Gas sensors based on conducting polymers – recent developments

• Autorzy: Dunst, K. , Jasiński, P.

Warianty tytułu

PL

Czujniki gazów wykorzystujące polimery przewodzące

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work discusses sensing performance dependence of PEDOT polymer and its composites on the counter ions used in the polymerization process. The sensors based on PEDOT-RGO composite show reversible response to NO2, while on PEDOT/LiClO4 irreversible. As a result, PEDOT-RGO could be used as a typical gas sensor, while sensor based PEDOT/LiClO4 could be used as an integrating gas sensor, also known as an accumulating gas sensor. The irreversible nature of the response occurs also in the case of polypyrrole/LiClO4. The nature of PPy response to toxic gases does not allow using the sensor in a conventional way. However, the information about the concentration could be acquired from the response using a linear approximation, a non-linear approximation and a tangent method.

PL

Szybkie wykrywanie śladowych ilości toksycznych gazów w niedostatecznie wentylowanym środowisku jest niezbędne do skutecznej ochrony ludzkiego życia i mienia. Ochrona taka wymaga czujników zdolnych do wykrywania małych ilości gazu w krótkim czasie. Ostatnio wiele uwagi poświęca się nanotechnologii z użyciem polimerów przewodzących (CP) ze względu na ich właściwości fizyczne i chemiczne. Pomimo tych zalet, czujniki takie wciąż wymagają badań, które prowadzą do poprawy ich właściwości i umożliwią powszechne stosowanie. Użycie polimeru oraz tlenku grafenu/redukowanego tlenku grafenu, a także kompozytu polimer/RGO zmienia sposób działania czujnika i jego zastosowanie. Wielu naukowców wciąż sprzecza się co do roli polimerów oraz tlenku grafenu/redukowanego tlenku grafenu w czujnikach wykorzystujących kompozyt polimeru z GO/RGO. Wyjaśnienie tego stanowi wciąż duże wyzwanie. W artykule porównano różne zastosowania warstw polimerowych w zależności od użytego polimeru, a także w zależności od zastosowanej domieszki. Czujnik na bazie kompozytu PEDOT-RGO wykazuje odwracalną odpowiedź w obecności gazu NO2 i może zostać użyty jako tradycyjny czujnik gazu. Nieodwracalna natura odpowiedzi czujnika PEDOT-LiClO4 może być wykorzystana w zastosowaniu miernika całkowitego przepływu gazu NO2. Informacja o stężeniu gazu w przypadku czujnika PPy-LiClO4 może zostać wydobyta z użyciem aproksymacji liniowej, nieliniowej i metody tangensa.

Słowa kluczowe

PL

czujniki gazów; polimery przewodzące

EN

gas sensors; conducting polymers

• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału ETI Politechniki Gdańskiej. Technologie Informacyjne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 23
• Strony: 73--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dunst, K.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland

autor

Jasiński, P.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] L. Aba, Y. Yusuf, K. Triyana, Selectivity Improvement of Gas Sensor Based on Thin Film by Using Imprinting Method, 2012 (2012) 529–533.
• [2] A.V. Murugan, A.K. Viswanath, C.S. Gopinath, K. Vijayamohanan, Highly efficient organic-inorganic poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-molybdenum trioxide nanocomposite electrodes for electrochemical supercapacitor, J. Appl. Phys. 100 (2006) 74319. doi:10.1063/1.2356788.
• [3] L. SETTI, A. FRALEONIMORGERA, I. MENCARELLI, A. FILIPPINI, B. BALLARIN, M. DIBIASE, An HRP-based amperometric biosensor fabricated by thermal inkjet printing, Sensors Actuators B Chem. 126 (2007) 252–257. doi:10.1016/j.snb.2006.12.015.
• [4] P. Asberg, O. Inganäs, Hydrogels of a conducting conjugated polymer as 3-D enzyme electrode., Biosens. Bioelectron. 19 (2003) 199–207. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14611755 (accessed July 12, 2017).
• [5] 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 gas, Sensors Actuators B Chem. 140 (2009) 402–406. doi:10.1016/j.snb.2009.04.041.
• [6] A. Balamurugan, S.-M. Chen, Poly(3,4-ethylenedioxythiophene-co-(5-amino-2-naphthalenesulfonic acid)) (PEDOT-PANS) film modified glassy carbon electrode for selective detection of dopamine in the presence of ascorbic acid and uric acid, Anal. Chim. Acta. 596 (2007) 92–98. doi:10.1016/j.aca.2007.05.064.
• [7] A. BELLO, M. GIANNETTO, G. MORI, R. SEEBER, F. TERZI, C. ZANARDI, Optimization of the DPV potential waveform for determination of ascorbic acid on PEDOTmodified electrodes, Sensors Actuators B Chem. 121 (2007) 430–435. doi:10.1016/j.snb.2006.04.066.
• [8] S.Y. Kim, G.T.R. Palmore, Electropolymerization vs. electrocrystallization: Electrosynthesis of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) in the presence of 2,2?-azino-bis(3-ethylbenzothiaxoline-6-sulfonic acid), Electrochim. Acta. 77 (2012) 184–188. doi:10.1016/j.electacta.2012.05.107.
• [9] K. Dunst, D. Jurków, P. Jasiński, Laser patterned platform with PEDOT–graphene composite film for NO2 sensing, Sensors Actuators B Chem. 229 (2016) 155–165. doi:10.1016/j.snb.2016.01.093.
• [10] K.J. Dunst, K. Cysewska, P. Kalinowski, P. Jasiński, Polypyrrole based gas sensor for ammonia detection, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 104 (2016) 12028. doi:10.1088/1757-899X/104/1/012028.
• [11] K.J. Dunst, B. Scheibe, G. Nowaczyk, S. Jurga, P. Jasiński, Graphene oxide, reduced graphene oxide and composite thin films NO 2 sensing properties, Meas. Sci. Technol. 28 (2017) 54005. doi:10.1088/1361-6501/aa57e7.
• [12] K. Dunst, J. Karczewski, P. Jasiński, Nitrogen dioxide sensing properties of PEDOT polymer films, Sensors Actuators B Chem. 247 (2017) 108–113. doi:10.1016/j.snb.2017.03.003.
• [13] K.C. Persaud, Polymers for chemical sensing, Mater. Today. 8 (2005) 38–44. doi:10.1016/S1369-7021(05)00793-5.
• [14] J. Zhang, X.S. Zhao, Conducting Polymers Directly Coated on Reduced Graphene Oxide Sheets as High-Performance Supercapacitor Electrodes, J. Phys. Chem. C. 116 (2012) 5420–5426. doi:10.1021/jp211474e.
• [15] D.-W. Wang, F. Li, J. Zhao, W. Ren, Z.-G. Chen, J. Tan, Z.-S. Wu, I. Gentle, G.Q. Lu, H.- M. Cheng, Fabrication of Graphene/Polyaniline Composite Paper via In Situ Anodic Electropolymerization for High-Performance Flexible Electrode, (2009). doi:10.1021/NN900297M.
• [16] T.K. Das, S. Prusty, Graphene-Based Polymer Composites and Their Applications, Polym. Plast. Technol. Eng. 52 (2013) 319–331. doi:10.1080/03602559.2012.751410.
• [17] Y. Yang, S. Li, W. Yang, W. Yuan, J. Xu, Y. Jiang, In situ polymerization deposition of porous conducting polymer on reduced graphene oxide for gas sensor., ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (2014) 13807–14. doi:10.1021/am5032456.
• [18] I. Jung, D. Dikin, S. Park, W. Cai, S.L. Mielke, R.S. Ruoff, Effect of Water Vapor on Electrical Properties of Individual Reduced Graphene Oxide Sheets, J. Phys. Chem. C. 112 (2008) 20264–20268. doi:10.1021/jp807525d.
• [19] G. Lu, L.E. Ocola, J. Chen, Gas detection using low-temperature reduced graphene oxide sheets, Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 2007–2010. doi:10.1063/1.3086896.
• [20] K.J. Dunst, P. Jasiński, Graphene oxide, reduced graphene oxide and composite thin films NO 2 sensing properties, (2016) 101610S. doi:10.1117/12.2246761.
• [21] J.T. Robinson, F.K. Perkins, E.S. Snow, Z. Wei, P.E. Sheehan, Reduced Graphene Oxide Molecular Sensors, Nano Lett. 8 (2008) 3137–3140. doi:10.1021/nl8013007.
• [22] T. Patois, J.-B. Sanchez, F. Berger, J.-Y. Rauch, P. Fievet, B. Lakard, Ammonia gas sensors based on polypyrrole films: Influence of electrodeposition parameters, Sensors Actuators B Chem. 171–172 (2012) 431–439. doi:10.1016/j.snb.2012.05.005.
• [23] S. Carquigny, O. Segut, B. Lakard, F. Lallemand, P. Fievet, Effect of electrolyte solvent on the morphology of polypyrrole films: Application to the use of polypyrrole in pH sensors, Synth. Met. 158 (2008) 453–461. doi:10.1016/j.synthmet.2008.03.010.