بررسی خواص حسگری نانولوله کربنی (0و8) آرایش یافته با اتم نیکل در مواجه با متان در حضور اکسیژن محیط

در مقاله حاضر با استفاده از نظریه تابعی چگالی به بررسی تاثیر آرایش‌دهی نانولوله‌کربنی (0و8) با اتم نیکل در بهبود خواص حسگری آن نسبت به گاز متان پرداخته شده است. با توجه به اینکه حسگرهای گاز عمدتا در محیط پایه هوا مورد استفاده قرار می‌گیرند، کلیه شبیه‌سازی‌ها با در نظر گرفتن اکسیژن هوا به عنوان یکی از گازهای موجود در هوا نیز انجام گرفته است. جذب متان بر روی نانولوله‌کربنی آرایش یافته با اتم نیکل تاثیر محسوسی در گاف انرژی، تابع کار و انتقال بار بین نانولوله و متان دارد که نشان دهنده پتانسیل این فلز در بهبود خواص حسگری نانولوله‌کربنی نسبت به گاز متان است. مقایسه نتایج مربوط به جذب متان بر روی نانولوله‌کربنی آرایش یافته با نیکل با در نظر گرفتن تاثیر اکسیژن هوا نشان می‌دهد که، در حالی‌که جذب متان بر روی نانولوله‌کربنی آرایش یافته با نیکل میتواند گاف انرژی و تابع کار را به ترتیب به میزان 32 و 2.36% تغییر دهد با در نظر گرفتن تاثیر اکسیژن هوا در انجام شبیه‌سازی‌ها این مقادیر به 66/ 16 و 2.34 % کاهش می‌یابد. نتایج به دست آمده اهمیت در نظر گرفتن اکسیژن موجود در هوا در شبیه‌سازی حسگرهای گاز مبتنی بر نانولوله‌کربنی را به‌طور مشخص بیان می‌کند.

Investigation of methane sensing properties of (0,8) single wall carbon nanotube decorated with nickel atoms in the presence of ambient oxygen

Using density functional theory, the effect of nickel decoration of (8,0) singlewall carbon nanotube (SWCNT) has been investigated on improving its sensing properties to methane. Since gas sensors are mainly used in the air environment, all simulations have been performed by considering ambient oxygen as one of the gases in the air. The results show that nickel decoration significantly increases the adsorption energy of methane on the carbon nanotube. The bandgap and work function of the NiSWCNT are significantly changed after methane adsorption, which indicates the potential of this metal to improve the sensory properties of carbon nanotubes relative to methane. Investigation of methane adsorption on nickel decorated SWCNT considering the effect of ambient oxygen shows that, while methane adsorption on NiSWCNT can reduce the bandgap and work function by 32% and 2.36% respectively, these values are reduced to 16.66 % and 2.34% by considering the effect of ambient oxygen. A comparison of the results shows that nickel decoration of SWCNT has more improvement in the sensory properties of SWCNT to methane gas in the vacuumbased environment rather than air atmosphere. The results also clearly indicate the importance of considering ambient oxygen in the simulation of carbon nanotubebased gas sensors.