концентрациями на . .,

материалов для сенсоров на диоксид азота.

,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

материала можно изготавливать сенсоры диоксида азота с разными техниче-.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Henrich V.E., Cox P.A. The surface science of metal oxides. Cambridge: University Press. - 1993. - 460 p.

2. . ., . ., . . . -окислов. Справочник. - М.: Металлургия. 1978. - 472 с.

3. . ., . ., . ., . .

электрофизических свойств наноразмерных пленок SiO2(SnOxCuO), чувствительным к к оксидам азота // Материалы VII Межд. науч. конф. «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», (17-22 сентября 2007) - Кисловодск: Сев-КавГТУ, 2007. - С. 261-263.

4. . . :

докл. 1 Межд. науч.-техн. конф. «Сеносрная элекетроника и микросистемные технологии» (1-5 июня 2004г) - Украина, Одесса: «Астропринт», 2004. - С. 288-292.

Александрова Мария Сергеевна

Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: hie@fib.tsure.ru

347922, г. Таганрог, пер. Некрасовский,44.

Тел.: 8(8634)371-624 Кафедра химии и экологии.

.

Копылова Наталья Федоровна

Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: hie@fib.tsure.ru 347905, . , . ,7.

Тел.: 8(8634)371-624 Кафедра химии и экологии.

.

Петров Виктор Владимирович

Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: vvpetrov@fib.tsure.ru.

347922, г. Таганрог, ул. Греческая, 12.

Тел.: 8(8634)371-624 Кафедра химии и экологии.

.

Aleksandrova Mariy Sergeevna

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: hie@fib.tsure.ru

44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347922, Russia.

Phone: 8(8634)371-624 Department of Chemistry and Ecology.

Student.

Kopilova Natalya Fedorovna

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: hie@fib.tsure.ru

7, Dyumo strit, Taganrog, 347905, Russia.

Phone: 8(8634)371-624 Department of Chemistry and Ecology.

Assistant.

Petrov Viktor Vladimirovich

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: vvpetrov@fib.tsure.ru.

12, Grecheskaya street, Taganrog, 347922, Russia.

Phone: 8(8634)371-624 Department of Chemistry and Ecology.

Associate professor.

530.1

В .Г. Сапогин

ГАМИЛЬТОНОВ ФОРМАЛИЗМ ОДНОМЕРНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГРАВИТИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ

Построен гамильтонов формализм бесстолкновителъного движения гравитирующих частиц в плоском самосогласованном поле. Показано, что поле системы представляет собой потенциальную яму, глубина которой определяется интегралом энергии, а длина - значением интеграла полного давления. Рассчитанное распределение концентрации указывает на то, что поле выталкивает вещество системы на её границы, образуя у границ области с высокой KOHifenmpaifueü.медленных частиц.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.