DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2018.3.142041

СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ НАПІВПРОВІДНИКОВОЇ ВАРИСТОРНОЇ КЕРАМІКИ SnO2-Co3O4-Nb2O5-Cr2O3

О. В. Гапонов

Анотація


Варисторний ефект у SnO2 -Co3 O4 -Nb2 O5 -Cr2 O3 кераміці з різними домішками супроводжувався сильним вологочутливим ефектом для електричної провідності у слабкому полі. Електропровідність у слабких полях і діелектрична проникність кераміки збільшувались при зростанні відносної вологості повітря з 10 до 93%. Такі ефекти спостерігались як для твердо-фазних синтезованих зразків без або з CaO домішкою, так і для рідко-фазних синтезованих зразків з CuO або V2 O5 домішками. Найменшу вологочутливість мають рідкофазні синтезовані зразки у зв’язку з їх більш щільною структурою й існуючими вторинними фазами, які розташовуються між зернами SnO2 . Для досліджених зразків обчислені значення коефіцієнта вологочутливості 1,8·103 -3,2·105 при слабких електричних полях і коефіцієнта нелінійності 30-57 при сильних електричних полях (E1 = 5,3-7 кВ·см-1). Властивості оксидної кераміки пояснюються електричною провідністю, яка контролюється потенціальними бар’єрами на межах зерен. Висота бар’єрів зменшується як зі збільшенням відносної вологості повітря при слабких електричних полях, так і напруги при сильних електричних полях. Велика вологочутливість є ключовим фактором для сенсорного використання кераміки на основі SnO2 .

Ключові слова


сенсор вологості; оксид олова; варистор; оксидна кераміка; межа зерен; електрична провідність

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


B. M. Kulwicki. Ceramic sensors and transducers // J. Phys. Chem. Solids, 45 (10), pp. 1015-1031 (1984).

W. Gopel, K. D. Schierbaum. SnO2 sensors: current status and future prospects // Sens. Actuat. B: Chem., 26 (1-3), pp. 1-12 (1995).

J. F. McAleer, P. T. Moseley, J. O. W. Norris, D. E. Williams. Tin dioxide gas sensors. Part 1. Aspects of the surface chemistry revealed by electrical conductance variations // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 83 (4), pp. 1323-1346 (1987).

J. F. McAleer, P. T. Moseley, J. O. W. Norris, D. E. Williams, B. C. Tofield. Tin dioxide gas sensors. Part 2. The role of surface additives // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 84 (2), pp. 441-457 (1988).

E. Traversa. Ceramic sensors for humidity detection: the state-of-the-art and future developments // Sens. Actuat. B: Chem., 23 (2-3), pp. 135-156 (1995).

Z. Chen, C. Lu. Humidity sensors: a review of materials and mechanisms // Sensor Lett., 3 (4), pp. 274-295 (2005).

S. P. Yawale, S. S. Yawale, G. T. Lamdhade. Tin oxide and zinc oxide based doped humidity sensors // Sens. Actuat. A: Phys., 135 (2), pp. 388-393 (2007).

A. B. Glot. Conductivity of SnO2 based ceramics // Inorg. Mater., 20 (10), pp. 1522-1523 (1984).

A. B. Glot, A. P. Zlobin. Nonohmic conductivity of tin dioxide ceramics // Inorg. Mater., 25 (2), pp. 274-276 (1989).

S. A. Pianaro, P. R. Bueno, E. Longo, J. A. Varela. A new SnO2-based varistor system // J. Mater. Sci. Lett., 14 (10), pp. 692-694 (1995).

P. N. Santosh, H. S. Potdar, S. K. Date. Chemical synthesis of a new tin dioxide based (SnO2 : Co, Al, Nb) varistor // J. Mater. Res., 12 (2), pp. 326-328 (1997).

A. B. Glot. Non-ohmic conduction in oxide ceramics: tin dioxide and zinc oxide varistors. Chap. 10 in Ceramic Materials Research Trends, Ed. P.B. Lin, pp. 227-273, Nova Science Publishers, Inc., New York (2007).

A. B. Glot, A. V. Gaponov, A. P. Sandoval-Garcia. Electrical conduction in SnO2 varistors // Phys. B: Condensed Matter., 405 (2), pp. 705-711 (2010).

A. V. Gaponov, A. B. Glot. Non-ohmic conduction in tin dioxide based ceramics with copper addition // Semicond. Phys., Quant. Electron. & Optoelectr., 14 (1), pp. 71-76 (2011).

I. Skuratovsky, A. Glot, E. Di Bartolomeo, E. Traversa, R. Polini. The effect of humidity on the voltage-current characteristic of SnO2 based ceramic varistor // J. Eur. Ceram. Soc., 24 (9), pp. 2597-2604 (2004).

I. Skuratovsky, A. Glot, E. Traversa. Modelling of the humidity effect on the barrier height in SnO2 varistors // Mater. Sci. Eng. B, 128 (1-3), pp. 130-137 (2006).

A. V. Gaponov, A. B. Glot, A. I. Ivon, A. M. Chack, G. Jimenez-Santana. Varistor and humidity-sensitive properties of SnO2-Co3O4-Nb2O5-Cr2O3 ceramics with V2 O5 addition // Mater. Sci. Eng. B, 145 (1-3), pp. 76-84 (2007).

A. B. Glot, A. P. Sandoval-Garcia, A. V. Gaponov, R. Bulpett, B. J. Jones, G. JimenezSantana. Electronic properties of SnO2-based ceramics with double function of varistor and humidity sensor // Adv. in Tech. of Mat. and Mat. Proc. J., 10 (1), pp. 21-32 (2008).

A. V. Gaponov, O. V. Vorobiov, A. M. Vasyliev. Electrical parameters of SnO2 based varistor ceramics with CaO and BaO additions // Phys. Chem. Solid State, 17 (1), pp. 81-87 (2016).

M. Batzill, U. Diebold. The surface and materials science of tin oxide // Prog. Surf. Sci., 79, pp. 47-154 (2005).

A. I. Ivon, I. M. Chernenko. Dielectric polarization of vanadium pentoxide // Izv. Vyssh. Ucheb. Zaved., Fiz., 21 (1), pp. 111-113 (1978).

R. Sengodan, B. Chandar Shekar, S. Sathish. Morphology, structural and dielectric properties of vacuum evaporated V2O5 thin films // Phys. Proc., 49, pp. 158-165 (2013).




Copyright (c) 2018 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)