Электронный «нос» на основе наночастиц оксида цинка

Газовый сенсор нового поколения HOT WIRE.

Оксид цинка, допированный галлием, – ZnO(Ga) – относится к группе проводящих прозрачных оксидов (TCO, transparent conductive oxides). Благодаря своим оптическим (оптическая прозрачность в широком диапазоне) и электрическим (высокая проводимость) свойствам ZnO(Ga) находит широкое применение в различных областях оптоэлектроники, используется для производства плоских дисплеев, прозрачных электродов (альтернатива дорогостоящим электродам на основе ITO), а также газовых сенсоров.

В работе исследуется возможность использования наночастиц ZnO(Ga), полученных при разных условиях, для создания селективного сенсора на формальдегид в присутствии паров воды (относительная влажность, RH).

Наночастицы ZnO(Ga) были получены из раствора солей методом соосаждения с использованием NH4HCO3 в качестве осадителя. Осадок прокалили при 500ºС в течение 2 часов, диспергировали в воде и нанесли на кварцевую подложку центрифугированием полученной суспензии. Полученный материал подвергли отжигу при 600–1100ºС в течение 2 часов. Морфология полученных плёнок была исследована методом СЭМ: при увеличении температуры отжига размер частиц увеличивается. Для исследования сенсорных свойств была собрана следующая схема (рис.1).

Рис. 1. Устройство сенсора.

Для образцов, полученных отжигом при 600–1100ºС, сенсорный отклик на воду практически не зависит от температуры отжига (рис.2), в то время как для формальдегида при повышении температуры отжига чувствительность уменьшается (рис.3). Данное различие авторы объясняют механизмом взаимодействия определяемых веществ с поверхностью: для воды – химическое равновесие (практически не зависит от размера частиц), для формальдегида – необратимая окислительно-восстановительная реакция (большая зависимость от площади поверхности).

Рис. 2. Сенсорный отклик на RH (относительную влажность).

На основании этих данных была предложена «система двух сенсоров», в которой использовался ZnO(Ga), полученный отжигом при температуре 600ºС (в качестве чувствительного элемента), а также ZnO(Ga), полученный отжигом при 1000ºС (в качестве эталонного сопротивления). Таким образом, конечный отклик зависит от соотношения откликов обоих элементов: в присутствии формальдегида наблюдается сенсорный сигнал, который практически отсутствует в присутствии паров воды.

Рис. 3. Сенсорный отклик на формальдегид.

По материалам статьи Беззубова С.И., Воробьевой Н.А., Ефимова А.А. (химический факультет МГУ), подготовленной на основе оригинальной статьи: Han N., Tian Y., Wu X., Chen Y. Improving humidity selectivity in formaldehyde gas sensing by a two-sensor array made of Ga-doped ZnO // Sensors and Actuators B 138 (2009) 228–235.