Газочувствительность нанокомпозитов WOx/WS2 при комнатной температуре и ультрафиолетовом облучении

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время полупроводниковые газовые сенсоры представляют интерес для различных областей применения, включая промышленность, медицину и экологический мониторинг. Одной из наиболее важных задач в сенсорике является уменьшение рабочей температуры устройств. В данной работе для решения этой задачи предложено использовать наноструктуры WOx / WS 2, полученные гидротермальным методом. Исследование морфологии, структуры и состава разработанных наноструктур проводилось с помощью растровой электронной микроскопии, дифракции отраженных электронов и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показано, что наноструктуры образованы 1 D и 2 D нанообъектами со средней длиной 200 нм и представляют собой нанокомпозиты, состоящие из оксида вольфрама WOx и дисульфида вольфрама WS2 . Проведено исследование сенсорных свойств при воздействии на образцы паров изопропанола, этанола и ацетона при комнатной температуре. Продемонстрировано обратимое изменение сопротивления при появлении в атмосфере указанных газов. Дополнительно воздействие ультрафиолетового облучения в процессе измерений приводит к увеличению величины отклика и быстродействия сенсорных слоев в случае взаимодействия с парами изопропанола и этанола.

Об авторах

Замир Валериевич Шомахов

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

к.ф.-м.н., директор института искусственного интеллекта и цифровых технологий

Светлана Сергеевна Налимова

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Email: sskarpova@list.ru
к.ф.-м.н., доцент кафедры микро- и наноэлектроники

Оксана Дмитриевна Зырянова

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

студент 4 курса кафедры микро- и наноэлектроники

Валерий Михайлович Кондратьев

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет; Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алферова РАН

младший научный сотрудник, центр фотоники и двумерных материалов, лаборатория функциональных наноматериалов Физтех МФТИ; младший научный сотрудник, лаборатория оптики гетерогенных структур и оптических материалов СПбАУ РАН им. Ж.И. Алфёрова

Замир Хамидбиевич Калажоков

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

к.ф.-м.н., доцент кафедры физики наносистем

Конг Доан Буй

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

аспирант 2 курса кафедры микро- и наноэлектроники

Вячеслав Алексеевич Мошников

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

д.ф.-м.н., профессор кафедры микро- и наноэлектроники

Список литературы

  1. Dincer, C. Disposable sensors in diagnostics, food, and environmental monitoring / C. Dincer, R. Bruch, E. Costa-Rama et al. // Advanced Ьaterials. - 2019. - V. 31. - I. 30. - Art. № 1806739. - 28 p. doi: 10.1002/adma.201806739.
  2. Banga, I. Recent advances in gas detection methodologies with a special focus on environmental sensing and health monitoring applications - a critical review / I. Banga, A. Paul, D.C. Poudyal et al. // ACS Sensors. - 2023. - V. 8. - I. 9. - P. 3307-3319. doi: 10.1021/acssensors.3c00959.
  3. Choi, M.S. Selective, sensitive, and stable NO2 gas sensor based on porous ZnO nanosheets / M.S. Choi, M.Y. Kim, A. Mirzaei et al. // Applied Surface Science. - 2021. - V. 568. - Art. № 150910. - 14 p. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.150910.
  4. Li, Y. Formaldehyde detection: SnO2 microspheres for formaldehyde gas sensor with high sensitivity, fast response/recovery and good selectivity / Y. Li, N. Chen, D. Deng et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2017. - V. 238. - P. 264-273. doi: 10.1016/j.snb.2016.07.051.
  5. Zhang, C. Room temperature conductive type metal oxide semiconductor gas sensors for NO2 detection / C. Zhang, Y. Luo, J. Xu, M. Debliquy // Sensors and Actuators A: Physical. - 2019. - V. 289. - P. 118-133. doi: 10.1016/j.sna.2019.02.027.
  6. Singh, A. The recent development of metal oxide heterostructures based gas sensor, their future opportunities and challenges: A review / A. Singh, S. Sikarwar, A. Verma, B. Chandra Yadav // Sensors and Actuators A: Physical. - 2021. - V. 332. - Art. № 113127. - 22 p. doi: 10.1016/j.sna.2021.113127.
  7. Mirzaei, A. Metal oxide semiconductor nanostructure gas sensors with different morphologies / A. Mirzaei, H.R. Ansari, M. Shahbaz et al. // Chemosensors. - 2022. - V. 10. - I. 7. - Art. № 289. - 23 p. doi: 10.3390/chemosensors10070289.
  8. Moon, Y.K. Metal oxide gas sensors with Au nanocluster catalytic overlayer: toward tuning gas selectivity and response using a novel bilayer sensor design / Y.K. Moon, S.-Y. Jeong, Y.C. Kang, J.-H. Lee // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2019. - V. 11. - I. 35. - P. 32169-32177. doi: 10.1021/acsami.9b11079.
  9. Налимова, С.С. Газочувствительные композитные наноструктуры на основе оксида цинка для детектирования паров органических растворителей / С.С. Налимова, З.В. Шомахов, К.В. Герасимова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - C. 678-687. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.678.
  10. Налимова, С.С. Газовые сенсоры на основе наноструктур двойных и тройных оксидных систем / С.С. Налимова, В.А. Мошников, З.В. Шомахов, В.М. Кондратьев // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. - 2024. - Т. 27. - Вып. 2. - C. 105-118. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-2-105-118.
  11. Korotcenkov, G. Metal oxide composites in conductometric gas sensors: Achievements and challenges / G. Korotcenkov, B.K. Cho // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2017. - V. 244. - P. 182-210. doi: 10.1016/j.snb.2016.12.117.
  12. Xia, Y. UV-activated WS2/SnO2 2D/0D heterostructures for fast and reversible NO2 gas sensing at room temperature / Y. Xia, L. Xu, S. He et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2022. - V. 364. - Art. № 131903. - 9 p. doi: 10.1016/j.snb.2022.131903.
  13. Zhou, Y. UV assisted ultrasensitive trace NO2 gas sensing based on few-layer MoS2 nanosheet-ZnO nanowire heterojunctions at room temperature / Y. Zhou, C. Gao, Y. Guo // Journal of Materials Chemistry A. - 2018. - V. 6. - I. 22. - P. 10286-10296. doi: 10.1039/C8TA02679C.
  14. Рябко, А. Сенсибилизация наностержней ZnO коллоидными квантовыми точками AgInS2 для адсорбционных газовых сенсоров с фотоактивацией / А. Рябко, С. Налимова, Д. Мазинг и др. // Журнал технической физики. - 2022. - Т. 92. - Вып. 6. - C. 845-851. doi: 10.21883/JTF.2022.06.52514.15-22.
  15. Dong, C. A review on WO3 based gas sensors: Morphology control and enhanced sensing properties / C. Dong, R. Zhao, L. Yao et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2020. - V. 820. - Art. № 153194. - 24 p. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.153194.
  16. Luo, H. Design of p-p heterojunctions based on CuO decorated WS2 nanosheets for sensitive NH3 gas sensing at room temperature / H. Luo, J. Shi, C. Liu et al. // Nanotechnology. - 2021. - V. 32. - № 44. - Art. № 445502. - 12 p. doi: 10.1088/1361-6528/ac1800.
  17. Kumar, R.R. Ultrasensitive and light-activated NO2 gas sensor based on networked MoS2/ZnO nanohybrid with adsorption/desorption kinetics study / R.R. Kumar, T. Murugesan, A. Dash et al. // Applied Surface Science. - 2021. - V. 536. - Art. № 147933. - 10 p. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.147933.
  18. Doan, B.C. Transition metal dichalcogenide hierarchical nanomaterials for chemiresistive-type gas sensors / B.C. Doan, S.S. Nalimova, N.A. Morozova, O.D. Zyryanova // 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElCon), 29-31 January 2024, Saint Petersburg, Russian Federation. - Saint Petersburg: IEEE Publ., 2024. - P. 536-539. doi: 10.1109/ElCon61730.2024.10468493.
  19. Kim, J.-H. Synergistic effects of SnO2 and Au nanoparticles decorated on WS2 nanosheets for flexible, room-temperature CO gas sensing /j.-H. Kim, J.-Y. Kim, A. Mirzaei et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2021. - V. 332. - Art. № 129493. - 12 p. doi: 10.1016/j.snb.2021.129493.
  20. Sun, L. A heterostructured WS2/WSe2 catalyst by heterojunction engineering towards boosting hydrogen evolution reaction / L. Sun, H. Xu, Z. Cheng et al. // Chemical Engineering Journal. - 2022. - V. 443. - Art. № 136348. - 7 p. doi: 10.1016/j.cej.2022.136348.
  21. Yan, M. WO3-x sensitized TiO2 spheres with full-spectrum-driven photocatalytic activities from UV to near infrared / M. Yan, G. Li, C. Guo et al. // Nanoscale. - 2016. - V. 8. - I. 41. - P. 17828-17835. doi: 10.1039/c6nr06767k.
  22. Schutte, W.J. Crystal structures of tungsten disulfide and diselenide / W.J. Schutte, J.L. De Boer, F. Jellinek // Journal of Solid State Chemistry. - 1987. - V. 70. - I. 2. - P. 207-209. doi: 10.1016/0022-4596(87)90057-0.
  23. Gutiérrez, H.R. Extraordinary room-temperature photoluminescence in triangular WS2 monolayers / H.R. Gutiérrez, N. Perea-López, A.L. Elías et al. // Nano Letters. - 2013. - V. 13. - I. 8. - P. 3447-3454. doi: 10.1021/nl3026357.
  24. Рябко, А. Газочувствительность наноструктурированных покрытий на основе наностержней оксида цинка при комбинированной активации / А. Рябко, А. Бобков, С. Налимова и др. // Журнал технической физики. - 2022. - Т. 92. - Вып. 5. - C. 758-764. doi: 10.21883/JTF.2022.05.52382.314-21.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».