UA85925U - Резистивний сенсор етанолу - Google Patents
Резистивний сенсор етанолу Download PDFInfo
- Publication number
- UA85925U UA85925U UAU201305841U UAU201305841U UA85925U UA 85925 U UA85925 U UA 85925U UA U201305841 U UAU201305841 U UA U201305841U UA U201305841 U UAU201305841 U UA U201305841U UA 85925 U UA85925 U UA 85925U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- sensor
- resistive
- ethanol
- nanostructures
- semiconductor layer
- Prior art date
Links
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 claims 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 20
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 6
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 229910000809 Alumel Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000089750 Gotra Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 description 1
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002304 perfume Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Резистивний сенсор етанолу містить чутливий напівпровідниковий шар, нанесений на непровідну підкладку із двома електродами, систему подачі газу і вимірювальну схему. Крім цього, як чутливий напівпровідниковий шар використовують наноструктури ZnO.
Description
Корисна модель належить до галузі метрології і може бути використана у харчовій промисловості для контролю вмісту етанолу в біотехнологічних процесах, а саме у виробництві спиртовмісних речовин і кондитерських виробів, у парфумерній промисловості і при діагностуванні спирту в подиху людини.
Відомий резистивний сенсор газів на основі оксиду металу (ЗпО», або ІпгОз, або 7п0О), дія якого грунтується на вимірюванні зміни опору чутливого елемента на основі оксидів металів під впливом індикаторного газу (Вуйцік В., Готра 3., Григор'єв В. Мікроелектронні сенсори фізичних величин. - Львів: Ліга-Прес, 2002. - 475 с... Сенсори резистивного типу складаються з чутливої плівки, що наноситься на підкладку, нагрівача у вигляді резистивної плівки, яка наноситься з іншої сторони підкладки, і електродів.
Недоліками такого сенсора є високі робочі температури (200-500 "С) і складні конструкції, зумовлені необхідністю встановлення нагрівного елемента.
Відомий резистивний сенсор газів типу Т25 822 для детектування випарів органічних розчинників. Сенсор виготовлений на основі плівки діоксиду стануму (ЗпОг), нанесеної на алюмінізовану керамічну трубку, всередині якої розміщений нагрівник. Чутливість такого сенсора до парів етанолу становить 300 ррт, чутливість до зміни опору не перевищує 40.
Іїапаагт Тептв апа Сопайнопв ої ЗаїІе ої Рідаго ОА Іпс., млум/. Рідагозепзог.сот/Летптв.пті.
Недоліками такого сенсора є відносно невисока чутливість та складність конструкції через необхідність застосування нагрівного елемента.
Відомий газовий сенсор на основі наноструктур оксиду металу з п-типом провідності (ЗпО», або ІпгОз, або 7пО), який має вищу аніж у плівкових датчиках чутливість та менший час відгуку.
Порівняно з плівковим, сенсор на основі наноструктур має кращі характеристики, зумовлені більшою величиною його робочої площі поверхні |(Зсптіді-Мепаве І. 7пО-Мапозігисіигез, ЮОеєїесів, апа Оеємісез / І. Зсптіді-Мепає, У. МасМапив-Огізсої! // Маїетіа!5 Тодау. - 2007. - М. 10. - Р. 40-48.
Недоліками таких сенсорів є використання вихідних матеріалів високої чистоти та вартісного обладнання, яке використовують для отримання наноструктур.
Найбільш близьким за технічним рішенням до пропонованої корисної моделі - прототипом є сенсор етанолу на основі оксиду цинку ІВ.Б. Капустяник, Б.І. Турко, М.Р. Панасюк, М.В. Партика,
В.Я. Кулик Інженерія чутливих елементів сенсорів пари етанолу, аміаку та ацетону на основі
Зо тонких плівок 2пО:Си // бБепзог ЕІесігопіс5 апа Місгозузтет Тесппоїіодіев5. - 2012. - Т. 3. - б. 48- 52). Сенсор складається з сенсорної плівки, нанесеної на сіталову підкладку, нісель-хромового нагрівача і алюмінієвих контактних майданчиків. Сенсор етанолу на основі оксиду цинку працює на поверхневих ефектах, робоча температура якого становить 200-400 "С. При дії на плівку 210 парів етанолу провідність зростає, опір зменшується. Значно покращуються газочутливі характеристики плівки при введенні легуючих домішок, наприклад, міді. Найвища чутливість досягається для плівки 7пО:Си, при часі відгуку - 100 сек.
Недоліками сенсора етанолу є енерговитратна технологія виготовлення сенсорної плівки із застосуванням складного обладнання, невисока чутливість до малих концентрацій етанолу (зміна опору не перевищує 10 разів).
В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити резистивний сенсор етанолу шляхом використання для чутливого шару наноструктур 2пО, які забезпечують зростання величини робочої площі поверхні сенсора, що дасть змогу знизити енерговитрати при отриманні чутливого елемента сенсора та підвищити його чутливість.
Поставлена задача вирішується тим, що у резистивному сенсорі етанолу, який містить чутливий напівпровідниковий шар, нанесений на непровідну підкладку з двома електродами та нагрівним елементом, систему подачі парів етилового спирту і вимірювальну схему, як чутливий напівпровідниковий шар використовують наноструктури 2п0.
Заявлений сенсор і прототип мають суттєві спільні ознаки (чутливий елемент з 7п0, сіталова підкладка, омічні контакти та вимірювальна схема).
Технічний результат заявленого сенсора обумовлений тим, що автори корисної моделі вперше використали для створення чутливого елемента сенсора етанолу наноструктури 2пО з р-типом провідності (Патент на корисну модель Мо 78485 Україна, МПК СО1с 9/00. Спосіб отримання наноструктурованого матеріалу 7пО з р-типом провідності. Г.О. Лубочкова, Б.Ї.
Турко, О.П. Крегель, В.Б. Капустяник, І. Кітик, М. Пясецкі. - Мо и201208985 Заявл. 20.07.2012;
Опубл. 25.03.2013, Бюл. Мо 6), що дало змогу проводити індикацію малих концентрацій етанолу.
Фіг. 1. Мікрофотографія поверхні чутливого елемента сенсора на основі наноструктур оксиду цинку.
Фіг. 2. Схематичне зображення (вигляд згори) резистивного сенсора, де 1 - сіталова підкладка, 2 - алюмінієві контактні майданчики, З - чутливий елемент з наноструктур оксиду (516) цинку.
Фіг. 3. Схематичне зображення сенсора (вигляд знизу): 1 сіталова підкладка, 2 - нікель- хромовий нагрівач.
Фіг. 4. Крива відгуку сенсора, створеного на основі наноструктур 2пО, на пари етилового спирту з концентрацією 100 ррт за робочої температури 350 "С. Резистивний сенсор етанолу складається з наноструктур 27пО, отриманих електроосадженням з водного розчину в електрохімічній комірці з двома електродами, сіталової підкладки, з нанесеними на неї за допомогою установки ВУП-5М термічним випаровуванням у вакуумі, двома контактними алюмінієвими електродами і нікель-хромового нагрівача.
Осадження наноструктур здійснюють з водного еквімолярного розчину 7п(МОз)2:бНгО та гексаміну СеН:2Ма4 з концентрацією обох реагентів у межах 10-30 мМ з рН розчину близько 7. На робочий електрод-підкладку подають напругу - 0,9 В. Щоб збільшити електропровідність розчину додають 0,1 М водний розчин КСІ. На протилежну сторону сіталової підкладки осаджують термічним випаровуванням у вакуумі нікель-хромовий резистивний нагрівач.
Алюмінієві контактні майданчики та нікель-хромовий резистивний нагрівач наносять за певними шаблонами. Вимірювання товщини алюмінієвих і нікель-хромових плівок - здійснюють на мікроїнтерферометрі МИ-4. Площа поверхні чутливого елемента сенсора з наноструктур 7п0 становить 1 см.
Дослідження сенсорних властивостей наноструктур проводять з використанням герметичної камери з капіляром для подачі аналізованої речовини, у якій розміщують зразок з металічними контактами та нагрівачем. Зміну опору фіксують після досягнення стаціонарного значення (через 60-120 с). Вимірювання опору і робочої температури сенсора здійснюють мультиметром
ВМ859СРа (ВКУМЕМ, Тайвань) з хромель-алюмелевою термопарою та програмним забезпеченням. На фіг. 4 наведено приклад відгуку сенсора, створеного на основі наноструктур 27п0, на пари етилового спирту, який ілюструє його роботу. А у таблиці зведено порівняльні властивості сенсорів етанолу на основі оксиду цинку.
При поміщенні сенсора в газове середовище на його поверхні адсорбуються частинки
С2Н5»ОнН. Під дією малих концентрацій парів етанолу 100 ррт спостерігається суттєве збільшення опору датчика (Фіг. 4), а саме - у 55 разів. Час відгуку сенсора складає 10 с, а відновлення відбувається протягом 5 хвилин витримки на повітрі (Таблиця).
Коо)
Таблиця
Порівняльні властивості сенсорів етанолу на основі оксиду цинку
Корисна модель забезпечує передбачуваний технічний результат - зниження енерговитрат при отриманні чутливого елемента сенсора та підвищення чутливості удосконаленням технології виготовлення сенсорного шару із застосуванням наноструктур 2пО, що забезпечує зростання величини робочої площі поверхні сенсора.
Claims (1)
- ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Резистивний сенсор етанолу, який містить чутливий напівпровідниковий шар, нанесений на 40 непровідну підкладку із двома електродами, систему подачі газу і вимірювальну схему, який відрізняється тим, що як чутливий напівпровідниковий шар використовують наноструктури7п0.ЕХ о. З За ж ВИ ОХ ОЗ Я с о» о о п с 0. я о. КО З с: є ПКУ ОКО ї. ОККО ОО КЕ о о с п я и п М . По с п с оФіг. 1 лох с ПЕ ! І о нн НН Я З ПЕОЕВОеВВе ех ОХ ОО БО ш ФФБ Б м Е КО по пн В ше ке Н ЕХ оо нн ХУНВО шк шо Н М ОО ООО Ве Ок ОК ВЯ нн В нн НС сен нон о ! ШЕ но пан с і. ше з 1Фіг. 7 щі ше щ ше шщщ- ши шщщ-! . . . . . . -- а ш 1 ВОМУ 5 В КОЖ І шу х - т ют І 2Фіг. З«МНЕЗОН. 1 З ко часов х. 5 Ша Бо я ся Ї й ля й реа на ЗЕ ННЕЖННХ, повно в й й нн нини нини нин мин нини пня нан зви пн мими вими й за:я4 Тая 1 ТК кеВ 28 А Час, хв. сок.Фіг. 4
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU201305841U UA85925U (uk) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Резистивний сенсор етанолу |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU201305841U UA85925U (uk) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Резистивний сенсор етанолу |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA85925U true UA85925U (uk) | 2013-12-10 |
Family
ID=52285498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAU201305841U UA85925U (uk) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Резистивний сенсор етанолу |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA85925U (uk) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD4347C1 (ro) * | 2014-07-15 | 2015-11-30 | Виорел ТРОФИМ | Senzor de gaze pe bază de MoO3 |
RU2609793C1 (ru) * | 2015-11-17 | 2017-02-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Прозрачный проводящий электрод резистивного сенсора |
-
2013
- 2013-05-07 UA UAU201305841U patent/UA85925U/uk unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD4347C1 (ro) * | 2014-07-15 | 2015-11-30 | Виорел ТРОФИМ | Senzor de gaze pe bază de MoO3 |
RU2609793C1 (ru) * | 2015-11-17 | 2017-02-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Прозрачный проводящий электрод резистивного сенсора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kanaparthi et al. | Highly sensitive and ultra-fast responsive ammonia gas sensor based on 2D ZnO nanoflakes | |
Mani et al. | Novel and facile synthesis of randomly interconnected ZnO nanoplatelets using spray pyrolysis and their room temperature sensing characteristics | |
Liu et al. | Room temperature impedance spectroscopy-based sensing of formaldehyde with porous TiO2 under UV illumination | |
Nasution et al. | The sensing mechanism and detection of low concentration acetone using chitosan-based sensors | |
Kamble et al. | From nanowires to cubes of CdO: Ethanol gas response | |
Sun et al. | UV-activated room temperature metal oxide based gas sensor attached with reflector | |
Fu | CuS-doped CuO nanoparticles sensor for detection of H2S and NH3 at room temperature | |
Tsai et al. | Fast detection and flexible microfluidic pH sensors based on Al-doped ZnO nanosheets with a novel morphology | |
Velumani et al. | Impedometric humidity sensing characteristics of SnO 2 thin films and SnO 2–ZnO composite thin films grown by magnetron sputtering | |
Kim et al. | Thermochemical hydrogen sensor based on chalcogenide nanowire arrays | |
Patil et al. | Improved 2-CEES sensing performance of spray pyrolized Ru-CdSnO3 nanostructured thin films | |
Yin et al. | Moisture-induced reversible material transition behavior of nickel (II) bromide for low humidity detection | |
Ievlev et al. | Ultrathin films of palladium oxide for oxidizing gases detecting | |
UA85925U (uk) | Резистивний сенсор етанолу | |
Takács et al. | Gas sensitivity of sol-gel prepared mesoporous WO3 thin film | |
Srivastava et al. | Room temperature RF magnetron sputtered nanocrystalline NiO thin films for highly responsive and selective H2S gas sensing at low ppm concentrations | |
Prasad et al. | NH3 sensing properties of surface modified Ce-doped nanostructured ZnO thin films prepared by spray pyrolysis method | |
Chang et al. | Cr-doped ZnO based NO2 sensors with high sensitivity at low operating temperature | |
RU133312U1 (ru) | Газовый сенсор на основе гибридных наноматериалов | |
Bari et al. | Chemically sprayed nanocomposite SnO2–ZnO thin film for ethanol gas sensor | |
Aleksanyan et al. | Detection of hydrogen peroxide vapor using flexible gas sensor based on SnO2 nanoparticles decorated with multi-walled carbon nanotubes | |
Şahin et al. | Simple and low-cost synthesis of Al-doped ZnO/CuO composite nanowires for highly efficient hydration level sensing | |
Park et al. | High sensitive NO2 gas sensor with low power consumption using selectively grown ZnO nanorods | |
Al-Salman et al. | ZnO thin film nanostructures for hydrogen gas sensing applications | |
Gharesi et al. | Tin oxide microheater for chemical sensors |