RU226142U1 - Газовый датчик паров этанола и метанола - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к газовым датчикам на основе оксида меди и углеродных наноматериалов, которые могут быть использованы для контроля и мониторинга паров этанола и метанола.

Техническим результатом заявляемого устройства является увеличение чувствительности при комнатных, околокомнатных температурах и температурах <1500°C.

Технический результат достигается газовым датчиком паров метанола и этанола, содержащим подложку из диэлектрического материала, с осажденными методом терморезистивного испарения в вакууме на нее полупроводниковыми пленками CuxO, и затем ионно-плазменным синтезом пленок линейно-цепочечного углерода, структура которых состоит из множества слоев, каждый из которых состоит из цепочек углеродных атомов в sp1-гибридизации, ориентированных нормально к поверхности слоя, на концах изгибов цепочек которых присоединены атомы H, пленочные электроды, которые выполнены путем термического осаждения в вакууме пленки из алюминия. 8 ил.

Description

Полезная модель относится к созданию газовых датчиков хеморезистивного типа (выходной сигнал – изменение электрического сопротивления на газы-аналиты) на основе оксида меди и углеродных наноматериалов, которые могут быть использованы для контроля и мониторинга паров этанола и метанола.

Одним из самых популярных материалов применяемых в газовых датчиках является оксид олова SnO₂, так как он инертен к большинству газов и его способности изменять проводимость электрического тока при взаимодействии с газами.

Известен способ получения наноматериала оксида олова SnO₂ гидротермальным методом с последующим отжигом в печи, позволяющий получать различную морфологию. Значения чувствительности газовых датчиков с морфологиями наноцветов и нанолистов SnO₂ к концентрации 100 ppm метанола составляют 58% и 30,79% при 200°C. А время отклика и восстановления составляет 4 с, 6 с и 8 с, 10 с соответственно [Song, L., Zhao, B., Ju, X., Liu, L., Gong, Y., Chen, W., & Lu, B. (2020). Comparative study of methanol gas sensing performance for SnO2 nanostructures by changing their morphology. Materials Science in Semiconductor Processing, 111, 104986.]. Недостатком является необходимость нагрева датчика до температура 200°C.

Известен высокоселективный датчик для определения паров метанола. Он состоит из разделительной колонки (Tenax), отделяющей метанол от примесей, таких как этанол, ацетон или водород, как в газовой хроматографии, и хеморезистивного газового датчика (наночастицы SnO2, легированные Pd) для количественного определения концентрации метанола. Метанол измеряется в течение 2 минут в диапазоне от 1 до 1000 ppm[van den Broek, J., Abegg, S., Pratsinis, S. E., & Güntner, A. T. (2019). Highly selective detection of methanol over ethanol by a handheld gas sensor. Nature communications, 10(1), 4220.]. Недостосткам данного является сложность изготовления из-за наличия раздителительной колонки.

Также для создания чувствительных элементов используется оксид никеля NiO. Известен способ получения хеморезистора на основе наноструктур оксида никеля электрохимическим методом (патент RU 2682575C1). Метод, основанный на наноструктурах оксида никеля, включает в себя использование электрохимического метода для осаждения наноструктур оксида никеля на диэлектрическую подложку с полосковыми электродами в качестве рабочего электрода. В этом методе заданный электрический потенциал прикладывается к электроду в течение определенного времени, затем происходит осаждение наноструктур оксида никеля из водного электролита, содержащего NiSO и NaNO. Полученные данным способом образцы функционируют при температурах 150-270°С и способны детектировать органические пары при низких (от 1 ppm) концентрациях. Недостатком является необходимость нагрева до температура 150-270°С.

Композиты оксидов широко используются в газовых сенсорах. Это связано с тем, что композиты оксидов обладают уникальными физико-химическими свойствами. Композиты оксидов также позволяют уменьшить размеры газовых сенсоров, сохраняя при этом необходимую чувствительность. Одна из главных проблем компизитов оксидов является сложность их изготовления.

Например, газовый датчик (патент US 4592967A) содержит спеченную деталь, которая состоит из оксида олова, по меньшей мере одного из оксидов лантаноидов и по меньшей мере одного из оксидов элементов группы IVa. Для повышения свойств детали она может быть покрыта пористым керамическим материалом, таким как диоксид кремния, оксид алюминия.

Например, высокоселективный газовый сенсор (патент US 9476862B2) содержит полупроводниковую наноструктуру, имеющую внешнюю поверхность, и, по меньшей мере, один из кластеров металлических или металлооксидных наночастиц, функционализирующий внешнюю поверхность наноструктуры и формирующий фотопроводящий гибридный датчик наноструктуры/нанокластера, позволяющий с помощью света определять целевой аналит.

Углеродные наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки и графен, могут быть использованы для создания газовых датчиков благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Эти материалы имеют большое соотношение между поверхностью и объемом, что позволяет увеличить чувствительность и селективность датчиков. Они также обладают высокой электропроводностью, что дополнительно улучшает работу датчиков. Благодаря возможности функционализации углеродных наноматериалов различными химическими группами, можно обнаруживать широкий диапазон газов.

Известен cпособ совместной функционализации одностенных углеродных нанотрубок для газовых датчиков (патент US 9304094B2). На изготовленных соединительных элементов из углеродных одностенных нанотрубок нанесен оксид олова SnO₂ и покрыт электрохимическим способом наночастицами металла. Образец SnO₂/SWNT покрытый наночастицами палладия Pd продемонстрировало высокую селективность по отношению к сероводороду H₂S с чувствительностью датчика 600%, наблюдаемой при концентрации 5 ppm. Недостатком данного способа получения газовых сенсоров является его сложность.

Известен газовый датчик, состоящий из графена на карбиде кремния полученные методом термического разложения карбида кремния в вакууме. Оптимальный режим получения пленок заключается в 2-х часовом отжиге в вакууме при температуре 900°С и 20 мин отжиг при 1300°С при давлении Па. При концентрации 100 ppm этанола C₂H₅OH время отклика и время восстановления оказалось одинаковым и равным 100 сек, а чувствительность составила 4,5% [Светличный, А. М., Григорьев, М. Н., Светличная, Л. А., Демьяненко, М. В., & Житяев, И. Л. (2013). Газочувствительность плёнок графена на полуизолирующем SiC к NO₂ и парам C₂H₅OH. Инженерный вестник Дона, 25 (2 (25)), 66.]. Недостатком является сложность получения образцов, большое время отклика и восстановления и низкая чувствительность к парам этанола C₂H₅OH.

Стоить отметить, предпринимались попытки продемонстрировать сенсоры на основе нанотрубок /нанопроволок, украшенных наночастицами металла и оксидов металлов. Например, Легриб и соавт. сообщалось о газовых датчиках на основе многостенных углеродных нанотрубок (УНТ), украшенных нанокластерами оксида олова (SnO₂) для обнаружения NO и CO (см. Leghrib R. et al. (2010) «Газовые датчики на основе многостенных углеродных нанотрубок, украшенных нанокластерами оксида олова», Sensor. and Actuators B: Chemical 145:411-416). Используя смесь SnO₂/TiO₂ , включенную в состав УНТ, Duy et al. продемонстрировали чувствительность к этанолу при температуре 250°C. (Duy N.V. et al. (2008) «Смесь SnO ₂/TiO₂ , включенная в состав углеродных нанотрубок длязондирования газа», J. Physica E 41: 258-263). Балажси и др. изготовили гибридные композиты из гексагонального порошка WO₃ с украшенными металлом УНТ для определения NO ₂ (Балажси С и др. (2008) «Новый нанопорошок из гексагонального WO₃ с украшенными металлом углеродными нанотрубками в качестве датчика газа NO₂», Датчики и исполнительные механизмы B: Chemical 133:151-155). Куанг и соавт. продемонстрировали повышение чувствительности датчиков нанопроволоки SnO₂ к H₂S, CO и CH₄путем функционализации поверхности наночастицами ZnO или NiO (Kuang Q и соавт. (2008) «Усиление фотонного-и газового-чувствительные свойства наноустройства на основе одиночной нанопроволоки SnO₂ путем функционализации поверхности наночастиц», J. Phys. Хим. С 112:11539-11544). ZnO NWs, украшенные наночастицами Pt, были использованы Zhang et al., показав, что реакция Pt-наночастиц, украшенных NWs ZnO, на этанол в три раза выше, чем реакция чистых NWs ZnO (Zhang Y et al. (2010) «Декорирование нанопроволок ZnO наночастицами Pt и их улучшенные газочувствительные и фотокаталитические характеристики», Нанотехнологии 21:285501). Чанг и др. показал, что за счет адсорбции наночастиц Au на ZnO NWs чувствительность датчика к газообразному СО может быть значительно повышена (Chang S-J et al. (2008) «Высокочувствительные датчики на напопроволоках ZnO на CO с адсорбцией наночастиц Au», Nanotechnology 19:175502). Доброхотов и др. сконструировали химический сенсор из матов GaN NWs, украшенных наночастицами Au, и протестировали их чувствительность к N₂ и CH₄(Доброхотов В. и др. (2006) «Принципы и механизмы зондирования газа нанопроволоками GaN, функционализированными наночастицами золота», Дж. Аппл. Физика 99: 104302). NWS GaN, покрытые наночастицами Pd, были использованы для обнаружения H₂ в N₂ при 300K Лимом и соавт. (Lim W et al. (2008) «Обнаружение водорода при комнатной температуре с использованием нанопроволок GaN спокрытием из Pd», Приложение. Физ. Lett. 93:072109).

Хотя такие результаты демонстрируют потенциал гибридных датчиков на основе нанопроволок и нанокластеров, фундаментальные проблемы и недостатки в таких предыдущих попытках остаются. Большинство результатов дают маты из нанопроволок. Хотя такие маты могут повысить чувствительность, сложная природа межпроводной проводимости затрудняет интерпретацию результатов. Кроме того, работа таких предыдущих датчиков при комнатной температуре не была продемонстрирована, и селективность показана лишь для очень ограниченного числа химических веществ. Обычные сенсорные устройства требуют высоких рабочих температур (≥250°C) и большого времени отклика. Действительно, такие датчики с поддержкой температуры обычно предусматривают встроенный нагреватель для устройства. Кроме того, заявленная чувствительность таких обычных устройств была довольно низкой даже при длительном времени отклика.

Газовые сенсоры на основе оксида меди CuO способны детектировать широкий диапазон газов, включая оксид углерода, диоксид серы и азотные оксиды. Также имеют хорошую чувствительность к малым изменениям концентрации газов и высокую скорость отклика.

Известен способ получения гибких газовых датчиков на основе фольги и подложки из оксида алюминия, покрытой оксидом меди CuO в качестве газочувствительного слоя [Andrysiewicz, W., Krzeminski, J., Skarżynski, K., Marszalek, K., Sloma, M., & Rydosz, A. (2020). Flexible gas sensor printed on a polymer substrate for sub-ppm acetone detection. Electronic Materials Letters, 16, 146-155.]. Эти датчики обладали хорошей механической стабильностью и газочувствительными характеристиками. Газовые датчики CuO на основе Kapton были протестированы при воздействии ацетона в диапазоне 0,05-1,25 ppm (при температуре нагрева 150°C, относительная влажность 50%). Недостатком является необходимость нагрева чувствительного элемента и недостачные чувствительности для практических приложений.

Известен газовый датчик, который использует нанокристаллические композитные тонкие пленки CuO-CuFe₂O₄, которые были получены из керамической мишени CuFeO₂ методом радиочастотного распыления с последующим термическим окислением [De, S., Venkataramani, N., Prasad, S., Dusane, R. O., Presmanes, L., Thimont, Y., ... & Barnabé, A. (2018). Ethanol and hydrogen gas-sensing properties of CuO–CuFe 2 O 4 nanostructured thin films. IEEE Sensors Journal, 18(17), 6937-6945.]. Этот процесс изготовления помогает создать пористые сенсорные слои. Чувствительные свойства к этанолу и водороду в сухом воздухе были исследованы при рабочих температурах от 250°C до 500°C. Композитная тонкая пленка с общей толщиной 25 нм показала самый высокую чувствительность 79% на водород при концентрации 500 ppm при рабочей температуре 400°C. Наименьшее время отклика составило ~60 и ~90 с для водорода и этанола, соответственно. Недостатком является высокая температура нагрева чувствительного элемента.

Известно устройства для определения паров этанола (C₂H₅OH) на основе тонких пленок наноструктурированного оксида меди (CuO) и закиси меди (Cu₂O), которые наносятся с помощью радиочастотного распыления при относительно низких температурах и мощности: при 120 °C наносятся одиночные стехиометрические пленки CuO и Cu₂O с мощностью распыления 200 Вт. и 250 Вт соответственно [Zoolfakar, A. S., Ahmad, M. Z., Rani, R. A., Ou, J. Z., Balendhran, S., Zhuiykov, S., ... & Kalantar-Zadeh, K. (2013). Nanostructured copper oxides as ethanol vapour sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 185, 620-627.]. При таких условиях распыления пленки CuO демонстрируют меньшие размеры нанокристаллической основы (≈30 нм) по сравнению с пленками Cu₂O (≈85 нм), что значительно увеличивает отношение площади поверхности к объему. Оба наноструктурированных газовых датчика CuO и Cu₂O способны обнаруживать пары этанола на уровне нескольких частей на миллион и при относительно рабочих температурах 180 и 260°C соответственно. Датчики имеют высокую чувствительность и повторяемость, а также быструю реакцию и восстановление по отношению к парам этанола. Недостатком является необходимость нагрева чувствительного элемента.

Известен газовый датчик паров спирта на основе оксида меди (II) и углеродного наноматериала [Mitesh Parmara, Ravi Bhatiab, V. Prasadb, K. Rajannaa. Ethanol sensing using CuO/MWNT thin film // Sensors and Actuators B 158 (2011)].

Недостатком прототипа является необходимость высокой температуры нагрева чувствительного элемента, а также относительно долгое время получения чувствительного элемента сенсора (более 120 минут).

Наиболее близким является датчик, содержащий подложку из диэлектрического материала, пленочные электроды, которые выполнены путем термического осаждения в вакууме пленки из алюминия, пленку линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) выполненную ионно-плазменным синтезом путем осаждения в вакууме графита, испаряемого импульсным дуговым разрядом с помощью плазмы, создаваемой дуговым разрядом вне области разрядного промежутка в виде компенсированных бестоковых форсгустков углеродной плазмы плотностью 5·10¹²-1·10¹³ см^-3, длительностью 200-600 мкс, частотой следования 1-5 Гц, при стимуляции углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, направленного перпендикулярно потоку углеродной плазмы.

Недостатком данного датчика является невозможность его использования для определения паров спирта.

Заявляемое изобретение решает задачу создания конструкции датчика паров спиртов (этанола, метанола) с более высокой чувствительностью и функционирующих при комнатных температурах, околокомнатных температурах или температурах нагревательного элемента (до 150 и до 300°С), требующие меньшую энергозатратность по сравнению с существующими решениями при сохранении приемлимых временах отклика/восстановления поверхности сенсорной структуры, времени получения чувствительного элемента.

Техническим результатом заявляемого устройства является увеличение чувствительности при комнатных, околокомнатных температурах и температурах <150°C.

Технический результат достигается тем, что газовый датчик паров метанола и этанола, содержащий подложку из диэлектрического материала, с осажденными методом терморезистивного испарения в вакууме на нее полупроводниковыми пленками CuxO, и затем, ионно-плазменным синтезом пленок линейно-цепочечного углерода, структура которых состоит из множества слоев, каждый из которых состоит из цепочек углеродных атомов в sp1-гибридизации, ориентированных нормально к поверхности слоя, на концах изгибов цепочек которых присоединены атомы H, пленочные электроды, которые выполнены путем термического осаждения в вакууме пленки из алюминия.

Наличие наноструктурированных пленок sp1-углероды, являющихся дополнительными центрами адсорбции к молекулам спиртов, для увеличения оптимальной чувствительности датчика, работающего при комнатных температурах и рабочих температурах до 150 градусов С.

На фиг. 1 представлено заявляемое устройство, где 1 - диэлектрическая подложка, 2 - нанесенные путем терморезистивного испарения в вакууме на нее пленки Cu_xO, 3 - пленка линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ)осажденная ионно-плазменным синтезом путем осаждения в вакууме графита, испаряемого импульсным дуговым разрядом с помощью плазмы, создаваемой дуговым разрядом вне области разрядного промежутка в виде компенсированных бестоковых форсгустков углеродной плазмы плотностью 5·10¹²-1·10¹³ см^-3, длительностью 200-400 мкс, частотой следования 2-3 Гц, при стимуляции углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, направленного перпендикулярно потоку углеродной плазмы и обработанной полученной металло-углеродной системы термическим отжигом в печи при температурах 250- 400°С в течение 20-120 минут, 4 – пленочные электроды из алюминия, выполненные путем термического осаждения в вакууме(также в качестве электродов могут быть взяты металлы из группы «благородных металлов», таких как золото Au, платина Pt, серебро Ag, родий Rh, иридий Ir и другие, которые обладают высокой проводимостью и устойчивостью к коррозии).

На фиг. 2 представлен типичный график рентгеновского фотоэлектронного спектра пленок Cu_xO с ЛЦУ до и после отжига

На фиг.3. Зависимость сопротивления пленки CuO/ЛЦУ от времени выдержки в парах этанола при комнатной температуре

На фиг.4. Зависимость сопротивления пленки CuO/ЛЦУ от времени выдержки в парах метанола при комнатной температуре

На фиг.5. Зависимость сопротивления пленки Cu₂O от времени выдержки в парах этанола при комнатной температуре

На фиг.6. Зависимость сопротивления пленки Cu₂O от времени выдержки в парах метанола при комнатной температуре

На фиг. 7. Измерение реакции на метанол для образца: Сu₂O/ЛЦУ – температура отжига 250°С, время термообработки 60 мин

На фиг. 8 Измерение реакции на метанол для образца СuO, температура отжига 400°С, время термообработки 60 мин

На диэлектрическую подложку (например, стекло марки K8 или керамику), методом терморезистивного испарения в вакууме на вакуумной установке (например, «ВУП-4», УВР-3М) при давлении порядка 10^-2-10^-3 Па напыляются медные гранулы 4 серий (размеров) 4 на 2 мм, 4 на 4 мм, 2 на 2 мм, 2 на 1 мм и осаждались пленки Cu_xO различной толщины, далее в печи МИМП-ВМ образцы отжигались (термически окислялись), затем ионно-плазменным синтезом осаждались пленки линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) путем испарения углеродного материала, в качестве которого используют графит, импульсным дуговым разрядом в вакууме, причем, осаждение углеродного материала производят с помощью плазмы, созданной вне области разрядного промежутка дугового разряда в виде компенсированных бестоковых форсгустков углеродной плазмы плотностью 5·10¹²-1·10¹³ см^-3, длительностью 300-400 мкс, частотой следования 2-3 Гц, при этом в процессе осаждения углеродного материала проводят ионную стимуляцию углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, который направляют перпендикулярно потоку углеродной плазмы с образованием линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) с последующим отжигом в печи (например, МИМП-ВМ) при температурах 250°С в течение 20, 30, 40, 60, 90 или 120 минут или при температурах 400°С в течение 20, 30, 40, 60, 90 или 120 минут. Далее на поверхность полученной композитной пленки Cu_xO/ЛЦУ путем термического осаждения наносят 2 контакта из пленочных покрытий алюминия Al для формирования электродов. В качестве материала электродов также могут быть использованы металлы из группы «благородных металлов», таких как золото Au, платина Pt, серебро Ag, родий Rh, иридий Ir и другие, которые обладают высокой проводимостью и устойчивостью к коррозии и ржавлению.

После отжига медь оксидируется, т.е. происходит присоединение атомов меди через кислород в цепочку sp1-углерода ЛЦУ, (интеркалирование или внедрение атомов меди к углероду без образования прямой химической связи между Сu и С, а по схеме Сu-О-С). Получение одновалентной и двухвалетной меди Сu₂О и СuО происходит за счет разных температур оксидирования (окисления металлической меди до оксида) при температурах 250°С и 400°С соответственно при промежуточной температуре 350⁰С образуется смешанная фаза – Сu₂О / СuО, обладающая нестабильностью. Структура пленок ЛЦУ состоит из множества слоев, каждый из которых состоит из цепочек углеродных атомов в sp1-гибридизации, ориентированных нормально к поверхности слоя. Цепочки объединены силами Ван-дер-Ваальса в гексагональную структуру c расстоянием между ними около 5 Å. Цепочки изогнутые, на концах изгибов которых происходит присоединение атомов H. Наличие делокализованных электронов, принадлежащих всей молекуле ЛЦУ, обеспечивает металлическую проводимость вдоль цепочки. Отсутствие связи между цепочками делает пленку в перпендикулярном направлении диэлектриком. Это уникальное электрическое свойство пленки – рекордная анизотропия электрофизических свойств, полезное для применения в газосенсорике.

Таким образом, формируется газочувствительный слой к парам спиртов (этанол, метанол), при этом практически не проявляющий реакционной способности к другим газам-аналитам – CO, NH₃, др.

Заявляемое устройство (устройство) работает следующим образом. При помещении его в исследуемую среду происходит конденсация паров этанола и метанола на поверхности электродов на пленке из Cu_xO/ЛЦУ. При этом в соответствии со структурой пленки, работающего при комнатных температурах. Адсорбция молекул газа O₂, диссоциация на атом кислорода и ионизация кислородапутем взятия электронов с поверхности наноструктур Сu_xO и/или Cu_xO/ЛЦУ приводят к образованию отрицательно заряженных поверхностных ионов кислорода:O₂(g) + e- <->O^- ₂ (хемадсорбция); O₂(g) + 2e- <-> 2O- (хемадсорбция).Адсорбция этого кислорода с отрицательным зарядом на оксидных полупроводниках р-типа, таких как CuO, приводит к образованию дырочного (h+) слоя накоплениявблизи поверхности. Когда в окружающей атмосфере присутствуют восстановительныегазы, такие как C₂H₅OH, СH₃OH и др., реакциямежду восстановительным газом и отрицательно заряженным поверхностным кислородом высвобождает электрон в отверстия (h+),что, в свою очередь, увеличивает сопротивление полупроводника p-типа методом электронно-дырочной рекомбинации в соответствии с уравнением:

С2H5OH(сhemisorbed) + 6O-(chemisorbed) -> 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + 6e-

Необходимость в композиции пленок Cu_xO/ЛЦУзаключается в увеличении удельной поверхности нанопленок и центров «захвата» молекул регистрируемого спирта.

Исследования заявляемого газочувствительного элемента проводились методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на приборе LAS-3000 ("Riber"), который имеет полусферический анализатор с задерживающим потенциалом OPX-150. Для возбуждения фотоэлектронов использовалось рентгеновское излучение алюминиевого анода (AlK_a = 1486,6 эВ) с напряжением на трубке 12 кВ и током эмиссии 20 мА. Калибровка фотоэлектронных пиков была осуществлена по линии углерода С 1s с энергией связи (Есв) в 285 эВ. После отжига наблюдался химический сдвиг энергии связи в линиях Cu 2p_3/2 и 2p_1/2 в чистых пленках оксида меди. Соответствующие пики имели энергию связи 932,9 эВ и 954,3 эВ для фазы Cu/CuO (Cu²⁺), что предположительно свидетельствует о присоединении атомов меди к углеродной цепочке через атомы кислорода.

На фиг.2 видно, что согласно предлагаемому решению, для одновалентных пленок оксида меди Cu₂O и Cu₂O/ЛЦУ оптическая ширина запрещенной зоны в диапазоне 2,2-2,8 эВ. Для двухвалентных пленок оксида меди CuO и CuO-ЛЦУ оптическая ширина запрещенной зоны в диапазоне 1,6-2,1 эВ. Степень p-легированности пленок (отношение 2Ea/Eg) находится в диапазоне 0,197-0,646. Полученные пленки разной толщины, времени и температуры отжига имеют разные электрические сопротивления. Получены пленки с минимальным сопротивлением - килоомные (~400 кОм), с мегаомным сопротивлением (2-10 МоМ), и высокомегаомные (сотни мегаом). Таким образом, в зависимости от способа получения пленок, они имеют сильно отличающиеся сопротивления, что перспективно для газочувствительных свойств на пары спиртов с заданной чувсвительностью.

Исследования зависимости сопротивления от температуры проводились следующим образом: на предметный столик помещался исследуемый образец, который прижимался двумя алюминиевыми контактами, подключенными к мультиметру «KEITHLEY 2400», соединенному с персональным компьютером. При помощи программного обеспечения «LabTracer» задавались параметры напряжения, при которых проводился эксперимент. Для пленок Cu_xO и Cu_xO/ЛЦУ в процессе нагрева образцов сопротивление снижалось, что указывает на получение пленок с полупроводниковыми свойствами.

Исследование газочувствительных свойств проводилось следующим образом: на предметный столик помещались исследуемые образцы, которые накрывались под колпак и поочередно насыщались парами этанола и метанола. Время отклика и восстановления определялись как время, необходимое для достижения 90% максимального уровня сигнала, и время возврата к 90% от начального значения соответственно. Чувствительность сенсора определялось по формуле

S=((R₀-R)/R)*100%,

где R₀ — начальное значение сопротивления, R — текущее значение сопротивления. Измерение сенсоров проводились при концентрации в 2500 ppm.

Газочувствительные свойства образца с Cu₂O в парах метанола демонстрируют время реакции в 1600 секунд, время восстановления в 565 секунд и чувствительность на уровне 2,1% (фиг.3), а в парах этанола - время реакции в 1035 секунд, время восстановления в 407 секунд и чувствительность, также на уровне 2,1%. (фиг.4)

Газочувствительные свойства образца CuO/ЛЦУ в парах метанола демонстрируют время реакции в 548 секунд, время восстановления в 117 секунд и чувствительность на уровне 8,2% (фиг.5), а в парах этанола - время реакции в 169 секунд, время восстановления в 65 секунд и чувствительность на уровне 8,8%. Образец CuO/ЛЦУ демонстрирует лучшие показатели по сравнению с образцом Cu₂O (фиг.6).

Пример 3.

Для образца с первоначальным размером гранулы 4 на 4 мм, температура оксидирования Cu₂O/ЛЦУ при температуре 250⁰С, температуре нагрева подложки до 300⁰С в течение 60 минут газочувствительные свойства (фиг.7) на пары метанола представлены на фиг. 7. (время ~ 200 сек.- отклик, 100 сек.- восстановление), чувствительность от ~ 8 до 60 % при 500-5000 ppm. на этанол чувствительности нет. Это может перспективно с точки зрения сенсорных структур, которые будут реагировать только на один из паров и требует изучения дальнейшей технологии получения образцов с данной характеристикой

Пример 4.

Для образца с первоначальным размером гранулы 4 на 4 мм, температура оксидирования CuO при температуре 400°С, температуре нагрева подложки до 150°С в течение 60 минут газочувствительные свойства (фиг.8) на пары метанола представлены на фиг. 8. Чувствительность составила 280%, время отклика – 750 сек. и восстановления – 1800 сек.

Claims (1)

1. Газовый датчик паров метанола и этанола, содержащий подложку из диэлектрического материала, с осажденными методом терморезистивного испарения в вакууме на нее полупроводниковыми пленками CuxO, и затем ионно-плазменным синтезом пленок линейно-цепочечного углерода, структура которых состоит из множества слоев, каждый из которых состоит из цепочек углеродных атомов в sp1-гибридизации, ориентированных нормально к поверхности слоя, на концах изгибов цепочек которых присоединены атомы H, пленочные электроды, которые выполнены путем термического осаждения в вакууме пленки из алюминия.