Cảm biến khí dây nano Indi Oxit tiêu thụ năng lượng thấp ứng dụng trong phát hiện khí độc
167 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.91.2023.54-62Từ khóa:
Tự đốt nóng; Dây nano In2O3; CVD.Tóm tắt
Gần đây, các thiết bị cảm biến khí đang được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như theo dõi chất lượng môi trường, phân tích hơi thở, lưu trữ thực phẩm hay phát hiện khí độc trong nhà và ngoại môi trường. Các nghiên cứu đã nỗ lực để tạo ra cảm biến thế hệ mới với ưu điểm là tiêu thụ điện năng thấp, chi phí thấp, linh hoạt. Một trong những cách tiếp cận tiềm năng để giải quyết vấn đề này là dựa trên nguyên lý tự đốt nóng của vật liệu. Trong nghiên cứu này, cảm biến khí dựa trên sợi nano In2O3 tự gia nhiệt được tổng hợp và chế tạo thông qua quá trình lắng đọng hơi hóa học (CVD) kết hợp với phương pháp nhỏ phủ các dây nano In2O3 đã chuẩn bị trên điện cực IDE. Cảm biến cho thấy phản hồi cao đối với H2S ở mức công suất được cung cấp là 1200 µW (Rg /Ra ~ 1,35). Điều này là do chiều dài của các dây nano In2O3 đơn lẻ (NW) tạo ra một kênh dẫn tuyệt vời cho quá trình truyền điện tử. Hiệu suất nâng cao vượt trội của cảm biến được coi là bước đầu tiên trong quá trình phát triển các thiết bị cảm biến thông minh.
Tài liệu tham khảo
[1]. L. Xiao, S. Xu, G. Yu, and S. Liu, “Efficient hierarchical mixed Pd/SnO2 porous architecture deposited microheater for low power ethanol gas sensor,” Sensors Actuators B Chem., vol. 255, pp. 2002–2010, (2018), doi: 10.1016/j.snb.2017.08.216. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.216
[2]. Y.-J. Hsiao, Z.-H. Shi, Y. Nagarjuna, Z.-Y. Huang, T.-Y. Lai, and S. Wu, “Double-Layered NiO/SnO2 Sensor for Improved SO2 Gas Sensing with MEMS Microheater Device,” ECS J. Solid State Sci. Technol., vol. 11, no. 5, p. 057002, (2022), doi: 10.1149/2162-8777/ac71c7. DOI: https://doi.org/10.1149/2162-8777/ac71c7
[3]. V. Kumar, S. M. Majhi, K.-H. Kim, H. W. Kim, and E. E. Kwon, “Advances in In2O3-based materials for the development of hydrogen sulfide sensors,” Chem. Eng. J., vol. 404, p. 126472, (2021), doi: 10.1016/j.cej.2020.126472. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126472
[4]. Z. Li et al., “Significantly enhanced temperature-dependent selectivity for NO2 and H2S detection based on In2O3 nano-cubes prepared by CTAB assisted solvothermal process,” J. Alloys Compd., vol. 816, p. 152518, (2020), doi: 10.1016/j.jallcom.2019.152518. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152518
[5]. C. Zhang, Y. Luo, J. Xu, and M. Debliquy, “Room temperature conductive type metal oxide semiconductor gas sensors for NO2 detection,” Sensors Actuators A Phys., vol. 289, pp. 118–133, (2019), doi: 10.1016/j.sna.2019.02.027. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.02.027
[6]. F. Rasch et al., “Highly selective and ultra-low power consumption metal oxide based hydrogen gas sensor employing graphene oxide as molecular sieve,” Sensors Actuators B Chem., vol. 320, p. 128363, (2020), doi: 10.1016/j.snb.2020.128363. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128363
[7]. J.-H. Kim, A. Mirzaei, H. W. Kim, and S. S. Kim, “Pd-functionalized core-shell composite nanowires for self-heating, sensitive, and benzene-selective gas sensors,” Sensors Actuators A Phys., vol. 308, p. 112011, (2020), doi: 10.1016/j.sna.2020.112011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112011
[8]. J. Seo, Y. Lim, and H. Shin, “Self-heating hydrogen gas sensor based on an array of single suspended carbon nanowires functionalized with palladium nanoparticles,” Sensors Actuators B Chem., vol. 247, pp. 564–572, (2017), doi: 10.1016/j.snb.2017.03.038. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.038
[9]. S. M. Majhi, A. Mirzaei, H. W. Kim, S. S. Kim, and T. W. Kim, “Recent advances in energy-saving chemiresistive gas sensors: A review,” Nano Energy, vol. 79, p. 105369, (2021), doi: 10.1016/j.nanoen.2020.105369. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105369
[10]. H. M. Tan et al., “Novel Self-Heated Gas Sensors Using on-Chip Networked Nanowires with Ultralow Power Consumption,” ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 9, no. 7, pp. 6153–6162, (2017), doi: 10.1021/acsami.6b14516. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.6b14516
[11]. E. Strelcov, S. Dmitriev, B. Button, J. Cothren, V. Sysoev, and A. Kolmakov, “Evidence of the self-heating effect on surface reactivity and gas sensing of metal oxide nanowire chemiresistors,” Nanotechnology, vol. 19, no. 35, p. 355502, (2008), doi: 10.1088/0957-4484/19/35/355502. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/35/355502
[12]. C. Fàbrega, O. Casals, F. Hernández-Ramírez, and J. D. Prades, “A review on efficient self-heating in nanowire sensors: Prospects for very-low power devices,” Sensors Actuators B Chem., vol. 256, pp. 797–811, (2018), doi: 10.1016/j.snb.2017.10.003. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.10.003
[13]. J.-Y. Kim, J.-H. Lee, J.-H. Kim, A. Mirzaei, H. Woo Kim, and S. S. Kim, “Realization of H2S sensing by Pd-functionalized networked CuO nanowires in self-heating mode,” Sensors Actuators B Chem., vol. 299, p. 126965, (2019), doi: 10.1016/j.snb.2019.126965. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126965
[14]. J.-H. Kim, A. Mirzaei, J. H. Bang, H. W. Kim, and S. S. Kim, “Selective H2S sensing without external heat by a synergy effect in self-heated CuO-functionalized SnO2-ZnO core-shell nanowires,” Sensors Actuators B Chem., vol. 300, p. 126981, (2019), doi: 10.1016/j.snb.2019.126981. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126981
[15]. T. M. Ngoc et al., “Self-heated Ag-decorated SnO2 nanowires with low power consumption used as a predictive virtual multisensor for H2S-selective sensing,” Anal. Chim. Acta, vol. 1069, pp. 108–116, (2019), doi: 10.1016/j.aca.2019.04.020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.04.020
[16]. B. Zhang et al., “High-performance room temperature NO2 gas sensor based on visible light irradiated In2O3 nanowires,” J. Alloys Compd., vol. 867, p. 159076, (2021), doi: 10.1016/j.jallcom.2021.159076. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159076
[17]. Y. Che, G. Feng, T. Sun, J. Xiao, W. Guo, and C. Song, “Excellent gas-sensitive properties towards acetone of In2O3 nanowires prepared by electrospinning,” Colloid Interface Sci. Commun., vol. 45, p. 100508, (2021), doi: 10.1016/j.colcom.2021.100508. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colcom.2021.100508
[18]. A. O. Bokuniaeva and A. S. Vorokh, “Estimation of particle size using the Debye equation and the Scherrer formula for polyphasic TiO 2 powder,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1410, no. 1, p. 012057, (2019), doi: 10.1088/1742-6596/1410/1/012057. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012057
[19]. N. D. Chinh, N. Van Toan, V. Van Quang, N. Van Duy, N. D. Hoa, and N. Van Hieu, “Comparative NO2 gas-sensing performance of the self-heated individual, multiple and networked SnO2 nanowire sensors fabricated by a simple process,” Sensors Actuators B Chem., vol. 201, pp. 7–12, (2014), doi: 10.1016/j.snb.2014.04.095. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.04.095
[20]. D. N. Son et al., “A novel design and fabrication of self-heated In2O3 nanowire gas sensor on glass for ethanol detection,” Sensors Actuators A Phys., vol. 345, p. 113769, (2022), doi: 10.1016/j.sna.2022.113769. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113769
[21]. Y. Wang et al., “Room temperature H2S gas sensing properties of In2O3 micro/nanostructured porous thin film and hydrolyzation-induced enhanced sensing mechanism,” Sensors Actuators B Chem., vol. 228, pp. 74–84, (2016), doi: 10.1016/j.snb.2016.01.002. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.01.002
