Особливостi детектування вiдновлювальних газiв сенсорами на основi In2O3 i SnO2 у вологiй атмосферi
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe62.03.0249Ключові слова:
газовi сенсори, дiоксид олова, оксид iндiю, метан, чадний газ, волога, каталiтична активнiть, DFTАнотація
В роботi дослiджена взаємодiя газових сенсорiв на основi дiоксиду олова (SnO2) та оксиду iндiю (In2O3) з чадним газом (CO) i метаном (CH4), у вологiй атмосферi. Показано, що наявнiсть вологи чинить сильний вплив на провiднiсть сенсорiв, а також на кореляцiю мiж його чутливiстю та каталiтичною активнiстю, причому цi результати є спiльними для рiзних оксидiв та вiдновлювальних газiв. В роботi запропоновано механiзм взаємодiї газiв-вiдновникiв з поверхнями оксидiв у вологiй атмосферi. В результатi теоретичних розрахункiв, що були виконанi на основi теорiї функцiонала електронної густини (DFT), на поверхнi оксидiв видiленi гiдроксильнi групи двох типiв, якi по-рiзному впливають на провiднiсть та чутливiсть сенсора при його взаємодiї з вiдновлювальними газами. Запропонована модель знаходить експериментальне пiдтвердження при сумiсному вимiрi каталiтичної активностi та чутливостi, що проводились для розглянутих оксидiв.
Посилання
D.E. Williams. Semiconducting oxides as gas-sensitive resistors. Sensor. Actuat. B 57, 1 (1999).
https://doi.org/10.1016/S0925-4005(99)00133-1
G. Eranna, B.C. Joshi, D.P. Runthala, R.P. Gupta. Oxide materials for development of integrated gas sensors – A comprehensive review. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 29 (3-4), 111 (2004).
https://doi.org/10.1080/10408430490888977
G. Korotcenkov, V. Brinzari, A. Cerneavschi, M. Ivanov, A. Cornet, J. Morante, A. Cabot, J. Arbiol. In2O3 films deposited by spray pyrolysis: gas response to reducing (CO, H2) gases. Sensor. Actuat. B 98, 122 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.snb.2003.09.009
E. Comini, C. Baratto, I. Concina, G. Faglia, M. Falasconi, M. Ferroni, V. Galstyan, E. Gobbi, A. Ponzoni, A. Vomiero, D. Zappa, V. Sberveglieri, G. Sberveglieri. Metal oxide nanoscience and nanotechnology for chemical sensors. Sensor. Actuat. B 179, 3 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.10.027
G. Korotcenkov, V. Brinzari, B.K. Cho. In2O3- and SnO2- based thin film ozone sensors: Fundamentals. J. Sensors 2016, 1 (2016).
https://doi.org/10.1155/2016/3816094
T. Sahm, A. Gurlo, N. Barsan, U. Weimar. Properties of indium oxide semiconducting sensors deposited by different techniques. Part. Sci. Technol. 24, 441 (2006).
https://doi.org/10.1080/02726350600934739
G. Korotchenkov, V. Brinzari, Y. Boris, M. Ivanov, J. Schwank, J. Morante. Influence of surface Pd doping on gas sensing characteristics of SnO2 thin films deposited by spray pyrolysis. Thin Solid Films 436, 119 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0040-6090(03)00506-6
W G¨opel. Chemisorption and charge transfer at ionic semiconductor surfaces: Implications in designing gas sensors. Prog. Surf. Sci. 20, 9 (1985).
https://doi.org/10.1016/0079-6816(85)90004-8
V. Lantto. Gas Sensors (Springer, 1992) [ISBN: 978-94-010-5214-6].
G. Korotcenkov, V. Brinzari, M. DiBattista, J. Schwank, A. Vasiliev. Peculiarities of SnO2 thin film deposition by spray pyrolysis for gas sensor application. Sensor. Actuat. B 77 244 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0925-4005(01)00741-9
V. Brinzari, G. Korotcenkov, J. Schwank. Optimization of thin-film gas sensors for environmental monitoring through theoretical modeling. Proc. SPIE 3857, 186 (1999).
https://doi.org/10.1117/12.370286
D. Vanderbilt. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism. Phys. Rev. B 41, 7892 (1990).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.7892
S.J. Clark, M.D. Segall, C.J. Pickard, P.J. Hasnip, M.J. Probert, K. Refson, M.C. Payne. First principles methods using CASTEP. Z. Kristallogr. 220, 567 (2005).
https://doi.org/10.1524/zkri.220.5.567.65075
J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
V. Golovanov, M.A. M¨aki-Jaskari, T.T. Rantala, G. Korotcenkov, V. Brinzari, A. Cornet, J. Morante. Experimental and theoretical studies of indium oxide gas sensors fabricated by spray pyrolysis. Sensor. Actuat. B 106, 563 (2005).
https://doi.org/10.1016/j.snb.2004.07.026
T.V. Belysheva, G.N. Gerasimov, V.F. Gromov, E.Yu. Spiridonova, L.I. Trakhtenberg. Conductivity of SnO2–In2O3 nanocrystalline composite films. Rus. J. Phys. Chem. A 84, 1554 (2010).
https://doi.org/10.1134/S0036024410090207
M. Egashira, M. Nakashima, S. Kawasumi. Temperature programmed desorption study of water adsorbed on metal oxides. 2. Tin oxide surfaces. J. Phys. Chem. 85, 4125 (1981).
https://doi.org/10.1021/j150626a034
N. Barsan, U. Weimar. Conduction model of metal oxide gas sensors. J. Electroceram. 7, 143 (2001).
https://doi.org/10.1023/A:1014405811371
D.F. Cox, T.B. Fryberger, S. Semancik. Oxygen vacancies and defect electronic states on the SnO2(110)-1 × 1 surface. Phys. Rev. B 38, 2072 (1988).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.38.2072
V. Brinzari, G. Korotcenkov, V. Golovanov, J. Schwank, V. Lantto, S. Saukko. Morphological rank of nanoscale tin dioxide films deposited by spray pyrolysis from SnCl4·5H2O water solution. Thin Solid Films 408, 51 (2002).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
