Покрытия из наностержней гетероструктуры ZnO/Zn2SnO4 для эффективного детектирования ацетона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Гетероструктура типа II ZnO / Zn 2 SnO 4 была рассмотрена для применения в газовых сенсорах. Методом гидротермального синтеза на поверхности подложки BI 2 с напыленными электрическими контактами (сенсорная платформа) были выращены наностержни ZnO с оболочкой Zn 2 SnO 4. Были исследованы газочувствительные свойства к различным газам-аналитам (изопропанол, этанол и ацетон) с помощью комбинированной лабораторной установкой, позволяющей производить измерения отклика сопротивлений и спектроскопии электрического импеданса. При рабочей температуре 150°C образец показал оптимальную чувствительность к ацетону (1000 мд), отклик Ra / Rg достигал значения 11. Годограф импеданса, построенный по результатам измерений в присутствии паров ацетона, при рабочей температуре 200°C демонстрирует последовательные изменения. Эта рабочая температура показала более четкую оптимизацию по сравнению с другими исследованиями, где рабочая температура сенсора составляла от 300 до 450°C. Кроме того, была представлена энергетическая зонная диаграмма гетероструктуры ZnO / Zn 2 SnO 4 и обсужден механизм детектирования ацетона. Структура наностержней ZnO/Zn2SnO4 обуславливает улучшенный отклик за счет хемосорбции кислорода на поверхности оболочек Zn2SnO4 .

Об авторах

Конг Доан Буй

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

Email: congdoan6997@gmail.com
аспирант 2 курса кафедры микро- и наноэлектроники

Светлана Сергеевна Налимова

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

к.ф.-м.н., доцент кафедры микро- и наноэлектроники

Замир Валериевич Шомахов

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

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

Аслан Мухамедович Гукетлов

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

студент магистратуры 2 года обучения кафедры Электроники и цифровых информационных технологий

Сергей Сергеевич Бузовкин

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

студент 4 курса кафедры микро- и наноэлектроники

Арина Алексеевна Рыбина

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

студент 4 курса кафедры микро- и наноэлектроники

Список литературы

  1. Al-Hardan, N.H. Conductometric gas sensing based on ZnO thin films: an impedance spectroscopy study / N.H. Al-Hardan, A.A. Aziz, M.J. Abdullah, N.M. Ahmed // ECS Journal of Solid State Science and Technology. - 2018. - V. 7. - № 9. - P. P487-P490. doi: 10.1149/2.0201809jss.
  2. Verma, A. Advancements in nanohybrid material-based acetone gas sensors relevant to diabetes diagnosis: a comprehensive review / A. Verma, D. Yadav, S. Natesan et al. // Microchemical Journal. - 2024. - V. 201. - Art. № 110713. - 32 p. doi: 10.1016/j.microc.2024.110713.
  3. Han, G. Thermal evaporation synthesis of vertically aligned Zn2SnO4/ZnO radial heterostructured nanowires array / G. Han, M. Kang, Y. Jeong et al. // Nanomaterials (Basel, Switzerland). - 2021. - V. 11. - I. 6. - Art. № 1500. - 9 p. doi: 10.3390/nano11061500.
  4. Nalimova, S.S. Study of sensor properties of zinc oxide based nanostructures / S.S. Nalimova, V.M. Kondratev, A.A. Ryabko et al. // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - V. 1658. - I. 1. - Art. № 012033. - 5 p. doi: 10.1088/1742-6596/1658/1/012033.
  5. Kondratev, V.M. Technologically feasible ZnO nanostructures for carbon monoxide gas sensing / V.M. Kondratev, A.D. Bolshakov, S.S. Nalimova // 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 26-29 January 2021. - St. Petersburg, Moscow, Russia: IEEE Publ., 2021. - P. 1163-1166. doi: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396573.
  6. 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.
  7. Карпова, С.С. Исследование влияния кислотно-основных свойств поверхности оксидов ZnO, Fe2O3 и ZnFe2O4 на их газочувствительность по отношению к парам этанола / С.С. Карпова, В.A. Мошников, A.И. Максимов и др. // Физика и техника полупроводников. - 2013. - Т. 47. - Вып. 8. - С. 1022-1036.
  8. Шомахов, З.В. Улучшение сенсорных характеристик бинарных и тройных оксидных наносистем / З.В. Шомахов, С.С. Налимова, А.А. Рыбина и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - C. 879-887. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.879.
  9. 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. - № 2. - C. 105-118. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-2-105-118.
  10. Pang, C. Synthesis, characterization and opto-electrical properties of ternary Zn2SnO4 nanowires / C. Pang, B. Yan, L. Liao et al. // Nanotechnology. - 2010. - V. 21. - I. 46. - Art. № 465706. - 4 p. doi: 10.1088/0957-4484/21/46/465706.
  11. He, L. Preparation and characterization of heteroepitaxial Zn2SnO4 single crystalline films prepared on MgO (100) substrates / L. He, C. Luan, Di Wang et al. // Journal of the American Ceramic Society. - 2020. - V. 103. - I. 4. - P. 2555-2561. doi: 10.1111/jace.16943.
  12. Ryabko, A.A. Gas sensitivity of nanostructured coatings based on zinc oxide nanorods under combined activation / A.A. Ryabko, A.A. Bobkov, S.S. Nalimova et al. // Technical Physics. - 2023. - V. 68. - I. S1. - S13-S18. doi: 10.1134/S106378422390053X.
  13. Tharsika, T. Gas sensing properties of zinc stannate (Zn2SnO4) nanowires prepared by carbon assisted thermal evaporation process / T. Tharsika, A. Haseeb, S.A. Akbar et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2015. - V. 618. - P. 455-462. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.08.192.
  14. Bao, S. Mesoporous Zn2SnO4 as effective electron transport materials for high-performance perovskite solar cells / S. Bao, J. Wu, X. He et al. // Electrochimica Acta. - 2017. - V. 251. - P. 307-315. doi: 10.1016/j.electacta.2017.08.083.
  15. Fan, H. Ultra-long Zn2SnO4 -ZnO microwires based gas sensor for hydrogen detection / H. Fan, S. Xu, X. Cao et al. // Applied Surface Science. - 2017. - V. 400. - P. 440-445. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.12.221.
  16. He, F. One-step solvothermal synthesis of Zn2SnO4/rGO composite material and highly gas sensing performance to acetone / F. He, Q. Du, Y. Zhang et al. // Solid State Sciences. - 2024. - V. 155. - Art. № 107638. - 7 p. doi: 10.1016/j.solidstatesciences.2024.107638.
  17. Yang, X. Enhanced gas sensing properties of monodisperse Zn2SnO4 octahedron functionalized by PdO nanoparticals / X. Yang, H. Gao, L. Zhao et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2018. - V. 266. - P. 302-310. doi: 10.1016/j.snb.2018.03.121.
  18. Zhang, D. Fabrication of polypyrrole/Zn2SnO4 nanofilm for ultra-highly sensitive ammonia sensing application / D. Zhang, Z. Wu, X. Zong, Y. Zhang // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2018. - V. 274. - P. 575-586. doi: 10.1016/j.snb.2018.08.001.
  19. Lu, J. Heterostructures of mesoporous hollow Zn2SnO4/SnO2 microboxes for high-performance acetone sensors /j. Lu, Y. Xie, F. Luo et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2020. - V. 844. - Art. № 155788. - 8 p. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155788.
  20. Bobkov, A. Impedance spectroscopy of hierarchical porous nanomaterials Based on por-Si, por-Si Incorporated by Ni and metal oxides for gas sensors / A. Bobkov, V. Luchinin, V. Moshnikov et al. // Sensors (Basel, Switzerland). - 2022. - V. 22. - I. 4. - Art. № 1530. - 14 p. doi: 10.3390/s22041530.
  21. Kondratev, V.M. Si nanowire-based Schottky sensors for selective sensing of NH3 and HCl via impedance spectroscopy / V.M. Kondratev, E.A. Vyacheslavova, T. Shugabaev et al. // ACS Applied Nano Materials. - 2023. - V. 6. - I. 13. - P. 11513-11523. doi: 10.1021/acsanm.3c01545.
  22. Шомахов, З.В. Изменение энергетики поверхностных адсорбционных центров ZnO при легировании оловом / З.В. Шомахов, С.С. Налимова, В.М. Кондратьев и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2023. - Вып. 8. - С. 58-63. doi: 10.31857/S1028096023080137.
  23. Шомахов, З.В. Наноструктуры станната цинка для газовых сенсоров с высоким быстродействием / З.В. Шомахов, С.С. Налимова, Б.З. Шурдумов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - C. 726-735. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.726.
  24. Налимова, С.С. Исследование формирования слоев станната цинка методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / С.С. Налимова, З.В. Шомахов, В.А. Мошников и др. // Журнал технической физики. - 2020. - Т. 90. - Вып. 7. - C. 1132-1135. doi: 10.21883/JTF.2020.07.49447.276-19.

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».