Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Կիսահաղորդչային գազային սենսորների հետազոտումը

Սայունց, Արտակ Գարեգինի (2016) Կիսահաղորդչային գազային սենսորների հետազոտումը. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (21Mb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (3394Kb) | Preview

      Abstract

      Սենսորային տեխնոլոգիան դարձել է շատ կարևոր՝ շնորհիվ իր լայն և համատարած կիրառության տարբեր ոլորտներում՝ արդյունաբերությունում, բժշկության և դեղագործության մեջ: Բարձր զգայնությամբ և ընտրողունակությամբ գազային սենսորներն անհրաժեշտ են լաբորատորիաներում և գործարաններում տարբեր պայթյունավտանգ և թունավոր գազերի արտահոսքի հայտնաբերման համար: Վերջին ժամանակներում շատ է մեծացել օդի աղտոտվածության աստիճանը, և այդ իսկ պատճառով աննկարագրելի է դարձել գազային սենսորների դերը շրջակա միջավայրի մոնիթորինգի համար: Գազային սենսորների էֆեկտիվությունը գնահատելու համար պետք է հաշվի առնել այնպիսի բնութագրիչներ, ինչպիսիք են բարձր զգայնությունը, սելեկտիվությունը, արձագանքման ժամանակը, սենսորների վերականգնվելու (արտաքին ազդեցությունը վերացնելուց հետո իր սկզբնական վիճակին անցնելու) ունակությունը և վերջինիս տևողությունը (վերականգնման ժամանակ), գազերի ցածր կոնցենտրացիաներ հայտնաբերելու ունակությունը, աշխատանքային ցածր ջերմաստիճանը (ցածր սպառման հզորությունը), գինը: Բացի այդ, գազային սենսորները պետք է լինեն հեշտ արտադրվող, դյուրակիր, ունենան երկարաժամկետ շահագործման հնարավորություն, ինչպես նաև օժտված լինեն կայունությամբ տարբեր ջերմաստիճաններում և միջավայրերում աշխատելու համար: Վերջին ժամանակներում գազային սենսորների կիրառությունը տրամաբանական համակարգերում ավելի ու ավելի մեծ ուշադրության է արժանանում ինչպես արդյունաբերության մեջ, այնպես էլ գիտության տարբեր ոլորտներում, հետևաբար գերարագագործ և գերզգայուն գազային սենսորների պահանջարկն աճում է օր օրի: Գազային սենսորների առավելություններն ու թերությունները պայմանավորված են վերը թվարկված պարամետրերով: Սակայն ավելի լավ պարամետրերով գազային սենսորների պահանջարկը ստիպում է պատրաստել նոր կառուցվածքներ, որոնց աշխատանքը հիմնված կլինի նոր ֆիզիկական երևույթների վրա: Մեծանում է պահանջարկը բարձր սելեկտիվությամբ գազային սենսորների հանդեպ, որոնք օժտված կլինեն արձագանքելու միայն տվյալ թիրախային գազի ազդեցությանը և անտարբեր կլինեն մյուս գազերի նկատմամբ: Առավել ևս հսկայական է այնպիսի գազային սենսորների կարիքը, որոնք միաժամանակ կարող են զգայնություն ցուցաբերել մի շարք թիրախային գազերի նկատմամբ՝ աշխատելով տարբեր աշխատանքային ջերմաստիճաններում: Հենց այսպիսի հատկություններով գազային սենսորների պատրաստումն է ներկայումս հանդիսանում կարևոր և արդիական խնդիր: Ниже приведены полученные в диссертационной работе основные результаты На основе металлооксидных полупроводников и многостенных углеродных нанотрубок изготовлены газочувствительные структуры, которые демонстрируют высокую и селективную чувствительность к парам ацетона, этанола, метанола и бутанола. Отклик поверхностно-рутенированных нанокомпозитных газовых сенсоров MWCNT/SnO2 имеет резонансную зависимость от рабочей температуры. С увеличением рабочей температуры отклик датчиков увеличивается и достигает максимального значения при 200oC или 250oC рабочей температуре (в зависимости от типа целевого пара). При дальнейшем увеличении рабочей температуры, отклик сенсоров начинает уменьшаться, что не типично для известных металло-оксидных газовых сенсоров. Наилучшими газочувстивтельными свойствами из MWCNTs/SnO2 структур обладают сенсоры с весовым соотношением компонент 1:200. При 200oC рабочей температуре они проявляют высокий но не селективный отклик к парам ацетона, этанола, метанола, аммиака и бутанола. При 250oC рабочей температуре, они проявляют высокий отклик к парам ацетона, толуола и этанола. И только при 300oC рабочей температуре нанокомпозитные сенсоры MWCNTs/SnO2 с весовым соотношением компонент 1:200 проявляют селективный, но невысокий отклик к парам ацетона. С увеличением количества нанотрубок в нанокомпозитных структурax, чувствительность датчиков возрастает. Нанокомпозитные сенсоры MWCNTs/SnO2 с весовым соотношением компонент 1:50 демонстрируют селективный но не высокий отклик к парам толуола при 150oC рабочей температуре. При 200oC рабочей температуре они проявляют высокую и селективную чувствительность к парам этанола и метанола. При 250oC рабочей температуре эти сенсоры реагируют только к парам бутанола, a при 300oC рабочей температуре они проявляют чувствительность как к парам бутанола, так и к парам ацетона. При дальнейшем увеличении многостенных углеродных нанотрубок в нанокомпозитных структурax, газовые сенсоры демонстрируют высокую и селективную чувствительность только к парам ацетона и бутанола. Если при 200oC рабочей температуре нанокомпозитные сенсоры MWCNTs/SnO2 с весовым соотношением компонент 1:4 демонстрируют чувствительность только к парам бутанола, то при 250oC рабочей температуре они реагируют только к присутствие паров ацетона. ZnO+1ат.%La газовые датчики c 80 нм толщиной проявляют селективную чувствительность к парам бензина. С повышением рабочей температуры или концентрации паров бензина в воздухе отклик этих газовых сенсоров к парам бензина увеличивается. С увеличением толщины ZnO+1ат.%La датчиков, чувствительность датчиков к парам бензинa, толуолa и дихлоретанa уменьшается. Сравнительный анализ газовых сенсоров представленных в этой работе с различными полупроводниковыми газовыми сенсорами изготовленных в последное время, показывает, что наши датчики демонстрируют более высокую чувствительность к парам ацетона и этанола при относительно низких (200oC) рабочих температурах, чем современные газовые датчики. Что касается датчиков, работающих при комнатной температуре, то по сравнению с ними наши датчики обладают малыми временами отклика и восстановления. Below are given the main results obtained in the dissertation. Gas sensing structures which were built using metal-oxide semiconductors and multiwalled carbon nanotubes demonstrate high and selective sensitivity to acetone, ethanol, methanol and butanol vapors. Response of surface-ruthenated MWCNT/SnO2 nanocomposite gas sensors has a resonant dependence on operating temperature. With the increase of operating temperature the response of the sensors increases and reaches its maximal value at 200oC or 250oC operating temperature (depended on type of target vapor). The response of the sensors decreases with the further increase of operating temperature. That is not typical for known metal-oxide gas sensors. MWCNTs/SnO2 sensors with 1:200 weight ratios of the components demonstrate the best gas sensing properties. They exhibit high but non-selective response to acetone, ethanol, methanol, butanol and ammonia vapors at 200oC operating temperature. These structures demonstrate high response to acetone, toluene, and ethanol vapors at 250oC operating temperature. And finally, MWCNTs/SnO2 sensors with 1:200 weight ratios of the components demonstrate not high but selective response to acetone vapor only at 300oC operating temperature. The sensitivity of the sensors increases with the increase of count MWCNTs in the nanocomposite structures. MWCNTs/SnO2 sensors with 1:50 weight ratios of the components have not high but selective sensitivity to toluene vapor at 150oC operating temperature. They exhibit high and selective sensitivity to vapors of ethanol and methanol at 200oC operating temperature. These sensors show sensitivity to butanol vapor at 250oC operating temperature and they are sensitive to both butanol and acetone vapors at 300oC operating temperature. With the further increase of count multi-walled carbon nanotubes in the nanocomposite structures, gas sensors are beginning to exhibit a high and selective sensitivity only to vapors of acetone and butanol. If MWCNTs/SnO2 nanocomposite sensors with 1:4 weight ratios of the components are sensitive only to butanol vapor at 200oC operating temperature, then they respond only to the presence of acetone vapor at 250oC operating temperature. ZnO+1at.%La gas sensors with 80 nm thicknesses exhibit selective sensitivity to gasoline vapor. With an increase of operating temperature or concentration of gasoline vapor in the air the response of gas sensors to gasoline vapor increases. The sensitivity of the sensors to gasoline, toluene and dichloroethane vapors decreases with an increase of thickness of ZnO+1at.%La sensors. Comparative analysis of gas sensors presented in this work with different industrial semiconductor gas sensors shows that our sensors exhibit higher sensitivity to vapors of acetone and ethanol at relatively low (200oC) operating temperatures than known gas sensors. As for sensors operating at room temperature, our sensors have low response and recovery times compared to them.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Исследование полупроводниковых газовых сенсоров. Study of semiconductor gas sensors.
      Uncontrolled Keywords: Саюнц Артак Гарегинович, Sayunts A. G.
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 24 Oct 2016 10:10
      Last Modified: 24 Oct 2016 10:10
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3670

      Actions (login required)

      View Item