ساخت لایه‌ اکسیدی نانوساختار برای حسگر گاز

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، آشکارسازی گازها کاربردهای گسترده‌ای در صنایع و زمینه‌های مختلف پیدا کرده است.
از کاربردهای حسگرهای گازی میتوان به آشکارسازی نشتی گاز، کنترل‌گرهای سوخت در خودروها و هواپیماها، تجهیزات هشداردهنده‌ وجود گازهای خطرناک در محیط و آشکار سای ترکیبات آلی فرار اشاره کرد. حسگرهای گازی نیمه‌هادی به‌نوعی از اکسیدهای فلزی نظیر دی‌اکسید تیتانیوم، اکسید تنگستن و اکسید نیکل به‌عنوان آشکارساز گاز استفاده میکنند. عملکرد این حسگرها بر پایه‌ کاهش مقاومت یک ‌لایه‌ اکسید- فلز در حضور یک گاز قابل اشتعال بنا شده است. امروزه تلاش‌های اصلی روی بهینه‌سازی پارامترهای حساسیت، گزینندگی، پایداری و زمان پاسخ این حسگرها متمرکز شده است.
محمدتقی حسین نژاد با ارائه‌ توضیحات اولیه، اهداف طرح این چنین را تبیین کرد: «اکسید روی یکی از معروف‌ترین مواد اکسیدی رسانای شفاف محسوب میشود که امروزه کاربردهای فراوانی در صنعت پیدا کرده است. کاربرد در سلول‌های خورشیدی، LED ها، فتودیودها و حسگرهای گازی ازجمله‌ی مهم‌ترین کاربردهای این ماده‌ نیمه‌رسانا محسوب میشود. هدف از انجام این کار تحقیقاتی، رشد لایه‌ نازک اکسید روی و بررسی میزان حساسیت این لایه‌ها به گاز اتانول بوده است.»
به گفته‌ این محقق، میزان حساسیت این حسگر نسبت به گاز اتانول در مقایسه با موارد مشابه بهینه‌سازی شده است.
در طرح حاضر لایه‌های نازک اکسید روی با استفاده از روش کندوپاش مغناطیسی پلاسما با ضخامت 200 نانومتر رشد یافتند. سپس این لایه‌ها در دمای 450 درجه‌ سانتی‌گراد و در زمان‌های متفاوت تحت اکسیداسیون حرارتی قرار گرفتند. پس از پایان فرآیند تولید، خواص ساختاری و مورفولوژی سطحی این نمونه‌های مورد بررسی قرار گرفته و در انتها میزان حساسیت گازی این لایه‌های نازک به گاز اتانول ارزیابی شده است.
نتایج نشان دادند که افزایش زمان اکسیداسیون منجر به بهبود خواص ساختاری نمونه‌ها شده است. از سوی دیگر افزایش زمان اکسیداسیون، رشد بیشتر اندازه‌ دانه‌ها و کاهش مقاومت الکتریکی نمونه‌ها را در پی داشته است. اندازه‌ دانه‌های لایه‌ رشد داده شده بین 10 تا 80 نانومتر بوده است. بررسی خواص حسگری لایه‌ها نیز نشان میدهد که با افزایش دمای کاری حسگر، میزان حساسیت نمونه‌ها نیز افزایش می‌یابد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های پروفسور محمود قرآن نویس، دکتر محمدرضا حنطه زاده، دکتر الهام دارابی- اعضای هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات تهران- و محمدتقی حسین نژاد و مرضیه شیرازی- دانشجویان مقطع دکترای این دانشگاه- است. نتایج این کار در مجله‌ Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials (جلد 26، شماره‌ی 2، سال 2016، صفحات 1 تا 8) به چاپ رسیده است.