Диссертация (1105627), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Можно предположить, чтоскорость изменения сопротивления сенсора определяется скоростью хемосорбции NO2 :dσ= −fdtdCNO2dt(4.23)Производная в левой части уравнения (4.23) обозначает скорость падения электропроводности сенсора, в правой — скорость хемосорбции NO2 . В таком случае вид этой зависимостиопределяется механизмом проводимости нанокристаллического материала. В отсутствиеэлектростатических барьеров логично предположить, что между скоростью адсорбции NO2и скоростью падения проводимости имеется линейная связь. Если же проводимость нанокристаллического материала определяется высотой электростатических барьеров междузёрнами, по-видимому, функциональная связь будет иметь более сложный вид.4.3.2.3.Сенсорные измерения при периодической подсветкеИзмерения, проведённые в предыдущем разделе, показали, что при «классической»постановке эксперимента, когда сопротивление сенсора выражено функцией от состава газовой среды, возникают определённые трудности, которые связаны с очень долгими временамиустановления стационарного состояния.
Поэтому нами была использована альтернативнаяметодика измерений, которая не требует достижения стационарности электрофизическихсвойств относительно состава газовой фазы [120; 121]. Согласно данной методике подсветкасенсора осуществляется в пульсирующем режиме с небольшим периодом, в результате чегоизменение сопротивления сенсора во времени приобретает также периодический характери представляет собой чередование кривых спада и нарастания фотопроводимости. Примногократном повторении цикла включения и выключения подсветки изменение сопротивления сенсора в каждом из последующих циклов становится очень близким по сравнениюс предыдущим. Данное стационарное состояние можно охарактеризовать минимальнымсопротивлением Rlight , которое достигается во время подсветки сенсора и максимальнымRdark , которое достигается в отсутствие подсветки (рисунок 4.41). ОтношениеSper =RdarkRlight(4.24)изменяется в зависимости от состава атмосферы и может использоваться в качестве «сенсорного сигнала» для данной методики измерения.117d a rkИСнопрт е нос ит ив нв лое нис т ьеподс е нс орас в е т киRR2мин2миlig h tнВ р ем яРис.
4.41Схема проведения сенсорных измерений с периодической подсветкой.Сенсорные измерения по отношению к NO2 при периодической подсветке были выполнены при комнатной температуре для всех трёх матриц (ZnO, SnO2 и In2 O3 ), сенсибилизированных КТ CdSe. Периодическую подсветку осуществляли включением и выключениемсветодиода через равные промежутки времени — 2 мин (рисунок 4.41). КонцентрациюNO2 изменяли ступенчато, сначала в направлении возрастания концентрации, затем — кубыванию.
Длительность каждого этапа составляла 60 мин, таким образом для каждойконцентрации записывалось 15 периодов подсветки. Рассмотрим полученные результатыподробнее для каждой матрицы.Нанокомпозит ZnO/QD_CdSe На рисунке 4.42 показано изменение сопротивлениясенсоров ZnO, ZnO/QD_CdSe(ole) и ZnO/QD_CdSe(MPA) при периодической подсветкев присутствии различных концентраций NO2 . На логарифмической шкале сопротивлениявидно, что при увеличении концентрации NO2 возрастает отношение Rdark /Rlight для обоихсенсоров, сенсибилизированных квантовыми точками. Также при увеличении концентрации NO2 возрастает среднее сопротивление сенсоров, которое можно выразить величиной(Rdark + Rlight )/2. В целом, среднее сопротивление сенсора ZnO/QD_CdSe(MPA) выше, чемZnO/QD_CdSe(ole). Сопротивление сенсоров при одинаковых концентрациях NO2 , полученных как при возрастании, так и при убывании детектируемого газа в водухе, очень близки,что указывает на хорошую способность данных сенсоров к обратимой работе.
Наибольшеерасхождение наблюдается при детектировании малых концентраций NO2 (0.2 ppm). Призавершении измерительного цикла сопротивление обоих сенсоров на основе нанокомпозитов возвращается на воздухе к начальному состоянию. Сенсор на основе идивидуальногоZnO на воздухе также показывает периодическое изменение сопротивления, однако уже вприсутствии 0.2 ppm NO2 его сопротивление резко возрастает и превышает измерительный118предел прибора. При завершении измерительного цикла, в атмосфере чистого воздуха,сопротивление ZnO вновь возвращается в измерительный диапазон.Нанокомпозит SnO2/ QD_CdSe На рисунке 4.43 показано изменение сопротивлениясенсоров SnO2 и SnO2/ QD_CdSe(ole) при периодической подсветке в присутствии различныхконцентраций NO2 . Как видно, оба сенсора показывают периодическое изменение сопротивления под воздействием импульсной подсветки, как на воздухе, так и в присутствииNO2 .
Таким образом, в данном случае КТ CdSe не оказывают значительного влиянияна взаимодействие нанокристаллического SnO2 с NO2 . Оба сенсора обладают достаточновысоким сопротивлением (∼1 ГОм), которое в присутствии NO2 приближается к пределуизмерения прибора, при этом среднее сопротивление сенсибилизированного образца оказывается несколько ниже, чем индивидуальной матрицы SnO2 . Высокое сопротивление образцовтакже приводит к большой погрешности, которая проявляется в существенном разбросезначений Rdark /Rlight каждого отдельного цикла подсветки при одной и той же концентрацииNO2 .Нанокомпозит In2 O3/ QD_CdSe На рисунке 4.44 показано изменение сопротивлениясенсоров In2 O3 и In2 O3/ QD_CdSe(ole) при периодической подсветке в присутствии различных концентраций NO2 .
Оба сенсора демонстрируют периодическое изменение сопротивления под влиянием импульсной подсветки, как на воздухе, так и в присутствии NO2 . Однаков данном случае влияние КТ CdSe на сенсорные характеристики оксида металла выраженоболее отчётливо. На логарифмической шкале заметно, что при одинаковых концентрацияхNO2 отношение Rdark /Rlight существенно выше для сенсибилизированного образца, чем длячистого In2 O3 .
Другой особенностью является высокая воспроизводимость значений Rdarkи Rlight при одной и той же концентрации NO2 . По-видимому, такая точность связана сболее низким (по сравнению с ZnO и SnO2 ) сопротивлением данных образцов, что позволяетпроводить измерения с меньшей погрешностью. В результате повышения точности измеренийпоявляется возможность детектирования NO2 с более высоким разрешением. Пользуясьэтим, мы провели эксперимент с большим набором концентраций (рисунок 4.45), чтобыполучить более точный вид зависимости сенсорного сигнала Rdark /Rlight от концентрацииNO2 (рисунок 4.46).
Последний рисунок также наглядно демонстрирует эффект квантовыхточек на величину сенсорного сигнала. Для концентрации 1.6 ppm NO2 сенсорный сигналобразцов In2 O3/ QD_CdSe и In2 O3 отличается в 5.5 раз.119, p p m1 0 0 0Nцииеясенс1 ,0O2ора,MΩ1 ,5ат рнСоКо0 ,50 ,4 p p m0 ,4 p p mнцт ио1 0 0пр0 ,8 p p m0 ,8 p p mевлен1 ,6 p p mв о з д у х6 0 0Z n O /Q D _ C d S e (o le )Z n OZ n O /C d S e (M P A )0 ,2 p p m7 0 08 0 0ВРис. 4.42ре м9 0 0я ,ми0 ,2 p p mв о з д у х1 0 0 00 ,01 1 0 0нИзменение сопротивления сенсоров ZnO, ZnO/QD_CdSe(ole) и ZnO/QD_CdSe(MPA)при периодической подсветке в присутствии различных концентраций NO2 .
Программа измененияконцентрации NO2 в процессе эксперимента отмечена зелёной линией.1201 ,5Nсо1 ,0т ра0 ,8 p p mрпцо0 ,4 p p mв о з д у х0 ,4 p p mСоКо0 ,51 0нт иевнлени0 ,8 p p mцеисян1 0 0еOра,1 ,6 p p m2, p p mMΩ1 0 0 0S n O0 ,2 p p m2S n O20 ,2 p p m/Q D _ C d S eв о з д у х15 0 06 0 07 0 08 0 0ВРис. 4.43ре мя ,ми9 0 00 ,01 0 0 0нИзменение сопротивления сенсоров SnO2 и SnO2/ QD_CdSe при периодической под-светке в присутствии различных концентраций NO21 ,51 0н0 ,8 p p m0 ,10 ,2 p p mв о з д у хIn 2O3In 2O3К0 ,4 p p m0 ,2 p p m/Q D _ C d S eв о з д у х0 ,0 16 0 07 0 08 0 09 0 0ВРис. 4.44ро0 ,5оСопр0 ,4 p p mнцет ив0 ,8 p p mт р1 ,6 p p mлен1ацииеясеNнс1 ,0O2ора,, p p mMΩ1 0 0е мя ,ми1 0 0 00 ,01 1 0 0нИзменение сопротивления сенсоров In2 O3 и In2 O3/ QD_CdSe при периодической под-светке в присутствии различных концентраций NO2121In 2O3In 2O3/Q D _ C d S e1 0ясенсора,MΩ1 0 0ни1 ,4 5 p p m0 ,6 2 p p mвле10 ,7 6 p p m1 ,0 5 p mт и0 ,4 6 p p mро0 ,3 2 p p mСоп0 ,2 4 p p m0 ,1 6 p p m0 ,10 ,0 8 p p m0 ,0 11 0 02 0 03 0 04 0 0ВРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
