Nanostruktury ZnO wytwarzane metodą elektroprzędzenia do zastosowań w detekcji gazów

• Autorzy: Maziarz W

Warianty tytułu

EN

Zinc oxide nanostructures manufactured by electrospinning for gas detection applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z rozwijających się silnie nurtów badań w sensoryce jest poszukiwanie nowych materiałów gazoczułych o rozwiniętej powierzchni, występujących w postaci tzw. nanostruktur. Warstwy gazoczułe tego typu, zawierające elementy jednowymiarowe, pozwalają na szybką dyfuzję gazu w głąb materiału, co zwiększa szybkość reakcji takiego czujnika. Czujniki wykorzystujące nanostruktury pobierają znacznie mniejszą moc ze względu na mniejsze wymiary. Akceptowalną odpowiedź na gaz obserwuje się też w niższej temperaturze. W pracy zarysowano obecny stan badań nad materiałami gazoczułymi zawierającymi struktury w skali nano, ze szczególnym uwzględnieniem nanostruktur tlenku cynku domieszkowanych glinem, wytwarzanych przez autora metodą elektroprzędzenia. Uzyskane struktury złożone z sieci nanodrutów o średnicach 130-500 nm poddano podstawowym badaniom strukturalnym oraz elektrycznym. Stwierdzono dobrą czułość na tlenek azotu już w temperaturze ok. 160ºC, przy braku czułości na etanol.

EN

Nowadays one of the most important issues in gas sensors domain is searching for new materials that are smaller, have faster response, work at lower temperatures in comparison to conventional sensors and exhibit low power consumption. Devices manufactured from such materials can have built-in electronics and may be used in portable applications. The most popular are various nanomaterials manufactured with different technologies.The work presents the outline of current state of research of nanomaterials used in gas sensors. The author obtained ZnO nanostructures with electrospinning method. Investigation of ZnO:Al nanofibres with varying diameters revealed their good sensitivity to nitrogen dioxide at temperatures lower than these for conventional conductometric type sensors.

Słowa kluczowe

PL

nanostruktury; tlenek cynku; elektroprzędzenie; czujnik NO2

EN

nanostructures; zinc oxide; electrospinning; NO2 sensor

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 12
• Strony: 41--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., wykr., il.

Twórcy

autor

Maziarz W

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Katedra Elektroniki

Bibliografia

• [1] Rydosz A., Maziarz W., Pisarkiewicz T., Domański K., Grabiec P.: A gas micropreconcentrator for low level acetone measurements, Microelectron Reliab 52 (2012) 2640-2646.
• [2] Maziarz W., Pisarkiewicz T.: Gas sensors in a dynamic operation mode, J. Meas. Sci. Technol. 19 (2008) 055205.
• [3] Ramgir N. S., Mulla I. S., Vijayamohnan K. P.: A room temperature nitric oxide sensor actualized from Ru-doped SnO2 nanowires, Sens. Actuators B 107 (2005) p. 708.
• [4] Prades J.D. i in.:: Harnessing self-heating in nanowires for energy efficient, fully autonomous and ultra-fast gas sensors, Sens. Actuators B 144 (2010) 1–5.
• [5] Xue X. , Nie Y., He B., Xing L., Zhang Y., Wang Z.L.: Surface free-carrier screening effect on the output of a ZnO nanowire nanogenerator and its potential as a self-powered active gas sensor, Nanotechnology. 24(22) (2012) 225501.
• [6] Huang J., Qing W.: Gas Sensors Based on Semiconducting Metal Oxide One-Dimensional Nanostructures, Sensors 9 (2009) 9903.
• [7] Fan Z., Lu J.G.: Zinc oxide nanostructures: synthesis and properties, J Nanosci Nanotechnol. 10 (2005) 1561.
• [8] Dan Y., Evoy S., Johnson A.T.C.: Chemical Gas Sensors Based On Nanowires, eprint arXiv:0804.4828, Nanowire Research Progress, Chapter 3, Nova Science Publisher 2008.
• [9] Wei A. i in.: Recent progress in the ZnO nanostructure-based sensors, Mater Sci Eng 176 B (2011) 1409.
• [10] Comini E. i in.: Metal oxide nanoscience and nanotechnology for chemical sensors, Sens. Actuators B 179 (2013) 3.
• [11] Lu X i in.: One-dimensional conducting polymer nanocomposites: Synthesis, properties and applications, Progress in Polymer Science 36 (2011) 671.
• [12] Cao Y.L. i in.: Methanal and xylene sensors based on ZnO nanoparticles and nanorods prepared by room-temperature solid-state chemical reaction, Sens. Actuat. B 134 (2008) 462.
• [13] Hassan J.J., Mahdi M.A., Chin C.W., Abu-Hassan H., Hassan Z.: A high-sensitivity room-temperature hydrogen gas sensor based on oblique and vertical ZnO nanorod arrays, Sens. Actuators 176 (2013) 360.
• [14] Du X.Y. i in: ZnO film for application in surface acoustic wave device, Journal of Physics: Conference Series 76 (2007) 012035.
• [15] Huang J., Yin Z., Zheng Q.: Applications of ZnO in organic and hybrid solar cells, Energy Environ. Sci., 4 (2011) 3861.
• [16] Gupta T.K., Application of Zinc Oxide Varistors, Journal of the American Ceramic Society, 73 (1990) 1817.
• [17] Ellmer K., Klein A., Rech B. (Eds.): Transparent Conductive Zinc Oxide, Springer Series in Materials Science, Vol. 104, 2008.
• [18] Kewei L., Makoto S., Masakazu A.: ZnO-Based Ultraviolet Photodetectors, Sensors 10 (2010) 8604.
• [19] Zhong L.W., Jinhui S.: Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays, Science 312 (2006) 242.
• [20] Materiały International Zinc Association: http://www.zinc.org.
• [21] Tien L. C. i in.: Room-Temperature Hydrogen-Selective Sensing Using Single Pt-Coated ZnO Nanowires at Microwatt Power Levels, Electrochem and Solid State Lett., 9 (2005) G230.
• [22] J. Xu, i in.: Grain size control and gas sensing properties of ZnO gas sensor, Sens. Actuators B 66 (2000) 277.
• [23] Eranna G. i in.: Metal oxide nanostructures as gas sensing devices, CRC Pess/Taylor & Francis Group, Boca Raton 2012.
• [24] Ming L., Zhuoyu J., Liwei S.: Top-Down Fabrication of Nanostructures, Part 8. Nanostructured Surfaces, DOI : 10.1002/9783527628155.nanotech094.
• [25] Pisarkiewicz T., Kenig T., Rydosz A., Maziarz W.: Solution growth of ZnO sub-micro rods enhanced by electric field, Bull. of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences 59(4) (2011) 425.
• [26] Stefaniak A.: A novel electrospun ZnO nanofibers biosensor fabrication, Sens. Actuators B 160 (2011) 1413.
• [27] Muhammad T.: Improved efficiency of organic/inorganic photovoltaic devices by electrospun ZnO nanofibers, Mater Sci Eng B 2012, vol.177, s. 1144–1148.
• [28] Ramakrishna S. i in.: An introduction to electrospinning and nanofibers, World Scientific, New Jersey 2005.
• [29] Wysocka K., Jednowymiarowe struktury tlenków metali otrzymywane metodą elektroprzędzenia do wykorzystania w czujnikach gazów, praca magisterska, AGH, Kraków 2013.
• [30] Maziarz W., Pisarkiewicz T. Rydosz A., Wysocka K., Czyrnek G., Metal oxide nanostructures for gas detection, Proc. of SPIE Vol. 8902890226-1.
• [31] Maziarz W.: Zintegrowany sensor gazów wytworzony w technologii mikromechanicznej, praca doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2006.