سنسور دما پایین گاز منواکسید کربن برپایه کامپوزیت لایه‌ نازک Fe(II)(salen)/ PEDOT:PSS

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

فرخنده عربلو نره یی ¹ , راحله معمارزاده ² , فرهاد پناهی ³ , محمد دوازده‌امامی ⁴ , سیروس جوادپور ⁵ , محمدحسین شریعت ⁶

1 - دانشگاه شیراز
2 - دانشگاه آزاد واحد مرودشت
3 - دانشگاه شیراز
4 - دانشگاه شیراز
5 - دانشگاه شیراز
6 - دانشگاه شیراز

تاریخ دریافت : 1396/11/24 تاریخ پذیرش : 1397/03/28 تاریخ انتشار : 1397/03/01

کلید واژه: لایه نازک, سنسور شیمیایی, Fe(II)(salen), PEDOT:PSS, منواکسید کربن,

چکیده مقاله :

امروزه سنسورهای گازی به طور گسترده برای کنترل اتمسفر محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این پژوهش، لایه نازک PEDOT:PSS/Fe(salen) تهیه شده به روش پوشش دهی چرخشی، به عنوان حسگر گاز منواکسید کربن مورد استفاده قرار گرفت. کامپوزیت حاصل، با استفاده از روش‌های مختلف ازجمله طیف سنجی نوری( UV-Vis) و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز( FT-IR) مشخصه یابی شد. همچنین، توپوگرافی سطح کامپوزیت لایه نازک با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی ( AFM ) مورد بررسی قرار گرفت. این کامپوزیت روی بسترهای شیشه ای با الکترودهای شانه‌ای درهم فرورفته پوشش داده شد. الکترود حاصل هنگام قرار گیری در معرض گاز CO در شرایط معمولی اتاق (20RH=%) و با کاهش فوری مقاومت مواجه شد. نتایج نشان داد که پاسخدهی سنسور موردنظر یک طرفه نیست و با حذف گاز CO از محفظه دوباره به مقاومت اولیه خود برمی‌گردد (RD< 2%). بالاترین فاکتور پاسخدهی و کمترین زمان پاسخدهی (t90) بدست آمده به ترتیب برابر با 77/0%±40 و 38 ثانیه می‌باشند. در نهایت، مقدار بهینه‌ی ترکیب برای کامپوزیت ساخته شده، (02/0 درصد وزنی Fe(II)(salen))) تعیین گردید.

چکیده انگلیسی:

Gas sensors are now widely used for routine monitoring of the quality of atmospheres. A sensitive PEDOT:PSS/Fe(salen) thin film based toxic gas sensor deposited on glass pieces with interdigitated Au electrodes was developed by the spin coating method. The obtained composite was well characterized by different techniques such as UV–vis spectroscopy and FTIR. Also, the surface topography of thin film composite was investigated using AFM. The Fe(salen)-doped PEDOT:PSS on interdigitated electrode was experienced an immediate decrease in resistance when exposed to carbon monoxide gas under normal dry room temperature conditions (%RH=20). The results showed that the response of desired sensor was not unidirectional, and reverses to the original resistance level when CO was removed from the test chamber (RD< 2%). The highest response factor and lowest response time (t90) obtained were equal to 40±0.77% and 38s, respectively. Ultimately, the optimum level of doping (0.02 wt. % of Fe(salen)) was determined.

منابع و مأخذ:

 [1]     H. Hongxia & L. Ruiquan, “Study on preparation and gas sensing property of water-soluble polyaniline/SmBaCuMO_{5+ δ} (M= Fe, Co, Ni) for NH₃ˮ, Journal of Rare Earths, Vol. 32, pp. 23-28, 2014.

 

[2]    S. Radhakrishnan & S. Paul, “Conducting polypyrrole modified with ferrocene for applications in carbon monoxide sensorsˮ, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 125, pp. 60-65, 2007.

 

[3]     J. Zheng, G. Li, X. Ma, Y. Wang, G. Wu & Y. Cheng, “Polyaniline–TiO2 nano-composite-based trimethylamine QCM sensor and its thermal behavior studiesˮ, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 133, pp. 374-380, 2008.

 

[4]       ن. ﺣﺴﻦزاده ﻧﻌﻤﺘﻲ، س. خ. ﺻﺪرﻧﮋاد و م. ﺧﺮاﺳﺎﻧﻲ، "اﺛﺮ اﺻﻼح ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﺳﻄﺢ ﺑﺮ ﭼﺴﺒﻨﺪﮔﻲ آﻟﻴﺎژ NiTi ﺑﺮای ﺳﺎﺧﺖﺑﻴﻮﻛﺎﻣﭙﻮزﻳﺖ ﻓﻠﺰ/ ﭘﻠﻴﻤﺮ ﻫﻮﺷﻤﻨﺪ"، مجله فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 5، شماره 2، صفحه 11-18، تابستان 1390.

 

[5]     L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, “Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) and its derivatives: past, present, and futureˮ, Advanced Materials, pp. 481-494, 2000.

 

[6]    D. W. Hatchett & M. Josowicz, “Composites of intrinsically conducting polymers as sensing nanomaterialsˮ, Chemical Reviews, Vol. 108, pp. 746-769, 2008.

 

[7]    S. Paul, F. Amalraj & S. Radhakrishnan, “CO sensor based on polypyrrole functionalized with iron porphyrinˮ, Synthetic metals, Vol. 159, pp. 1019-1023, 2009.

 

[8]    S. Paul, N. Chavan & S. Radhakrishnan, “Polypyrrole functionalized with ferrocenyl derivative as a rapid carbon monoxide sensorˮ, Synthetic metals, Vol. 159, pp. 415-418, 2009.

 

[9]       ز. اﺑﻮاﻟﻘﺎﺳﻤﻲ، م. ﺗﻤﻴﺰی ﻓﺮ، ک. ارزاﻧﻲ، ع. ﻧﻌﻤﺘﻲ و ا. ﺧﺎﻧﻔﻜﺮ، " ﺑﺮرﺳﻲ ﺗﺎﺛﻴﺮ اﻓﺰودﻧﻲ اﻛﺴﻴﺪ ﺳﺮﻳﻢ و اﻛﺴﻴﺪ ﻧﻴﻜﻞ ﺑﻪ زﻳﺮﻛﻮﻧﻴﺎی ﭘﺎﻳﺪار ﺷﺪه ﺑﺎ اﻳﺘﺮﻳﺎ ﺑﻪﻋﻨﻮان ﺣﺴﮕﺮ ﮔﺎزی"، مجله فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 6، شماره 4، صفحه 11-18، زمستان 1391.

 

[10]     م. دوازده امامی، ر. معمارزاده و س. جوادپور، "بررسی نانوکامپوزیت لایه نازک PEDOT:PSS به عنوان حسگر گازCO "، مجله مواد نوین، جلد 4 شماره 14،ص 55-66، پاییز 1390.

 

[11]  S. Javadpour, A. Gharavi, A. Feizpour, A. Khanehzar & F. Panahi, “Morpholine doped poly (3, 4-ethylenedioxy) thiophene–poly (styrenesulfonate) as a low temperature and quick carbon monoxide sensorˮ, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 142, pp. 152-158, 2009.

 

[12]  C. Y. Lin, J. G. Chen, C. W. Hu, J. J. Tunney & K. C. Ho, “Using a PEDOT: PSS modified electrode for detecting nitric oxide gasˮ, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 140, pp. 402-406, 2009.

 

[13] R. Memarzadeh, F. Panahi, S. Javadpour, A. Khalafi Nezhad, H. B. Noh & Y. B. Shim, “The Interaction of CO to the Co (salen) Complex in to PEDOT: PSS Film and Sensor Applicationˮ, bulletin of the korean chemical society, Vol. 33, pp. 1297-1302, 2012.

 

[14]  Q. Shi, R. Cao, X. Li, J. Luo, M. Hong & Z. Chen, “Syntheses, structures, electrochemistry and magnetic properties of chain-like dicyanamide manganese (III) and iron (III) complexes with salen ligandˮ, New journal of chemistry, Vol. 26, pp. 1397-1401, 2002.

 

[15]  J. Połtowicz, K. Pamin, E. Tabor, J. Haber, A. Adamski & Z. Sojka, “Metallosalen complexes immobilized in zeolite NaX as catalysts of aerobic oxidation of cyclooctaneˮ, Applied Catalysis A: General, Vol. 299, pp. 235-242, 2006.