تهیه لایه‌های نانوساختاری TiO2- SnO2 با روش سل- ژل آبی در کاربرد حسگر گاز

فرهپور, پیمان; محمدی, محمدرضا

doi:10.30501/jamt.2635.70251

تهیه لایه‌های نانوساختاری TiO2- SnO2 با روش سل- ژل آبی در کاربرد حسگر گاز

نویسندگان

پیمان فرهپور ¹

محمدرضا محمدی ²

¹ دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین

² دانشکده مهندسی و علم مواد- دانشگاه صنعتی شریف

10.30501/jamt.2635.70251

چکیده

لایه های دوتائی و پودرهای نانوساختار شده و نانومتخلخل TiO₂- SnO₂ با نسبت های مولی Sn:Ti مختلف با روش سادۀ سل- ژل آبی تهیه شدند. سل های تهیه شده دارای ذرات با ابعاد نانومتری بودند. آنالیز پراش اشعه ایکس نشان داد که نسبت مولی Sn:Ti و دمای عملیات حرارتی بر ترکیب فازی محصول تاثیر داشته و استحاله فازی آناتاز به روتیل در حضور فاز SnO₂ به تأخیر افتاد. نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری تائید نمود که اندازه بلورک محصول در حدود 3 نانومتر است. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مورفولوژی نانوساختار با اندازه دانه در گستره 40-20 نانومتر را نشان داد. حسگرهای ساخته شده از لایه نانوساختار TiO₂- SnO₂پاسخ بالائی به غلظت پائین گاز CO در دمای کاری پائین 200 درجه سانتیگراد داشتند.

کلیدواژه‌ها

TiO2

SnO2

سل

ژل

حسگر گاز

عنوان مقاله English

Preparation of nanostructured TiO2-SnO2 films by aqueous sol-gel for gas sensor application

نویسندگان English

P. Farahpoor ¹

M.R. Mohammadi ²

¹ Faculty of Mechanical and Industrial Engineering Department, Qazvin Islamic Azad University

² Materials Science and Engineering Department, Sharif University

چکیده English

Nanostructured TiO₂–SnO₂ films were prepared by a facile aqueous sol–gel route. The prepared sols showed particle size in nano-meter scale. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed that phase composition of the films depend on Sn:Ti molar ratio and annealing temperature. Moreover, SnO₂ retarded the anatase to rutile transformation. Transmission electron microscope (TEM) image showed that one of the smallest crystallite sizes was obtained for TiO₂-SnO₂ binary mixed oxide, being 3 nm. Field emission scanning electron microscope (FE-SEM) analysis revealed that the deposited films had nanostructured morphology with the average grain size in the range 20-40 nm. Thin films produced under optimized conditions showed excellent microstructural properties for gas sensing applications towards low concentrations of CO gas at low operating temperature of 200°C.

کلیدواژه‌ها English

TiO2-SnO2

Sol-Gel

Gas Sensor

C. Garzella, E. Comini, E. Tempesti, C. Frigeri, G. Sberveglier, TiO2 thin films by a novel sol–gel processing for gas sensor application, Sensors and Actuators B: Chem. 68, 2000, 189-196.
M. C. Carotta, M. Ferroni, D. Gnani, V. Guidi, M.Merli, G. Martinelli, M.C. Casale, M. Notaro, Nanostructured pure and Nb-doped TiO2 as thick film gas sensors for environmental monitoring, Sensors and Actuators B: Chem. 58, 1999, 310–317.
M. Ruiz, A. Cornet, K. Shimanoe, J.R. Morante, N. Yamazoe, Effects of various metal additives on the gas sensing performances of TiO2 nanocrystals obtained from hydrothermal treatment, Sensors and Actuators B: Chem. 108, 2005, 34-40.
S. Zhuiykov, W. Wlodarski, Y. Li, Nanocrystalline V2O5-TiO2 thin-films for oxygen sensing prepared by sol-gel process, Sensors and Actuators B: Chem. 77, 2001, 484-490.
A.M. Ruiz, A. Cornet, K. Shimanoe, J.R. Morante, N. Yamazoe, Transition metals (Co, Cu) as additives on hydrothermally treated TiO2 for gas sensing, Sens. Actuators B: Chem. 109, 2005, 7-12.
M. Ferroni, M.C. Carotta, V. Guidi, G. Martinelli, F. Ronconi, M. Sacerdoti, E. Traversa, Preparation and characterization of nanosized titania sensing film, Sensors and Actuators. B 77, 2001, 163-166.
K. Galatsis, Y.X. Li, W. Wlodarski, E. Comini, G. Faglia, G. Sberveglieri, Semiconductor MoO3-TiO2 thin film gas sensors, Sensors and Actuators B: Chem. 77, 2001, 472–477.
H. Yang, D. Zhang, L. Wang, Synthesis and characterization of tungsten oxide-doped titania nanocrystallites, Sensors and Actuators B: Chem. 57, 2002, 674-678.
Y. Li, W. Wlodarski, K. Galatsis, S.H. Moslih, J. Cole, S. Russo, N. Rockelmann, Gas sensing properties of p-type semiconducting Cr-doped TiO2 thin films, Sensors and Actuators B: Chem. 83, 2002, 160-163.
M. R. Mohammadi, M. Ghorbani, M. C. Corderocabrera, D. J. Fray, Preparation and characterisation of nanostructural TiO2–Ga2O3 binary oxides with high surface area derived from particulate sol–gel route, J. Mater. Sci. 42, 2007, 4976-4986.
W.P. Tai, J.H. Oh, Fabrication and humidity sensing properties of nanostructured TiO2-SnO2 thin films, Sensors and Actuators. B 85, 2002, 154-157.
Felix Edelman, Horst Hahn, Stefan Seifried, Christian Alof, Holger Hoche, Adam Balogh, Peter Werner, Katarzyna Zakrzewska, Marta Radecka, Pawel Pasierb, Albert Chack, Vissarion Mikhelashvili, Ghadi Eisenstein, Structural
evolution of SnO2-TiO2 nanocrystalline films for gas sensors, Materials Science and Engineering. B 69– 70, 2000, 386–391.
M. Radecka, A. Kusior, A. Lacz, A. TrenczekZajac, B. Lyson-Sypien, K. Zakrzewska, Nanocrystalline TiO2/SnO2 composites for gas sensors, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 108, 2012, 1079-1084.