خواص ساختاری و الکترونی تک لایه SiC2 در حضور گاز استالدهید: امکان سنجی کاربرد به عنوان حسگر گاز
محورهای موضوعی : کاربرد نانوساختارها
خلیل صیدالی جوانمردی
1
,
زهرا کرمی هرستانی
2
1 - گروه مهندسی برق، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
2 - گروه مهندسی برق، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
کلید واژه: نظریه تابعی چگالی, استالدهید, SiC2,
چکیده مقاله :
در مقاله پیش رو، به بررسی تاثیر جذب مولکول استالدهید بر خواص ساختاری و الکترونی تک لایه SiC2 با استفاده از نظریه تابعی چگالی پرداخته شده است. به این منظور، پیکربندی های مختلف جذب مولکول بر روی تک لایه مورد بررسی قرار گرفته و پایدارترین ساختار براساس انرژی جذب گزارش شده است. نتایج نشان داد که مولکول استالدهید به صورت فیزیکی با انرژی در حدود ۳۱۰/۰ الکترون ولت بررویSiC2 جذب می شود. مقایسه ساختار نواری و چگالی حالاتSiC2 قبل و بعد از جذب مولکول استالدهید نشان داد که گاف انرژی و فاصله تراز فرمی تا نوار هدایت پس از جذب استالدهید به ترتیب 0/008 و 0/006 الکترون ولت افزایش می یابد که می تواند موجب کاهش هدایت الکتریکی تک لایه گردد. بر اساس محاسبات انجام شده از تک لایهSiC2 می توان به عنوان حسگر گاز استالدهید براساس تغییر هدایت، تغییر گرمای واکنش یا به عنوان سطح جاذب در حسگرهای گاز پیزوالکتریک بهره برد.
This paper investigates the influence of acetaldehyde molecule adsorption on the structural and electronic properties of the SiC2 monolayer using density functional theory. For this purpose, different adsorption sites on the monolayer were investigated and the most stable structure was reported based on the adsorption energy. The results showed that the acetaldehyde molecule is physically adsorbed on SiC2 with an energy of about 0.310 eV. Comparing the band structure and density of states of SiC2 before and after the adsorption of acetaldehyde molecule showed that the energy gap and the distance between the Fermi level and the conduction band after acetaldehyde adsorption increase by 0.008 eV and 0.006 eV, respectively, which can cause a decrease in electrical conductivity. Based on the calculations, SiC2 can be used as an acetaldehyde gas sensor based on conductivity and, reaction heat change, or as an absorbent surface in piezoelectric gas sensors.
1. D.Calestani, R.Mosca, Zanichelli, M.Villani, A.Zappettini, J. Mater. Chem., 21(39), 15532 (2011).
2. G.K.Mani, J.B.B. Rayappan, Sens. Actuators B Chem, 223, 343(2016) .
3. L.Zhang, M.Zhou, and S. Dong, Anal. Chem, 84(23),10349(2012).
4. P.Fuchs, et al., UICC, 126(11), 2663(2010).
5. P.Patil, et al., Mater Sci Semicond, 101, 76 (2019).
6. D.Klensporf, H.H. Jeleñ, Polish J. Food Nutr. Sci, 14(4), 389(2005).
7. X.Guan, E.Rubin, and H. Anni, Alcohol. Clin. Exp, 36(3), 398(2012).
8. AW.Hodgson, P.Jacquinot, LR.Jordan, PC. Hauser, Electroanalysis,;11(10‐11),782(1999).
9. P.Rai, and Y.-T. Yu, Sens. Actuators B Chem, 173, 58(2012).
10. S.Ahmadnia-Feyzabad, et al., Sens. Actuators B Chem, 166, 150(2012).
11. Y.Chu, et al., MCA, 181, 1125(2014).
12. E.Saatci, S. Natarajan, COCIS, 55, 101469(2021).
13. K.S.Novoselov, et al., J. Sci., 306(5696), 666 (2004).
14. W.Mehr, et al., IEEE Electron Device Letters, 5, 691(2012).
15. R.Wu, et al., J. Phys. Chem. C, 112(41), 15985 (2008).
16. M.Shafiei, et al. Pt/graphene nano-sheet based hydrogen gas sensor. (2009) in IEEE Sens. J.
17. Z.Yin, et al., Adv. Energy Mater, 4(1), 1300574(2014).
18. M.Z.Iqbal, and A.-U. Rehman, J. Sol. Energy, 169, 634(2018).
19. A.Ferreira, et al., Phys. Rev. B Condens. Matter, 85(11), 115438(2012).
20. H.Yao, , et al., Chin. Phys. B, 31(3), 038501(2022).
21. F.Arshad, et al., Colloids Surf. B, 112356. (2022)
22. L.Jiang, et al., MAT SCI SEMICON PROC, 138, 106252(2022).
23. J.Ni, , M. Quintana, S. Song, PHYSICA E Low-dimensional Systems and Nanostructures, 116, 113768(2020).
24. T.Y.Kim, , C.-H. Park, and N. Marzari, Nano Lett.,16, 2439(2016).
25. H.Dong, et al., NANOHL, 8(13), 6994 (2016).
26. L.Sun, et al., RSC Adv, 8(25), 13697(2018).
27. D.Fan, et al., J. Mater. Chem. C, 5(14), 356, (2017).
28. S.Lin, J. Phys. Chem. C, 116(6), 3951(2012).
29. M.Zeng, et al., Chem. Rev, 118(13), 6236 (2018).
30. P.Giannozzi, et al., J. Phys. Condens, 21(39), 5502(2009).
31. J.P.Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof,. PRL, 77(18), 3865(1996).
32. S.Grimme, et al., J. Chem. Phys, 132(15), 154104(2010).
33. M.F.Saadi, R. Safaiee, and M. Golshan, Appl. Surf. Sci., 481, 484 (2019).
34. H. Cui, D. Chen, Y. Zhang, X. Zhang, Sust. Mater. Technol. 17, e00094.(2019)