توصيفگر ها :
حسگر گاز هيدروژن , فريت كبالت , فريت كبالت با آلايش روي , هيدروترمال , حسگر گاز مقاومتي
چكيده فارسي :
هيدروژن در صنايع شيميايي، نفت، پلاستيك، هوافضا و شيشه در مقادير زيادي مصرف و توليد مي‌شود. گاز هيدروژن به دليل خصوصيات ويژه از جمله بي‌بو، بي‌رنگ، بي‌مزه (غير قابل تشخيص توسط حواس انسان) و به شدت قابل انفجار بودن، بسيار خطرناك است. بنابراين براي در نظر گرفتن نكات ايمني، تشخيص حضور و غلظت اين گاز در محيط بسيار ضروري است.
در كار حاضر، ساخت، مشخصه‌يابي و سنجش گاز هيدروژن توسط نانو ذرات فريت كبالت و نانو ذرات فريت كبالت با آلايش روي گزارش شده است. ابتدا نانوذرات فريت كبالت و فريت كبالت آلاييده با روي به روش هيدروترمال تهيه شدند و سپس به منظور تشخيص ساختار بلوري و فاز‌هاي شكل گرفته در نمونه‌ها از پراش پرتو ايكس، جهت ريخت‌شناسي از ميكروسكوپ الكتروني روبشي، به منظور مطالعه‌ي ويژگي‌هاي مغناطيسي از مغناطيس‌سنج با نمونه‌ي نوساني استفاده شد. همچنين به منظور بررسي پتانسيل فريت كبالت، فريت كبالت آلاييده با روي و فريت كبالت با لايه‌نشاني پالاديوم براي كاربرد حسگري گاز هيدروژن، يك حسگر نيم‌رساناي ساده بر پايه‌ي اين مواد ساخته و آزمايش شد.
قله‌هاي به‌دست آمده از طيف پراش پرتو ايكس، نمونه‌هاي داراي ساختار بلوري اسپينلي تك فاز بدون هيچ ناخالصي به جز براي آلايش x=0.45 را تأييد كرد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي ذراتي با شكل كروي و توزيع يكنواخت را نشان مي‌دهند. حلقه‌ي پسماند نمونه‌ها نشان دهنده‌ي افزايش مغناطش اشباع تا آلايش x=0.30 و كاهش پس از آن و همچنين كاهش ميدان وادارندگي با افزايش جانشاني روي است. در بخش مطلعه‌ي رفتار حسگري گاز هيدروژن، يك رفتار غير‌عادي برگشت‌پذير گذار نيم‌رسانايي نوع n به نوع p با تغيير دما از نمونه‌ها مشاهده شد. اين تغيير پاسخ، به دليل تغيير رفتار رسانايي حفره بين يون‌هاي كبالت است. پاسخ با افزايش آلايش روي كاهش يافت. نتايج استفاده از لايه نشاني پالاديوم نشان داد، هرچه ميزان استفاده از كاتاليست Pd بيشتر مي‌شود، پاسخ در دماي كمتر از دماي گذار (با رفتار نيم‌رسانايي نوع n) افزايش و در دماي بيشتر از دماي گذار (با رفتار نيم‌رسانايي نوع p) كاهش مي‌يابد. نمونه‌ي x=0 براي سنجش 5000ppm گاز هيدروژن در دماي بهينه‌ي 300 درجه سانتي گراد، پاسخ خوب (95٪) و زمان پاسخ و بازيابي 30 و 3ثانيه نشان داد. نمونه‌ها در 5 دوره‌ي پشت سر هم پايداري خوبي از خود نشان دادند. نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد فريت كبالت پتانسيل استفاده در حسگر‌هاي گازي را دارا مي‌باشد.
چكيده انگليسي :
In recent years, there is a great deal of interest in implementing gas sensing devices so as to safety control of toxic (the need is to monitor concentrations around the exposure limits) and inflammable (in order to protect against the unwanted occurrences of fire or explosion) gases. There is also an immense need for the development of gas sensors which have numerous applications in automotive and industrial manufacturing, medical diagnostics and health care, defense and security, detection of harmful gases in mines, in packaging quality control in weather stations, etc. Hydrogen is consumed and produced in large quantities by chemical, petroleum, plastic, space and glass industries. Hydrogen gas is extremely dangerous due to its special properties such as odorless, colorless, non-tasting (Unrecognizable by the human senses) and highly flammable. Therefore, in order to consider safety points, it is very important to detect the presence and concentration of this gas in the atmosphere. In the present work, the synthesis, characterization and hydrogen gas sensing properties of Cobalt ferrite and Zinc-doped Cobalt ferrite nanoparticles have been reported. First, Cobalt ferrite and Zinc-doped Cobalt ferrite nanoparticles were synthesized by hydrothermal method and then structural, morphological and magnetic properties were studied by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) and vibrating sample magnetometer (VSM), respectively. Also in order to check the potential applicability of the synthesized Cobalt ferrite, Zinc-doped Cobalt ferrite and Cobalt ferrite with palladium deposition for hydrogen leak sensing, a simple conductometric sensor has been fabricated and tested.
The peaks obtained from the XRD, confirmed samples having single phase spinel structure without any traceable impurity except for the x=0.45. SEM reveals spherical grain morphology with homogeneous distribution. From hysteresis curves obtained that saturation magnetization increased with increasing of Zn doping level up to x=0.3 and it decreased with further increase in x and also coercivity decreased with increasing the Zn substitution. In studying Hydrogen sensing behavior of samples. an abnormal reversible behavior of n to p-type semiconductor transitions was observed with temperature change. This changes of the response, is related to the interruption of hole hopping between cobalt ions. The response decreases with increasing Zn content in composition. The effect of Pd loading showed, the response increases with increasing Pd at temperatures below the transition temperature and decreases with increasing Pd at temperatures above the transition temperature. The composition with x=0 for sensing hydrogen gas at a concentration of 5000 ppm at an optimum temperature of 300C showed response of 95% and a good response (30 s) and recovery time (3 s). The samples exhibited a good stability in 5 consecutive cycles. This investigation revealed that the Cobalt ferrite nanoparticles have a potential for application as a Hydrogen gas sensor.
