مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

سیلی‌گرافن‌های g-SiC و g-SiC2 به عنوان حسگر چندوجهی گاز H2S

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

حامد مهدوی نژاد 1
رزا صفایی اسدآبادی 2
محمدحسین شیخی 1

1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه شیراز، شیراز

2 دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه شیراز، شیراز

https://doi.org/10.47176/ijpr.23.4.71721
چکیده
هدف اصلی این مقاله بررسی توانایی صفحات سیلی‌گرافن g-SiC و g-SiC2 در آشکارسازی گاز سولفید هیدروژن از طریق سازوکار‌های مختلف حسگری با استفاده از نظریۀ تابعی چگالی است. نتایج محاسبات ما نشان می‌دهد که فرایند جذب گاز روی هر دو صفحۀ سیلی‌گرافن فیزیکی و گرماده است. فرایند جذب فیزیکی باعث می­شود که مواد حسگر بتوانند در زمان کوتاهی (حدود چند نانوثانیه) پس از دفع گاز در دمای اتاق بازیابی شوند. بررسی خصوصیات هندسی و الکترونی ترکیب صفحات g-SiC و g-SiC2 با مولکول گاز آشکار می‌سازد که هر دو ماده قابلیت آشکارسازی گاز از طریق سازوکار‌های حرارتی و مقاومتی را دارند. برای مثال، هدایت الکتریکی صفحۀ g-SiC پس از جذب گاز 38% تغییر می­کند. به علاوه، حضور مولکول گاز روی صفحۀ g-SiC نوع حامل­های اکثریت آن را تغییر داده و استفاده از این ماده را در ساخت حسگرهای مبتنی بر اثر سیبک ممکن می­سازد. در مجموع، سازوکار‌های حسگری متنوع به همراه زمان بازیابی اندک، صفحات سیلی گرافن g-SiC و g-SiC2  را به نامزد مناسبی برای استفاده در ساخت حسگر گاز سولفید هیدروژن به عنوان مادۀ حسگر مبدل می­سازد.

کلیدواژه‌ها

سیلی‌گرافن‌های g-SiC و g-SiC2
حسگر H2S
اثر سیبک
نظریۀ تابعی چگالی
موضوعات

عنوان مقاله English

g-SiC and g-SiC2 siligraphenes as two multifunctional H2S sensing materials

نویسندگان English

Hamed Mahdavinejad 1
Rosa Safaiee 2
Mohamad Hossein Sheikhi 1
1 Department of Communication and Electronics Engineering, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Department of Nanoelectronics Engineering, Faculty of Advanced Technologies, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده English

The main purpose of this article is to investigate the capability of g-SiC and g-SiC2 siligraphenes in detecting H2S gas through diverse sensing mechanisms, using density functional theory. Our calculations demonstrate that the adsorption of H2S molecules onto both siligraphenes is a physical and exothermic process. The physical adsorption process helps sensing materials to recover soon (a few nanoseconds) after gas removal at room temperature. Investigation of geometric and electronic properties of g-SiC and g-SiC2 in combination with H2S molecule shows that both materials have the gas-detection ability through thermal- and resistance-based mechanisms. For example, the electrical conductance of g-SiC changes by 38% due to gas adsorption. In addition, the presence of H2S molecule on the g-SiC surface, changes the type of its majority carriers and makes it possible to use this material in Seebeckeffect-based H2S sensors. Overall, various sensing mechanisms besides short recovery time, make g-SiC and g-SiC2 great candidates to be used in H2S gas sensor as sensing material.

کلیدواژه‌ها English

g-SiC and g-SiC2 siligraphenes
H2S sensor
Seebeck effect
density functional theory
  1. A Afsari and M J Sarraf, Superlattices and Microstructures 138 (2020) 106362.
  2. J R Kumar, et al., Sensors and Actuators B: Chemical 297 ( 2019) 126687.
  3. D Raval, S K Gupta, and P N Gajjar, Scientific Reports 13 (2023) 699.
  4. G Huang, et al., Journal of Physics D: Applied Physics 53 (2020) 325102.
  5. W Rumbeiha, E Whitley, P Anantharam, D Kim, and A Kanthasamy, Annals of the New York Academy of Sciences 1378 (2016) 5.
  6. J Sarfraz, D Tobjork, R Osterbacka, and M Linden, IEEE Sensors Journal 12 (2011) 1973.
  7. R Srivastava, H Suman, S Shrivastava, and A Srivastava, Chemical Physics Letters 731 (2019) 136575.
  8. H Dong, L Wang, L Zhou, T Hou, and Y Li, Carbon 113 (2017) 114.
  9. R Safaiee, M M Golshan, and M. Khalifeh, Journal of Materials Chemistry C 10 (2022) 191.
  10. C Wang, Y Wang, Z Yang, and N Hu, Ceramics International 47 (2021) 16367.
  11. A Salmankhani, et al., Journal of Carbon Research 6 (2020) 74.
  12. R Bogue, Sensor Review 34 (2014) 1.
  13. M M Kadhim, et al.,Computational and Theoretical Chemistry 1220 (2023) 113982.
  14. S A Wella, M Syaputra, T D K. Wungu, and Suprijadi, AIP Conference Proceedings, 030039, 2016.
  15. J Prasongkit, R G Amorim, S Chakraborty, R Ahuja, R H Scheicher, and V Amornkitbamrung, The Journal of Physical Chemistry C 119 (2015) 16934.
  16. L J Zhou, Y F Zhang, and L M Wu, Nano letters 13 (2013) 5431.
  17. D T Nguyen and M Q Le, Superlattices and Microstructures 98 (2016) 102.
  18. S S Dindorkar and A Yadav, Silicon (2022) 1.
  19. P Giannozzi, et al., Journal of physics: Condensed matter 21 (2009) 395502.
  20. J P Perdew, K Burke, and M Ernzerhof, Physical Review Letters 77 (1996) 3865.
  21. S Grimme, Journal of computational chemistry 27 (2006) 1787.
  22. Z Zhao, Y Yong, Q Zhou, Y Kuang, and X Li, ACS omega 5 (2020) 12364.
  23. N Delavari and M Jafari, Solid State Communications 275 (2018) 1.
  24. H Shu, Applied Surface Science 559 (2021) 149956.
  25. Y Zhao, J Zhao, and Q Cai, Applied Surface Science 440 (2018) 889.
  26. W Li, et al., Applied Surface Science 509 (2020) 145193.
  27. M F Saadi, R Safaiee,and M M Golshan, Applied Surface Science 481 (2019) 484.
  28. S M Sze, and M K Lee, “Semiconductor Devices Physics and Technology,” John Wiley, USA, (2012).
  29. S Nasresfahani, R Safaiee, and M H Sheikhi, Journal of Alloys and Compounds 757 (2018) 382.
  30. K S Chan, and T J E Dwight, Results in Physics 10 (2018) 5.
  31. I Torres, S Mehdi Aghaei, A Rabiei Baboukani, C Wang, and S Bhansali, C-Journal of Carbon Research 4 (2018) 44.
  32. H Cui, G Zhang, X Zhang, and J Tang, Nanoscale Advances 1 (2019) 772.

XML
اصل مقاله 967.65 K
فایل‌های تکمیلی/اضافی
14- Safayee1- ABS .pdf

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما

تحت نظارت وف بومی