НАНОСИСТЕМИ НА ОСНОВІ ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ ДЛЯ СЕНСОРА ЕТАНОЛУ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2022.1/2.254481Ключові слова:
сенсор етанолу, адсорбційна здатність, наносистема, поруватий кремній, ГрафенАнотація
Створено сенсорні елементи на основі гібридних плівок, що містять нано-структури поруватого кремнію та відновленого оксиду графену. Зареєстровано зменшення електричного опору та збільшення ємності сенсорних елементів у режимі змінного струму внаслідок адсорбції молекул етанолу. Для оцінки сенсорних властивостей гібридних плівок визначено концентраційні залежності адсорбційної здатності у діапазоні 0–4,5% і досліджено динамічні характеристики сенсорів етанолу на їх основі. Встановлено, що сенсорні плівки з різним співвідношенням наночастинок поруватого кремнію і відновленого оксиду графену мають максимальну чутливість до етанолу у різних діапазонах концентрацій. Керувати функціональними властивостями гібридних плівок можна змінюючи пропорцію їх компонентів. Час реакції сенсорних елементів на зміну концентрації молекул етанолу становить 40–50 с. Отримані результати розширюють перспективу застосування наносистем на основі поруватого кремнію у сенсорних пристроях.
Посилання
A. Vaclavova, P. Strelec, T. Horak, M. Kebisek, P. Tanuska, L. Huraj. Proposal for an IIoT Device Solution According to Industry 4. 0 Concept // Sensors, 22, 325 (2022). https://doi.org/10.3390/s22010325.
C. Koulamas, M. T. Lazarescu. Real-Time Sensor Networks and Systems for the Industrial IoT: What Next? // Sensors, 20, 5023 (2020). doi: 10.3390/s20185023.
G. Lewandowicza, B. Wojciech, M. Bartlomiej, S. Daria. Application of Membrane Distillation for Ethanol Recovery during Fuel Ethanol Production // J. Membr. Sci., 375, pp. 212–219 (2011).
S.E. Powers, C. S. Hunt, S. E. Heermann, H. X. Corseuil, D. Rice, P. J. J. Alvarez. The transport and fate of ethanol and BTEX in groundwater contaminated by gasohol // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol., 31, pp. 79– 123 (2001). doi: 10.1080/20016491089181.
B. Le Dare, T. Gicquel. Therapeutic Applications of Ethanol: A Review // J. Pharm. Pharm. Sci., 22, pp. 525–535 (2019).
F. Liu, X. Yang, Z. Yu, B. Wang, Y. Guan, X. Liang, P. Sun, F. Liu, Y. Gao, G. Lu. Highly sensitive mixed-potential type ethanol sensors based on stabilized zirconia and ZnNb2O6 sensing electrode // RSC Adv., 6, pp. 27197–27204 (2016).
P. Wang, S. Z. Wang, Y. R. Kang, Z. S. Sun, X. D. Wang, Y. Meng, M. H. Hong, W. F. Xie. Cauliflower-shaped Bi2O3-ZnO heterojunction with superior sensing performance towards ethanol // J. Alloys Compd., 54, 157152 (2021).
L. Y. Gai, R. P. Lai, X. H. Dong, X. Wu, Q. T. Luan, J. Wang, H. F. Lin, W. H. Ding, G. L. Wu, W. F. Xie. Recent advances in ethanol gas sensors based on metal oxide semiconductor heterojunctions // Rare Met., (2022). https://doi.org/10. 1007/s12598–021–01937–4.
S. Yang, G. Lei, H. Xu, Z. Lan, Z. Wang, H. Gu. Metal Oxide Based Heterojunctions for Gas Sensors: A Review // Nanomaterials, 11, 1026 (2021). https://doi.org/10.3390/nano11041026.
M. M. Arafat, A. S. M. A. Haseeb, S. A. Akbar. Developments in semiconducting oxide-basedgas-sensingmaterials // Comprehensive Materials Processing, 13, pp. 205–219 (2014). http://dx.doi.org/10.1016/B978–0–08–096532–1.01307–8.
T. Tharsika, M. Thanihaichelvan, A. S. M. A. Haseeb, S. A. Akbar. Highly Sensitive and Selective Ethanol Sensor Based on ZnO Nanorod on SnO2 Thin Film Fabricated by Spray Pyrolysis // Frontiers in Materials, 6, 122 (2019). doi: 10.3389/fmats. 2019. 00122.
A. Cao, E. J. R. Sudhölter, L. C. P. M. de Smet. Silicon Nanowire‐Based Devices for Gas-Phase Sensing // Sensors, 14, pp. 245–271 (2014). https://doi.org/10.3390/s140100245.
C. J. Li, Y. Lu, Q. Ye, M. Cinke, J. Han, M. Meyyappan. Carbon Nanotube Sensors for Gas and Organic Vapor Detection // Nano Lett., 3, pp. 929–933 (2003). https://doi.org/10.1021/nl034220x.
E. Singh, M. Meyyappan, H. S. Nalwa. Flexible Graphene-Based Wearable Gas and Chemical Sensors // ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, pp. 34544–34586 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b07063.
S. Ozdemir, J. Gole. The potential of porous silicon gas sensors // Curr. Opin. in Solid State and Mater. Science., 11, pp. 92–100 (2007).
C. Baratto, G. Faglia, G. Sberveglieri, Z. Gaburro, L. Pancheri, C. Oton, L. Pavesi. Multiparametric Porous Silicon Sensors // Sensors, 2(3), pp. 121–126 (2002).
L. S. Monastyrskii, I. B. Olenych, B. S. Sokolovski. Simulation of field effect in porous silicon nanostructures // Appl. Nanosci., 10, pp. 4645–4650 (2020). https://doi.org/10.1007/s13204–020–01321–1.
I. B. Olenych, L. S. Monastyrskii. Electrical and sensory properties of zinc oxide – porous silicon nanosystems // Molecular Crystals and Liquid Crystals, 671, pp. 97–103 (2018).
L. S. Monastyrskii, I. B. Olenych, O. I. Petryshyn, V. M. Lozynskyi. Gas analysis system based on the porous silicon structures // Sensor Electronics and Microsystems Technologies, 15(2), pp. 88–96 (2018) (in Ukrainian).
X. Zhu, J. Zhang, Q. Xie, Z. L. Hou. High-Sensitivity and Ultrafast-Response Ethanol Sensors Based on Graphene Oxide // ACS Appl. Mater. Interfaces, 12, pp. 38708–38713 (2020).
H. Ahmadvand, A. Irajizad, R. Mohammadpour, S. H. Hosseini-Shokouh, E. Asadian. Room temperature and high response ethanol sensor based on two dimensional hybrid nanostructures of WS2/GONRs // Scientific Reports, 10, 14799 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598–020–71695–3.
L. Oakes, A. Westover, J. W. Mares, S. Chatterjee, W. R. Erwin, R. Bardhan, S. M. Weiss, C. L. Pint. Surface engineered porous silicon for stable, high performance electrochemical supercapacitors // Scientific Reports, 3, 3020 (2013). https://doi.org/10.1038/srep03020.
J. Kim, S. S. Joo, K. W. Lee, J. H. Kim, D. H. Shin, S. Kim, S. H. Choi. Near-ultraviolet-sensitive graphene/porous silicon photodetectors // ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, pp. 20880–20886 (2014). https://doi.org/10.1021/ am5053812.
O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surf. Sci. Rep., 38, pp. 1–126 (2000).
D. Li, M. B. Müller, S. Gilje, R. B. Kaner, G. G. Wallace. Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets // Nat. Nanotechnol., 3, pp. 101–105 (2008).
S. Stankovich, D. A. Dikin, R. D. Piner, K. A. Kohlhaas, A. Kleinhammes, Y. Jia, Y. Wu, S. T. Nguyen, R. S. Ruof. Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide // Carbon, 45, pp. 1558–1565 (2007).
I. B. Olenych, O. I. Aksimentyeva, B. R. Tsizh, Y. Y. Horbenko, Y. I. Olenych, I. D. Karbovnyk. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/ carbon-based nanocomposite for gas sensing // Molec. Cryst. Liq. Cryst., 701, pp. 98–105 (2020).
I. B. Olenych, O. I. Aksimentyeva, Y. Y. Horbenko, B. R. Tsizh. Electrical and sensory properties of silicon – graphene nanosystems // Applied Nanoscience, 12, pp. 579–584 (2022).
Y. А. Vashpanov, V. A. Smyntyna. Adsorption Sensitivity of Semiconductors. Astroprint: Odesa (2005) (in Russian).
S. J. Kim, B. H. Jeon, K. S. Choi, N. K. Min. Capacitive porous silicon sensors for measurement of low alcohol gas concentration at room temperature // J. Solid State Electrochem., 4, pp. 363–366 (2000).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право переходить Видавцю.
