خواص حسگری حسگرهای گازی اکسید کادمیم نسبت به گازهای دی اکسید نیتروژن و مونوکسید کربن

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین، خراسان شمالی، اسفراین، ایران.

10.30501/jamt.2020.96185

چکیده

در این مطالعه، خواص حسگری گازی اکسید کادمیم ساخته شده به روش لایه نشانی الکتروفورتیک جریان متناوب فرکانس اندک در مقابل گازهای آلاینده CO و NO2  مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا پارامترهای لایه نشانی اکسید کادمیم شامل محیط و فرکانس لایه نشانی در نحوه نشست و همچنین مکانیزم نشست غالب در هر فرکانس در محدوده فرکانسی Hz 10000-1 بر روی الکترودهای از جنس طلا مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می دهد که نشست حاصل از سوسپانسیون حاوی ذرات اکسید کادمیم در محیط استن و در فرکانس KHz 10 قادر به تشکیل زنجیره های از ذرات سرامیکی در امتداد گپ موجود در الکترود می باشند. آزمون های حسگری گازی بر روی الکترودهای شانه ای پایه پلاتین و نسبت به مقادیر مختلف گازهای NO2 و CO او با استفاده از دستگاه حسگری گاز دینامیکی نرمال نجام شد. لایه نشانی در مدت زمان 5 دقیقه و ولتاژ 30 ولت و فرکانس 10 کیلو هرتز به انجام رسید. ساختار زنجیره وار ذرات سرامیکی اکسید کادمیم بدست آمده نوید بخش رسیدن به خواص مطلوب حسگری می باشد. نتایج حسگری حسگر نسبت به گازهای NO2 و CO در محدوده دمایی oC 300-200 نشان داد که میزان پاسخ ها با افزایش غلظت زیاد شده و بیشینه پاسخ ها در دمای oC 250 بدست آمده است. همچنین پاسخ های دینامیکی حسگر نسبت به مقادیر مختلف از گازهای NO2 و CO رفتار نوع n اکسید CdO را نشان داده و تکرارپذیری آنرا تایید می کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

NO2 and CO Gas Sensing Properties of Cadmium Oxide- Based Gas Sensors

نویسندگان [English]

  • Javad Esmaeilzadeh
  • Abolfazl Jomekian
Esfarayen University of Technology, North Khorasan, Esfarayen, Iran.
چکیده [English]

In this research, the gas sensing properties of cadmium metal oxide semiconductor fabricated using low frequency AC electrophoretic deposition toward pollutant gases such as NO2 and CO were investigated. For the electric field-assisted method, the parameters affecting the deposition pattern including frequency and the medium of deposition along with the dominant deposition mechanism in different frequency intervals in the range of 1 Hz to 10 kHz were studied using co-planar gold electrodes. SEM and Optical microscopy strongly show that the formation of CdO nanoparticles chains along with electrodes was the distinguished effect which was observed in the acetone suspension at frequency of 10 KHz. Gas sensing tests were performed on platinum-based comb-like electrodes towards different concentration of NO2 and CO gases using a normal dynamic gas sensing setup. The deposition of CdO nanoparticles was done at the frequency of 10 KHz, voltage of 30V and time duration of 5 min. The attained chain like structures of ceramic particles of CdO can be providing favorite sensing properties. All results indicated which fabricated sensor possesses a good response toward NO2 and CO gases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium Oxide
  • Alternative current electrophoretic deposition
  • Gas Sensor
  • NO2 gas
  • CO gas
1. Ortega, G. Santana, A.Morales-Acevedo, Optoelectronic properties of CdO/Si photodetectors, Solid State Electron, 2000, 44, 1765.

2.    S.H. Wang, S.H. Yang, Spectroscopic characterization of the copper sulphide core/shell nanowires, Mater. Sci. Eng. C 2001, 16, 37.

3.      C.H. Champness, K. Ghoneim, J.K. Chen, An improved conventional SeCdO photovoltaic cell, Can. J. Phys. 1985, 63,  767.

4.     R. Kondo, H. Okimura, Y. Sakai, Electrical properties of semiconductor photodiodes with semitransparent films, Jpn. J. Appl. Phys. 1971, 10, 1547.

5.   L.M. Su, N. Grote, F. Schmitt, Diffused planar InP bipolar transistor with a cadmium oxide film emitter, Electron. Lett. 1984, 20, 716.

6.    Z. Guo, M. Li, J. Liu, Highly porous CdO nanowires: preparation based on hydroxy- and carbonate-containing cadmium compound precursor nanowires, gas sensing and optical properties, Nanotechnology. 2008, 19, 245611.

7.      R.R. Salunkhe, C.D. Lokhande, Effect of film thickness on liquefied petroleum gas (LPG) sensing properties of SILAR deposited CdO thin films, Sensors and Actuators B 129, 2008, 129, 345–351

8.   R.R. Salunkhe,  D.S. Dhawale,  U.M. Patil,  C.D. Lokhande, Improved response of CdO nanorods towards liquefied petroleum gas (LPG): Effect of Pd sensitization, Sensors and Actuators B. 2009, 136, 39–44

9.  R.R. Salunkhe, D.S. Dhawale, D.P. Dubal, C.D. Lokhande, Sprayed CdO thin films for liquefied petroleum gas (LPG) detection, Sensors and Actuators B. 2009,140, 86–91

10.    A.S.Kamble, R.C. Pawar, N.L. Tarwal, L.D. More, P.S. Patil, Ethanol sensing properties of chemo synthesized CdO nanowires and nano walls, Materials Letters, 2011, 65, 1488–1491

11   O.D.Velve,  E.W.k,   In situ assembly of  colloidal particles into miniaturized biosensor, Langmuir, 1999, 15, 3693-3698

12.   C.Wei, T. Wei, Y. Liang, The separation of different conducting multi-walled carbon nanotubes by AC dielectrophoresis, Diamond and related materials, 2009, 18, 33-336

13.    J. Esmaeilzadeh, E. Marzbanrad, C. Zamani, B. Raissi, Fabrication of undoped-TiO2 nanostructure-based NO2 high temperature gas sensor using low frequency AC electrophoretic deposition method, Sensors and Actuators B 2012, 161, 401–405

14.    R.  Riahifar,  E.  Marzbanrad,  B.  Raissi,  C.  Zamani,  Role  of  substrate potential  on  filling  the  gap  between  two  planar  parallel  electrodes  in electrophoretic  deposition,  Mater.  Lett. 2010, 64, 559–561.

15.   J. Esmaeilzadeh, S. Ghashghaie, P. Sowti khiabani, A, Hosseinmardi, E Marzbanrad, B. Raissi, C. Zamani, Effect of dispersant on chain formation capability of TiO2 nanoparticles

          under low frequency electric fields for NO2 gas sensing applications, Journal of the European Ceramic Society, 2014, 34, 1201–1208

16.    Kumar S, Yoon S-H, Kim G-H. Bridging the nano gap electrodes with gold nanoparticles using dielectrophoresis technique. Curr Appl Phys, 2009, 9, 101–3

17.  Ghashghaie S, Marzbanrad E, Raissi B, Zamani C, Riahifar R. Effect of low frequency electric field parameters on chain formation of ZnO nanoparticles for gas sensing applications. J Am Ceram Soc, 2012, 95, 1843–50

18.   E.K. Heidari, C. Zamani, E. Marzbanrad, B. Raissi, S. Nazarpour, WO3-based NO2 sensors fabricated through low frequency AC electrophoretic deposition, Sens. Actuators B: Chem, 2010, 146, 165–170.

19.   D.  Sathya  Raj,  T.  Krishnakumarb, R.  Jayaprakasha,  T.  Prakasha,  G.  Leonardi,  G.  Neri, CO sensing characteristics of hexagonal-shaped CdO nanostructures prepared bymicrowave irradiation, Sensors and Actuators B, 2012,172, 853–859