Электронный нос для виноделов на основе нанотрубок

«Электронный нос» – устройство, используемое для детектирования тех или иных веществ в газовой фазе. Такие приборы находят применение в сфере контроля качества продуктов, для обеспечения безопасности, охраны окружающей среды, а также для диагностики заболеваний. Принцип работы резистивного газового сенсора основан на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента при изменении состава газовой атмосферы.

В качестве базовых материалов для изготовления чувствительных элементов газовых сенсоров резистивного типа чаще всего используют полупроводниковые оксиды SnO2 и ZnO. В ряде работ было обнаружено повышение сенсорного сигнала SnO2 (рассчитываемого как отношение сопротивления материала в атмосфере исследуемого газа к сопротивлению на воздухе) по отношению к газам NO2, CO, NH3, HCHO, H2 при использовании композита SnO2 с углеродными нанотрубками.

Так, недавно было обнаружено, что система из двух сенсорных элементов на основе пленок SnO2, содержащих соответственно 0.5 вес. % и 1 вес. % УНТ, может быть эффективна при анализе паров этанола («обычного» спирта) и метанола (страшного яда), например, при контроле качества вин (или виски), где требуется обнаруживать примесь метанола. Сенсорный сигнал образца 0.5 wt% CNT-SnO2 (рис. 1а), по отношению к парам этанола, меньше сигнала образца 1 wt% CNT-SnO2 в тех же условиях. Такое поведение образцов сохраняется при концентрациях этанола 100–500 ppm (1 ppm = 10-4 об.%). При более высоких концентрациях этанола (500–1000 ppm) наблюдается обратная ситуация. В случае с парами метанола (рис. 1b) в области концентраций 100–1000 ppm сенсорный сигнал 0.5 wt% CNT-SnO2 меньше сигнала 1 wt% CNT-SnO2 во всей области.

Пленки SnO2/УНТ были выращены методом совместного испарения пучком электронов (E-beam evaporation) смеси SnO2 и углеродных нанотрубок. Данная технология дает возможность контролировать морфологию пленок. Многостенные УНТ были предварительно синтезированы в трубчатой печи методом CVD из смеси ацетилена и водорода с катализатором (железом) при 700С. Полученные многостенные нанотрубки промывали водой и HNO3 для удаления катализатора. Совместное осаждение смесей SnO2 и УНТ (0, 0.5, 1 вес.%) было осуществлено на алюминиевой подложке с Cr/Au контактами (вакуум 10-5 Торр), на обратную сторону которой был нанесен слой нагревательного элемента Ni/Cr, обеспечивающего нагрев сенсора до рабочей температуры 250–300оС (рис. 2). Полученные пленки прокаливали при 500С в течении 3 часов. Толщина пленок составляла ~300 нм (рис. 3). Диаметр нанотрубок и размеры частиц SnO2 составляли ~ 20–40 нм и 3–10 нм, соответственно (рис. 4). Полученный материал является полупроводником n-типа, о чем свидетельствует понижение его электрического сопротивления при адсорбции газа-восстановителя (спирты) на поверхности.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (3 votes)
Источник(и):

1. nanometer.ru