نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی برق و پزشکی، دانشگاه علوم و فنون مازندران، بابل

چکیده

در تحقیق حاضر، نانومیله‌های اکسید روی (ZnO) توسط روش ساده‌ی هیدروترمال سنتز شده و خصوصیات حسگری گاز متان آنها تحت حجم‌های مختلف گاز و رطوبت‌های نسبی متفاوت در دمای اتاق مطالعه شده است. خصوصیت یابی نانو میله‌های ZnO با استفاده از پراش پرتو (XRD) X و میکروسکوپ الکترونی روبشی اثر میدانی (FE-SEM) بررسی شد. نتایج ایجاد فاز وورتزیت در ساختار شش گوشه‌ای بلورینه شده‌ با معماری متخلخل را نشان داده است. بیشترین پاسخ %1/77 در 15/0 درصد حجمی گاز متان و رطوبت نسبی 30% بدست آمده، اگر چه کمترین پاسخ %2/32 در 037/0 درصد حجمی گاز متان و رطوبت نسبی 90% حاصل شده است. همچنین حداقل زمان پاسخ/زمان باز احیایی برابر با 4/95 ثانیه/ 9/45 ثانیه در غلظت 15/0 درصد حجمی گاز بدست آمده است. حسگر حالت جامد نانو‌میله‌های ZnO پاسخ زیاد و انتخاب‌پذیری مناسبی به حضور گاز متان نسبت به دیگر اجزاء هوا و در شرایط محیطی نشان داده است. در نهایت، به تفضیل ساز و کار حسگری گاز متان در حسگر نانومیله‌های ZnO مورد بحث قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Solid state sensor of zinc oxide nanorods for methane gas detection at room temperature

نویسندگان [English]

  • Sh Nasirian
  • S Karder

Department of Electrical and Computer Engineering, Mazandaran University of Science and Technology, Babol, Iran

چکیده [English]

In present work, zinc oxide (ZnO) nanorods were synthesized by a simple hydrothermal method and its methane gas sensing features was studied under different gas concentrations and various relative humidity at room temperature. ZnO nanorods characterization investigated by X-ray diffraction (XRD) and Field effect scanning electron microscopy (FE-SEM). The results were showed the wurtzite phase of the crystallized hexagonal structure with porous architecture. A high response of 77.1% was obtained under 0.15 vol% methane gas concentration at 30% relative humidity, while a low response of 32.2% was achieved toward 0.037 vol% methane gas level at 90% relative humidity. Moreover, the low response/recovery time of 95.4/45.9 s was obtained under 0.15 vol% gas concentration. The solid state sensor of the ZnO nanorods displayed high response and good selectivity to methane gas than that other air components at environmental conditions. Finally, the methane gas sensing mechanism of the ZnO nanorods sensor was discussed as well.

کلیدواژه‌ها [English]

  • zinc oxide nanorods
  • gas sensor
  • methane gas
  • room temperature
  • relative humidity

  1. W Lu, D Ding, Q Xue, Y Du, Y Xiong, J Zhang, X Pan, and W. Xing, Sensors and Actuators B 254 (2018) 393.
  2. J Hu, F Gao, Zh Zhao, Sh Sang, P Li, W Zhang, X Zhau, and Y. Chen, Applied Surface Science 363 (2016) 181.
  3. P Mitra and A K Mukhopadhyay, technical sciences 55 (2007) 281.
  4. T Chen, Sh Chang, F Hung, Sh Chang, Zh Hu, and K. Chen, Sensors 13 (2013) 3941.
  5. H Moon, S Kim, and W Choi, Transactions on electrical and electronic materials 2 (2012) 106.
  6. L Wang, Y Kang, X Liu, Sh Zhang, W Huang and Sh Wang, Sensors and Actuators B 162 (2012) 237.
  7. Y Xia, J Wang, L Xu, X Li, and S Huang, Sensors and Actuators B 304 (2020) 127334.
  8. C Zhou, R Hu, Y Liu, M Huo, L Li, and J Yu, Organic Electronics 83 (2020) 105753.
  9. R Irandoost and S Amiri, Optik 202 (2020) 163598.

10. R Singh, R B Choudhary, and R Kandulna, Materials Science in Semiconductor Processing 103 (2019) 104623.

11. F A Hezam, O Nur, and M A Mustafa, Colloids and Surfaces A. 592 (2020) 124586.

12. K S Hemalatha, K Rukmani, N Suriyamurthy, and B M Nagabhushana, Materials Research Bulletin 51 (2014) 438.

  1. س صفا، م اصغری، س مختاری و ر راد، مجلةپژوهشفیزیکایران 17، 4 (1396) 561.

13. S Safa, M Asghari, S Mokhtari, and R Rad, Iran. J. Phys. Res. 17, 4 (2017) 561.

14. A Nimbalkar and M Patil, Physica B 527 (2017) 7.

15. Y Yang, X Wang, G Yi, H Li, C Shi, G Sun, and Z Zhang, Materials Letters 254 (2019) 242.

16. B Zhang, Y Wang, X Meng, Z Zhang, and S Mu, Materials Chemistry and Physics 250 (2020) 123027.

17. V S Bhati, M Hojamberdiev, and M Kumar, Energy Reports 6, 4 (2020) 46.

18. M Bagheri, A Khodadadi, A Mahjoub, and Y Mortazavi, Sensors and Actuators B 223 (2016) 576.

19. Q Zhou, W Chen, L Xu, and Sh Peng, Sensors 13 (2013) 6171.

20. N Hamedani, A Mahjoub, A Khodadadi, and Y Mortazavi, Sensors and Actuators B 156 (2011) 737.

21. R Ferro, Sensors and Actuators B 143 (2009) 99.

22. E Junior, F Nobre, G Sousa, L Cavalcante, M Santos, F Souza, and J Matos, RSC Advances 7 (2017) 24263.

23. S S Kulkarni, S S Mahavidyalaya, and M D Shirsat, International Journal of Advanced Research in Physical Science 2 (2015) 14.

24. M Ram, O Yavuz, V Lahsangah, and M Aldissi, Sensors and Actuators B 106 (2005) 750.

P Shankar and J Rayappan, science Jet 4 (2015) 126

تحت نظارت وف بومی