RU2478942C2 - Датчик для определения аммиака - Google Patents
Датчик для определения аммиака Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478942C2 RU2478942C2 RU2010144711/28A RU2010144711A RU2478942C2 RU 2478942 C2 RU2478942 C2 RU 2478942C2 RU 2010144711/28 A RU2010144711/28 A RU 2010144711/28A RU 2010144711 A RU2010144711 A RU 2010144711A RU 2478942 C2 RU2478942 C2 RU 2478942C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- ammonia
- sensitive layer
- hydrazine
- graphite
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в химической, автомобильной, холодильной, электронной промышленности, для контроля воздушной среды в промышленных помещениях, птицеводстве, в экологических задачах контроля газовой среды. Датчик согласно изобретению включает непроводящую подложку из фторида графита, полученного в результате фторирования графита, на которой расположен чувствительный слой. Чувствительный слой образован в результате обработки поверхности фторида графита парами восстановителя. В качестве восстановителя используются, например, гидразин-гидрат, гидразин, вода, перекись водорода. Восстановление рабочих параметров датчика происходит при обдуве воздухом. Изобретение позволяет изготавливать датчики с высокой временной стабильностью и малым временем отклика. 3 з.п. ф-лы, 2 пр., 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электроники и измерительной техники, в частности для изготовления датчиков для анализа газовой среды для определения аммиака. Предлагаемый датчик может быть использован в химической, автомобильной, холодильной, электронной промышленности, для контроля воздушной среды в промышленных помещениях и сельском хозяйстве (птицеводстве), в экологических задачах контроля газовой среды.
Известен датчик концентрации аммиака, включающий в себя электроды с нанесенным чувствительным слоем, состоящий из полианилина, содержащего модифицирующие добавки (Патент RU 2133029 C1, опубл. 10.07.1999). Недостатком данного датчика является деградация чувствительного слоя вследствие окисления, приводящая к нестабильности сигнала.
Известен датчик аммиака в воздухе (Патент RU 2170916 C1, опубл. 20.07.2001), содержащий чувствительный к аммиаку элемент на диэлектрической подложке. В качестве чувствительного элемента используется пористая матрица, пропитанная органическими полупроводниками, представляющими собой четырехкоординированные хелатные комплексы кобальта или никеля с циклическими макролигандами, обладающими системой сопряженных двойных связей. Недостатком данного датчика является сложность изготовления чувствительного элемента.
Известен наноструктурный резистивный датчик аммиака (Патент US 2005/0279987 A1, опубл. 22.12.2005), где в качестве чувствительного электрода используются однослойные углеродные нанотрубки с нанесенным полимерным слоем для увеличения чувствительности. Недостатком прибора является зависимость чувствительности датчика от строения углеродных нанотрубок, в частности от оптимальной плотности дефектов на поверхности нанотрубок, от условий окружающей атмосферы, в частности от влажности воздуха.
Наиболее близким техническим решением является датчик (J.D.Fowler, M.J.Allen, V.C.Tung, Yang Yang, R.B.Kaner, B.H.Weiller // ACS Nano, 3 (2), 301 (2009)), в котором в качестве детектора аммиака использовались графеновые слои, полученные из порошка окиси графита путем восстановления в 98% безводном гидразине. К недостаткам приведенного технического решения относятся большое время отклика сигнала и деградация чувствительного элемента. Кроме этого, для восстановления рабочих характеристик датчика аммиака требуется длительный прогрев. Причины указанных недостатков заключаются в следующем. Известно, что эффективность взаимодействия чистой поверхности графена с газом очень невелика. Наличие дефектов графена приводит к существенному повышению сенсорных свойств. С другой стороны, наличие дефектов в структуре приводит к деградации графена. Следствием этого может быть плохая воспроизводимость измерений получаемых чувствительных слоев.
Задачей изобретения является изготовление резистивного датчика на аммиак в воздушной среде с высокой временной стабильностью и малым временем отклика.
Технический результат достигается тем, что в датчике для определения аммиака, включающем непроводящую подложку, на которой расположен чувствительный слой и омические контакты, чувствительный слой формируется путем обработки фторида графита в парах восстановителя, а в качестве непроводящей подложки используется фторид графита. При этом для восстановления рабочих характеристик датчика достаточно произвести обдув воздухом.
В датчике аммиака чувствительный слой образуется путем удаления атомов фтора из поверхностного слоя подложки фторида графита посредством химического восстановления парами восстановителя. В качестве восстановителя выбран гидразин-гидрат (может использоваться гидразин, вода, перекись водорода). При химическом взаимодействии фторида графита с восстанавливающим агентом происходит отсоединение атомов фтора от углерода и образование (восстановление) дополнительных связей между атомами углерода, что приводит к увеличению проводимости материала. Так как химическое воздействие происходит, в первую очередь, в отношении поверхностного слоя фторида графита, то на поверхности диэлектрического фторида графита формируется токопроводящий углеродный слой. Взаимодействие поверхностного углеродного слоя с адсорбированными молекулами газов приводит к изменению проводящих свойств материала. При этом наличие дефектов на поверхности углеродного слоя приводит к существенному повышению сенсорных свойств. В предложенном датчике для определения аммиака образуются дефекты, связанные с неполным удалением атомов фтора, а также вакансии, образующиеся при отсоединении от поверхности атома фтора вместе со связанным с ним атомом углерода. При этом чувствительный слой состоит из цельного углеродного слоя, что приводит к увеличению стабильности и уменьшению времени отклика.
Сравнение заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что в качестве чувствительного слоя используется проводящий углеродный слой, образующийся на непроводящей подложке из фторида графита путем обработки фторида графита парами гидразина. В известном датчике аммиака формируемый слой на подложке не является сплошным или цельным углеродным слоем, а состоит из отдельных мелких частиц углерода, что может приводить к нестабильности характеристик датчика. В предлагаемом датчике аммиака восстановление фторида графита не нарушает целостности исходных слоев графита подложки, что приводит к увеличению стабильности и уменьшению времени отклика. В известном датчике для восстановления рабочих характеристик необходим прогрев при температуре. В предложенном датчике аммиака восстановление рабочих характеристик происходит путем продува в нормальной атмосфере. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».
На Фиг.1 приведена схема стенда для измерения аммиака. Датчик аммиака 6, размещенный в камере 7, включен в цепь постоянного тока, образованную гальваническим элементом 9, переменным резистором 8 и пикоамперметром 10. Воздух с заданным потоком, контролируемым барбатером 1, подается в измерительную камеру через клапаны 2, 3, 5 либо напрямую, либо в виде смеси с аммиаком, проходя через резервуар 4. Измерительная камера состоит из стеклянной трубы, в стенки которой вварены два штуцера для подвода газа. На поверхность датчика нанесены контактные площадки шириной 1 мм из проводящего клея, изготовленного на основе акриловой смолы и мелкодисперсного серебра. Датчик 6 прижимается к плоскости тефлонового держателя контактами с позолоченными металлическими электродами. Для измерения тока образца использовался пикоамперметр. К аналоговому выходу пикоамперметра параллельно подключен осциллограф 12 для настройки и контроля получаемого сигнала. В качестве регистратора 11 данных использовался высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь, который является внешним устройством персонального компьютера, который осуществляет управление измерениями и обработкой и анализом данных. Для определения временных характеристик датчиков была проведена аппроксимация кривых изменения тока экспоненциальной зависимостями: I(t)=I0+Aexp(-t/τ), где τ - характерное время отклика.
На Фиг.2 представлена зависимость тока, проходящего через образец фторида графита, от времени обработки гидразин-гидратом.
На Фиг.3 представлена зависимость протекания тока через датчик с серебряными контактными площадками при воздействии на него аммиака (1%). Стрелками указаны три точки, соответствующие увеличению подачи паров аммиака в измерительную камеру.
На Фиг.4 представлена зависимость протекания тока через датчик с серебряными контактными площадками при периодическом воздействии паров аммиака (1%) и воздуха.
Применение предлагаемого датчика аммиака с чувствительным слоем, полученного путем восстановления фторида графита в парах гидразина, обеспечивает следующие преимущества:
уменьшение времени отклика детектора,
высокая временная стабильность показаний сенсора,
восстановление рабочих параметров датчика происходит при обдуве воздухом.
Примеры конкретного исполнения
Пример №1
Чувствительный слой датчика приготовлен путем восстановления фторида графита в стеклянной емкости в непосредственной близости водного раствора гидразина при атмосферном давлении. Время восстановления - 2 мин. Поток газа составлял 5 мл/мин, приложенное напряжение равно 1,2 B. Исходный ток образца перед напуском газа NH3 составлял 15 пА. Подача паров аммиака в измерительную ячейку осуществлялась тремя дозами с увеличением аммиака в воздухе от 0,1% (точка 1), 0,6% (точка 2) и 1% (точка 3). Уменьшение сопротивления восстановленного образца по отношению к исходному сопротивлению при введении 1% аммиака составляет 24%.
Пример №2
Чувствительный слой датчика приготовлен путем восстановления фторида графита в стеклянной емкости в непосредственной близости водного раствора гидразина при атмосферном давлении. Время восстановления - 3 мин. Поток газа составлял 35 мл/мин, приложенное напряжение равно 1,2 B. Исходный ток образца перед напуском газа NH3 составлял 48 мкА (фиг.2). Подача в камеру 1% аммиака приводит к резкому понижению тока через образец на 18%. Характерное время отклика составляет 26 с. Отключение подачи аммиака и напуск воздуха приводят к нелинейному восстановлению тока с характерным временем восстановления 140 с. Сохраняется хорошая циклируемость сенсора по отношению к аммиаку. Трехкратное введение газа сохраняет величину отклика проводимости на аммиак.
Claims (4)
1. Датчик для определения аммиака, включающий непроводящую подложку, на которой расположен чувствительный слой и омические контакты, отличающийся тем, что чувствительный слой образован в результате обработки поверхности фторида графита парами восстановителя.
2. Датчик для определения аммиака по п.1, отличающийся тем, что в качестве непроводящей подложки используется фторид графита, полученный в результате фторирования графита.
3. Датчик для определения аммиака по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя может использоваться гидразин-гидрат, гидразин, вода, перекись водорода.
4. Датчик для определения аммиака по п.1, отличающийся тем, что для восстановления рабочих характеристик датчика используется продувка воздухом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144711/28A RU2478942C2 (ru) | 2010-11-01 | 2010-11-01 | Датчик для определения аммиака |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144711/28A RU2478942C2 (ru) | 2010-11-01 | 2010-11-01 | Датчик для определения аммиака |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010144711A RU2010144711A (ru) | 2012-05-10 |
RU2478942C2 true RU2478942C2 (ru) | 2013-04-10 |
Family
ID=46311928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010144711/28A RU2478942C2 (ru) | 2010-11-01 | 2010-11-01 | Датчик для определения аммиака |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2478942C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2646419C1 (ru) * | 2016-12-19 | 2018-03-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Электрический сенсор на пары гидразина |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2168718C1 (ru) * | 1999-12-30 | 2001-06-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Датчик концентрации аммиака |
RU2310833C1 (ru) * | 2006-09-05 | 2007-11-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ получения газочувствительного материала для сенсора аммиака |
-
2010
- 2010-11-01 RU RU2010144711/28A patent/RU2478942C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2168718C1 (ru) * | 1999-12-30 | 2001-06-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Датчик концентрации аммиака |
RU2310833C1 (ru) * | 2006-09-05 | 2007-11-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ получения газочувствительного материала для сенсора аммиака |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2646419C1 (ru) * | 2016-12-19 | 2018-03-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Электрический сенсор на пары гидразина |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010144711A (ru) | 2012-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Van Hieu et al. | Highly sensitive thin film NH3 gas sensor operating at room temperature based on SnO2/MWCNTs composite | |
Han et al. | A carbon nanotube based ammonia sensor on cellulose paper | |
Li et al. | Surface treatment and doping dependence of In2O3 nanowires as ammonia sensors | |
Pandey et al. | Pd-doped reduced graphene oxide sensing films for H2 detection | |
Kim et al. | Self-activated transparent all-graphene gas sensor with endurance to humidity and mechanical bending | |
Bai et al. | Effect of humidity on the gas sensing property of the tetrapod-shaped ZnO nanopowder sensor | |
Zhang et al. | Electrochemically functionalized single‐walled carbon nanotube gas sensor | |
Sayago et al. | Novel selective sensors based on carbon nanotube films for hydrogen detection | |
Qi et al. | Humidity sensing properties of KCl-doped ZnO nanofibers with super-rapid response and recovery | |
Yoo et al. | Effects of O2 plasma treatment on NH3 sensing characteristics of multiwall carbon nanotube/polyaniline composite films | |
Liu et al. | Tin oxide films for nitrogen dioxide gas detection at low temperatures | |
Teerapanich et al. | Development and improvement of carbon nanotube-based ammonia gas sensors using ink-jet printed interdigitated electrodes | |
Aroutiounian et al. | Thin-film SnO 2 and ZnO detectors of hydrogen peroxide vapors | |
WO2005010480A2 (en) | Sensor device utilizing carbon nanotubes | |
Salikhov et al. | Nanocomposite thin-film structures based on a polyelectrolyte complex of chitosan and chitosan succinamide with SWCNT | |
Ramgir et al. | NO2 sensor based on Al modified ZnO nanowires | |
Fairose et al. | Effect of oxygen sputter pressure on the structural, morphological and optical properties of ZnO thin films for gas sensing application | |
Aleksanyan et al. | Investigations of Sensors for Detection of Hydrogen Peroxide Vapors under the Influence of UV Illumination | |
Yan et al. | Electrophoretic deposition of multiwalled carbon nanotubes onto porous silicon with enhanced NO2-sensing characteristics | |
Bendahan et al. | Morphology, electrical conductivity, and reactivity of mixed conductor CuBr films: development of a new ammonia gas detector | |
JPH0479540B2 (ru) | ||
Ali et al. | Amorphous molybdenum trioxide thin films for gas sensing applications | |
RU2478942C2 (ru) | Датчик для определения аммиака | |
CA3080320A1 (en) | Pulse-driven capacitive detection for field-effect transistors | |
Zhang et al. | A carbon monoxide sensor based on single-walled carbon nanotubes doped with copper chloride |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151102 |