Příprava a charakterizace nanostrukturovaných materiálů pro elektronická čidla senzorů plynů

Abstract

Disertační práce se věnuje především tématům výzkumných studií ve třech oblastech: studie senzoriky oxidu zinečnatého, studie feritu bizmutu a studie oxidu zinečnatého a vanadičnanu chromitého. Ve studiích snímání oxidu zinečnatého, byl materiálový tisk použit pro přípravu interdigitů a ultra tenkých aktivních senzorových vrstev na různé tenké polymerní fólie a prefabrikované senzorové substráty. Na těchto substrátech byly připraveny ZnO nanostruktury pomocí hydrotermálního růstu. Role polyethyleniminu byla studována pro dosažení co nejlepšího termálního růstu a požadované délky nanostruktury, a za účelem vylepšení poměru délky a šířky nanostruktury a redukce aglomerací. Tento materiál byl charakterizován pomocí analytického vybavení dostupného na CPS a tyto nanostruktury byly potaženy pomocí poly[1-phenyl-2-[p-(trimethylsilyl)phenyl]acetylene] (PTMSDPA) a dále byly studovány jejich vlastnosti jako senzoru. Odezva těchto struktur na vybraný plyn (páry ethanolu) byla měřena v testovacím systému vlastní konstrukce. Při studiu senzoru z feritu vizmutu byl metodou sol-gel připraven nanomateriál a jeho verze dopovaná stronciem. který byl poté nanesen (metodou drop-casting) na prefabrikované platformy průmyslového senzoru TO-39, aby bylo možné zkoumat vlastnosti tohoto materiálu perovskitového typu pro analýzu plynu pomocí testovacího systému sensoru plynu s vysokým průtokem. Bylo provedeno také testování křížové senzitivity se skupinou vybraných plynů a byla demonstrována linearita kalibrační křivky na cílový plyn v ověřeném koncentračním rozsahu. Byla testována selektivita, citlivost, opakovatelnost, doba odezvy a zotavení vůči zvolenému cílovému plynu NO2. Byl diskutován možný mechanismus odezvy senzoru na testovaný plyn. Při studiu senzoriky vanadičnanu chromitého byl nanomateriál připraven metodou koprecipitace. poté byl nanesen (metodou drop-casting) na průmyslově prefabrikované platformy senzoru TO-39, aby se studovaly jeho odezvy na plyny, jako reprezentanta skupiny materiálových systémů ABO4 pomocí testovacího systému sensoru plynu s vysokým průtokem. Bylo provedeno také testování křížové senzitivity se skupinou vybraných plynů a byla demonstrována linearita kalibrační křivky na cílový plyn v ověřeném koncentračním rozsahu. Byla testována selektivita, citlivost, opakovatelnost, odezva a doba zotavení vůči zvolenému cílovému plynu NH3. Byl diskutován možný mechanismus odezvy senzoru na testovaný plyn včetně studie ohybu elektronových pásů. Souhrnem, i přes počáteční úspěchy v oblasti digitálního tisku elektroniky byla nakonec zvolena jednodušší metoda přípravy sensorů plynů založených na originálních nanostrukturovaných materiálech. Byly úspěšně aplikovány v senzorech vykazujících přiměřenou senzitivitu, selektivitu a opakovatelnost odezvy na elektron akceptorní a elektron donorní plyny, reprezentované NO2 a NH3. Připravené vzorky senzorů se i bez použití drahých kovů vyznačovaly lepšími nebo alespoň stejně dobrými parametry než jejich obdoby popisované v současné literatuře.