نویسندگان
دانشگاه صنعتی مالک اشتر
چکیده
در این مقاله، نانومیله‌های اکسیدروی پوشیده شده به وسیله لایه اکسیدروی با غلظت‌های مختلف آلاینده کروم (5/4 - 0) درصد، به روش هیدروترمال ساخته شدند. پاسخ حسگری این نمونه‌ها به عنوان حسگر بخار اتانول بررسی شد. مورفولوژی نمونه‌های ساخته شده توسط میکروسکوپ الکترونی FESEM بررسی شد. این تصویربرداری نشان داد که استفاده از لایه پوششی موجب افزایش ضخامت نانومیله‌های اکسیدروی می‌شود. وجود کروم در ساختار نانومیله‌های اکسیدروی توسط آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) تایید شد. بر اساس الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) مشخص شد که نمونه‌های ZnO:Cr دارای ساختار ورتزیت می‌باشند، همچنین نشان داده شد که افزودن کروم ساختار بلوری اکسیدروی را تغییر نداد. اندازه‌گیری‌های الکتریکی نشان داد که افزودن کروم موجب کاهش جریان می‌شود، درحالی که جریان در نمونه با 5/4 درصد ناخالصی افزایش یافته است. این کاهش جریان می تواند به دلیل حضور یون‌های Cr3+ باشد، زیرا حضور این یون‌ها منجر به کاهش حامل‌های بار می‌شود. علاوه بر این، به دلیل خواص کاتالسیتی کروم و پایین بودن انرژی یونیزاسیون کروم نسبت به روی، مشاهده شده که آلاینده کروم موجب بهبود حساسیت آشکارسازی می‌شود و همچنین دما، عملکرد بهینه را نیز کاهش داد. در میان همه نمونه‌ها بیشترین میزان حساسیت (14) به ازای غلظت 5/1 درصد کروم برای بخار اتانول ppm 500 در دمای بهینه (°C250) به دست آمد. در واقع با پوشانیدن نانومیله‌ها توسط یک لایه اکسیدروی، این نمونه‌ها زبرتر شدند که در نتیجه آن مکان‌های مناسب بر روی نانومیله جهت جذب و تجزیه مولکول‌های گاز افزایش یافت.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Improving gas sensor properties of encapsulated ZnO nanorods for ethanol detection using ZnO:Cr layer as an encapsulated layer
نویسندگان [English]
- S. Safa
- M. Asghari
- S. Mokhtari
- R. Azimirad
چکیده [English]
In this study, encapsulated ZnO nanorods with different amount of chromium (Cr) dopant (0-4.5 at.%) were prepared with hydrothermal method, and their sensitivities as gas sensors against ethanol vapor were investigated. Morphologies of samples were explored by field emission scanning electron microscope (FESEM) which showed that encapsulation process increased the diameter of ZnO nanorods. Existence of Cr in ZnO nanorods structures was confirmed by Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Based on X-ray diffraction (XRD) analysis, the ZnO:Cr nanorods had wurtzite crystal structure, and adding Cr did not alter the crystal structure of ZnO. Electrical measurements revealed that current levels of samples were decreased by adding Cr, while the current level of the sample with 4.5 at.% was increased. This reduction could be attributed to the presence of Cr3+ ions, which led to decrease of charge carriers. Besides, due to the catalytic properties of Cr and its lower ionization energy than Zn, it was observed that Cr dopant improved the detection sensitivity of samples, and decreased the optimum operating temperature of samples. Among all samples, the most sensitivity (14) was obtained based on the sample with 1.5 at.% of Cr for 500 ppm ethanol vapor at the optimum temperature (250 ). In fact, by encapsulating the samples, they became rougher, so the appropriate places to absorb and decompose of gas molecules are increased.
کلیدواژه‌ها [English]
- semiconductor
- nanostructure
- Metal oxide
- Core/Shell
[2] Y. Zong, Y. Cao, D. Jia, S. Bao, Y. Lu, Materials Letters, 64 (2010) 243-245.
[3] M.V. Limaye, S.B. Singh, R. Das, P. Poddar, S.K. Kulkarni, Journal of Solid State Chemistry, 184 (2011) 391-400.
[4] S. Luo, G. Fu, H. Chen, Z. Liu, Q. Hong, Solid-state electronics, 51 (2007) 913-919.
[5] N. Al-Hardan, M. Abdullah, A.A. Aziz, Applied Surface Science, 257 (2011) 8993-8997.
[6] D. Barreca, D. Bekermann, E. Comini, A. Devi, R.A. Fischer, A. Gasparotto, C. Maccato, G. Sberveglieri, E. Tondello, Sensors and Actuators B: Chemical, 149 (2010) 1-7.
[7] H. Gong, J. Hu, J. Wang, C. Ong, F. Zhu, Sensors and Actuators B: Chemical, 115 (2006) 247-251.
[8] N. Al-Hardan, M. Abdullah, A.A. Aziz, Applied Surface Science, 270 (2013) 480-485.
[9] A. Yu, J. Qian, H. Pan, Y. Cui, M. Xu, L. Tu, Q. Chai, X. Zhou, Sensors and Actuators B: Chemical, 158 (2011) 9-16.
[10] H. Teterycz, P. Halek, K. Wiśniewski, G. Halek, T. Koźlecki, I. Polowczyk, Sensors, 11 (2011) 4425-4437.
[11] R.K. Sharma, M. Bhatnagar, G. Sharma, Sensors and Actuators B: Chemical, 45 (1997) 209-215.
[12] W. Wang, Z. Li, W. Zheng, H. Huang, C. Wang, J. Sun, Sensors and Actuators B: Chemical, 143 (2010) 754-758.
[13] D. Patil, L. Patil, P. Patil, Sensors and Actuators B: Chemical, 126 (2007) 368-374.
[14] T. Gao, T. Wang, Applied Physics A, 80 (2005) 1451-1454.
[15] M.E. Franke, T.J. Koplin, U. Simon, Small, 2 (2006) 36-50.
[16] O. Lupan, T. Pauporté, L. Chow, B. Viana, F. Pellé, L. Ono, B.R. Cuenya, H. Heinrich, Applied Surface Science, 256 (2010) 1895-1907.
[17] Q. Humayun, M. Kashif, U. Hashim, A. Qurashi, Nanoscale research letters, 9 (2014) 1-5.
[18] M. Zhuo, T. Yang, T. Fu, Q. Li, RSC Advances, 5 (2015) 68299-68304.
[19] N. Al-Hardan, M. Abdullah, A.A. Aziz, H. Ahmad, Applied Surface Science, 256 (2010) 3468-3471.
[20] J. Wang, W. Chen, M. Wang, Journal of Alloys and Compounds, 449 (2008) 44-47.
[21] A. Khayatian, M.A. Kashi, R. Azimirad, S. Safa, Journal of Physics D: Applied Physics, 47 (2014) 075003.
[22] W. Chen, J. Wang, M.-r. Wang, Vacuum, 81 (2007) 894-898.
[23] W. Yan, Z. Sun, Z. Li, Q. Liu, T. Yao, Z. Pan, C. Wang, F. Hu, Y. Jiang, Z. Qi, Advanced Materials, 24 (2012) 353-357.
[24] F. Tong, K. Kim, Y. Wang, R. Thapa, Y. Sharma, A. Modic, A. Claude Ahyi, T. Issacs-Smith, J. Williams, H. Ahn, ISRN Nanomaterials, 2012 (2012).
[25] C.M. Chang, M.H. Hon, I.C. Leu, J. Electrochem. Soc., 160 (2013), B170–B176
[26] K.B. Zheng, L.L. Gu, D.L. Sun, X.L. Mo, G.R. Chen, Mater. Sci. Eng. B: Adv. Funct. Solid State Mater., 166 (2010), 104–107
[27] L.X. Zhang, Y.Y. Yin, Sens. Actuators B: Chem., 183 (2013), 110–116
)