ساخت حسگر گاز NO2 مبتنی بر نانوذرات ZnMn2O4

محورهای موضوعی : سنتز و مشخصه یابی نانوساختارها

مهسا مجیری اندانی ¹ , پرویز کاملی ² , سعید سالاری ³ , مهدی رنجبر ⁴

1 - گروه پژوهشی فیزیک ماده چگال تجربی، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
2 - گروه پژوهشی فیزیک ماده چگال تجربی، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
3 - گروه پژوهشی فیزیک ماده چگال تجربی، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
4 - گروه پژوهشی فیزیک ماده چگال تجربی، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت : 1402/12/06 تاریخ پذیرش : 1403/01/13 تاریخ انتشار : 1403/02/22

کلید واژه: هم‌رسوبی, حسگر گاز, مورفولوژی, ZnMn2O4 ,

چکیده مقاله :

NO2 به‌عنوان یک گاز سمی در محیط زیست و صنعت، به‌وفور تولید می‌شود و نیاز به آشکار سازی دارد. در این پژوهش سنجش گاز NO2 با استفاده از نانوذرات ZnMn2O4 ساخته شده از طریق یک فرآیند ساده هم‌رسوبی مورد بررسی قرار گرفته ‌است. ساختار و مورفولوژی سطح نمونه‌های تهیه شده به‌ترتیب توسط پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌‌است. طیف پراش اشعه ایکس نشان می‌دهد که ساختار نمونه به‌خوبي و بدون ناخالصی شکل گرفته است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان می‌دهد که نانوذرات به‌صورت نانو صفحه‌های با ضخامت میانگین 30nm شکل گرفته‌اند. اندازه‌گیری‌های سنجش گاز با قرار دادن حسگر در معرض 5/0 درصد گاز NO_2 در دماهای بین ℃150 تا ℃375 انجام شد. اندازه‌گیری‌های انجام شده بر حسب دما، بیشینه پاسخ را در دمای ۳۰۰ درجه، به 5/0 درصد گاز NO2 نشان داد. همچنین حسگرZnMn2O4 یک سیگنال الکتریکی تکرارپذیر و پایدار را نشان داد. از این رو، نانوذرات ZnMn2O4 دارای پتانسیل امیدوارکنندهای در زمینه حسگرهای گاز هستند.به عنوان یک گاز سمی در محیط زیست و صنعت، به وفور تولید میشود و نیاز به آشکار سازی دارد. د ر این پژوهش سنجش گاز NO2 با استفاده از نانوذرات ساخته شده از طریق یک فرآیند ساده سل- ژل مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار و مورفولوژی سطح نمونههای تهیه شده به ترتیب توسط پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترون ی روبشی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاست. طیف پراش اشعه ایکس نشان می دهد که ساختار نمونه به خوبی و بدون ناخالصی شکل گرفته است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد که نانوذرات به صورت نانو صفحه های با ضخامت میانگین 30nm شکل گرفته اند. اندازه گیریهای سنجش گاز با قرار دادن حسگر در معرض 0/5 درصد گازNO2 در دماهای بین °C۱50 تا °C375 انجام شد. اندازه گیریهای انجام شده بر حسب دما، بیشنه پاسخ را در دمای 300 درجه، به 0/5 درصد گاز NO2 نشان داد. همچنین حسگر ZnMn2O4 یک سیگنال الکتریکی تکرارپذیر و پایدار را نشان داد. از این رو، نانوذرات ZnMn2O4دارای پتانسیل امیدوارکنندهای در زمینه حسگرهای گاز هستند.

چکیده انگلیسی:

NO2 as a toxic gas in the environment and industry, is abundantly produced and needs to be detected. In this research, the measurement of NO2 gas using ZnMn2O4 nanoparticles made through a simple co-precipitation, process has been investigated. The structure and surface morphology of the prepared samples have been analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy, respectively. The X-ray diffraction spectrum shows that the structure of the sample is well formed without impurities. Electron microscope images show that the nanoparticles are formed as nanoplates with an average thickness of 30 nm. Gas sensing measurements were performed by exposing the sensor to %0.5 of NO2 gas at temperatures between 150 ℃ and 375 ℃. The measurements made in terms of temperature showed the maximum response at the temperature of 300 ℃, to %0.5 of NO2 gas. Also, the ZnMn2O4 sensor showed a repeatable and stable electrical signal. Therefore, ZnMn2O4 nanoparticles have a promising potential in the field of gas sensors.

منابع و مأخذ:

1. Lee, S.W., et al., Recent advances in carbon material-based NO2 gas sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018. 255: p. 1788-1804.
2. Shendage, S., et al., Sensitive and selective NO2 gas sensor based on WO3 nanoplates. Sensors and Actuators B: Chemical, 2017. 240: p. 426-433.
3. Morán-Lázaro, J.P., et al., Synthesis of ZnMn2O4 nanoparticles by a microwave-assisted colloidal method and their evaluation as a gas sensor of propane and carbon monoxide. Sensors, 2018. 18(3): p. 701.
4. Zhao, M., et al., In-situ growth of ZnMn2O4 selfsupporting micro-polyhedrons for enhanced electrochemical biosensing performance. Ceramics International, 2016. 42(14): p. 16349-16353.
5. Zhao, M., et al., Self-assemble ZnMn2O4 hierarchical hollow microspheres into selfsupporting architecture for enhanced biosensing performance. Biosensors and Bioelectronics, 2014. 61: p. 443-447.
6. Zhou, T., et al., Effect of cation substitution on the gas-sensing performances of ternary spinel MCo2O4 (M= Mn, Ni, and Zn) multishelled hollow twin spheres. ACS applied materials & interfaces, 2019. 11(31): p. 28023-28032.
7. Wang, C., et al., Metal oxide gas sensors: sensitivity and influencing factors. sensors, 2010. 10(3): p. 2088-2106