ساخت حسگر گاز استون مبتنی بر نانولوله های کربنی تزیین شده با نانوذرات اکسید آهن بر روی الکترود دندانه شانه‌ای نقره و زیر‌لایه آلومینا

در این مقاله یک حسگر گاز مقاومتی استون با حساسیت بالا ساخته شده است. از نانولوله‌های کربنی (عامل‌دار شده) تزیین شده با نانوذرات اکسید آهن (cnt@fe2o3) به عنوان لایه حساس به گاز استون استفاده شده است. کامپوزیت‌های cnt@fe2o3 از طریق یک واکنش هیدرولیز حرارتی بدست آمدند. الکترودهای دندانه‌شانه ای از جنس نقره روی زیرلایه آلومینا لیتوگرافی شدند که مزیت آن مقاومت زیاد در دماهای بالا می‌باشد. کامپوزیت‌های cnt@fe2o3 از طریق آنالیزهای پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری مشخصه‌یابی شدند که بیانگر توزیع یکنواخت نانوذرات اکسید آهن روی سطح نانولوله‌های کربنی بود. حسگرهای ساخته شده مبتنی بر α-fe2o3 و cnt@fe2o3 در معرض ppm 100 گاز استون و در دمای 200 درجه سانتیگراد، به ترتیب پاسخی برابر با 16.3 و 38 داشتند. همچنین حسگر مبتنی بر cnt@fe2o3 زمان پاسخ و بازیابی به ترتیب برابر با 78 و 75 ثانیه را نشان داد. لازم به ذکر است که پاسخ 38 برابری حاصل شده بیشترین پاسخ حسگر در دمای 200 درجه سانتیگراد بوده و بدون مقایسه با کارهای پیشین بدست آمده است. همچنین نتایج آنالیزها نشان داد که حسگر ساخته شده مبتنی بر کامپوزیت‌های cnt@fe2o3 دارای انتخابگری عالی، تکرارپذیری خوب، پاسخ زیاد و زمان پاسخ و بازیابی نسبتا خوبی است. حسگر مبتنی بر نانولوله‌های کربنی تزیین شده با نانوذرات اکسید آهن در مقایسه با حسگر مبتنی بر نانوذرات اکسید آهن خالص پاسخ و سرعت بالاتری دارد. نتایج نشان می‌دهند این بهبود عملکرد حسگر عمدتاً به ساختار منحصر به فرد و پیوند p-n بین نانولوله‌های کربنی و نانوذرات اکسیدآهن مربوط می‌شود.

fabrication of acetone gas sensor based on fe2o3 decorated cnts with ag interdigitated electrodes on al2o3 substrate.

in this article, a resistive acetone gas sensor with high sensitivity is fabricated. a a two-stage thermal hydrolysis reaction has been used to synthesize the sensitive carbon nanotubes (cnts) decorated with iron oxide nanoparticles (fe2o3). micro-scale silver inter digitated electrodes (ides) made of silver have been deposited on alumina substrate which is resistant to high temperatures using optical lithography. the synthesis process includes functionalizing carbon nanotubes and then decorating them with iron oxide nanoparticles. the synthesized nanocomposite was characterized using x-ray diffraction and scanning electron microscopy. the results show that iron oxide nanoparticles uniformly decorated the surface of carbon nanotubes. the synthesized nanostructures were tested under different concentrations of acetone gas and showed appropriate response and high sensitivity. the fabricated sensor showed excellent selectivity, good reproducibility, and satisfactory response and recovery times. decorating carbon nanotubes with iron oxide nanoparticles increases the sensitivity and speed of the sensor. the proposed sensor exposed to 100 ppm of acetone gas at a temperature of 300 degrees celsius results in a resistance change of nearly 38 times. the improved sensor performance is mainly related to the material structure and the p-n junction between the cnts and the iron oxide nanoparticles.