توصيفگر ها :
حسگرگازي , فريت كبالت , اثركامپوزيت , اكسيدگرافن , خوداحتراقي , كاتاليست پالاديوم
چكيده فارسي :
چكيده
در سال هاي اخير، فريت ها به دليل پايداري طولاني مدت و انتخاب پذيري بيشتر نسبت به ساير مواد، به عنوان گزينه اي مناسب براي سنجش
گازهاي كاهنده، اكسنده، سمي و قابل اشتعال مطرح شده اند. يكي از اين گازها، گاز هيدروژن است كه به دليل ويژگي هاي خاصخود از
جمله بي بو، بي رنگ، بي مزه (غيرقابل تشخيصتوسط حواسانسان) و شديداً قابل انفجار بودن، بسيار خطرناكمحسوبمي شود. بنابراين، به
منظور رعايتنكات ايمني، تشخيصحضور و كنترل غلظتاين گاز در محيط، ساختحسگرهاي گازي از اهميتبالايي برخوردار است.
از اين رو، در اين پژوهش به بررسي ويژگي هاي حسگر گازي هيدروژن مبتني بر نانوكامپوزيت فريت كبالت-اكسيدگرافن كاهش يافته
خواهيم پرداخت. به عبارتديگر، تاثير افزودن (CoFe2O4 /Pd) و فريتكبالتالايش يافته با پالاديوم (CoFe2O4 /RGO)
و بررسي مي شود. ابتدا (CoFe2O درصدهاي وزني مختلفاكسيدگرافن و پالاديوم بر روي ويژگي هاي حسگر گازي فريتكبالت( 4
نانوذرات فريت كبالت به روش خوداحتراقي تهيه و سپسبا درصدهاي وزني مختلف اكسيدگرافنِ كاهش يافته و پالاديوم كامپوزيت شد.
نمونه ساختار فريت اسپينلي مكعبي تكفاز را تاييد كرد. همچنين تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، حضور گرافن XRD طيف
را در تركيب نشان O,Co,Fe,Pd نيز به وضوح وجود عناصر و XPS به صورت ورقه اي را در نانوكامپوزيت ها نشان دادند. طيف
داد. بيشترين ميزان حساسيتحسگرها به گاز هيدروژن در دماي 350 درجه سانتي گراد بود. همچنين مشاهده شد كه پاسخ حسگري نمونه ها
با كامپوزيت سازي و افزايش درصد وزني اكسيدگرافنِ كاهش يافته كاهش يافت، اما استفاده از پالاديوم بر روي فريت كبالت نشان داد با
0 ) پاسخ نمونه بهبود مي يابد، اما پساز اين غلظتپاسخ كاهشمي يابد؛ لذا نمونه فريتآلايش يافته . 0 تا % 75 ) Pd افزايشميزان كاتاليست
0 پالاديوم بيشترين حساسيترا به گاز هيدروژن با 200 درصد پاسخ در بين تمامي نمونه ها داشت. در بررسي تاثير غلظتبر حسگري .0 با % 75
تمام نمونه ها، با افزايشميزان غلظتگاز هيدروژن افزايشميزان پاسخ حسگري را شاهد بوديم. تمام نمونه ها در دماي 350 درجه سانتي گراد
و غلظت 10 درصد گاز هيدروژن در 5 دوره پشت سر هم چرخه تكرارپذيري و پايداري مناسبي را از خود نشان دادند. همچنين با الايش
در دماي 350 درجه (CoFe2O4 -0.05% Pd) فريت كبالت با پالاديوم، زمان پاسخ و بويژه زمان بازيابي كاهش يافت و نمونه
سانتي گراد بهترين زمان پاسخ ( 71 ثانيه) و زمان بازيابي ( 3 ثانيه) را داشت. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد فريتكبالتالايش يافته با پالاديوم
پتانسيل استفاده در حسگرهاي گازي را دارا مي باشد.
چكيده انگليسي :
Abstract
In recent years, ferrites have emerged as a promising option for sensing reducing, oxidizing, toxic, and flammable
gases, owing to their long-term stability and superior selectivity compared to other materials. Hydrogen gas
H2 , one such gas, is considered highly hazardous due to its specific characteristics, including being odorless,
colorless, tasteless (imperceptible to human senses), and highly explosive. Therefore, the development of gas
sensors is of paramount importance for ensuring safety, detecting the presence, and controlling the concentration
of this gas in the environment. Consequently, this research focuses on investigating the sensing properties of hydrogen
gas sensors based on Cobalt Ferrite-Reduced Graphene Oxide nanocomposites (CoFe2 O4 -RGO) and
Palladium-Doped Cobalt Ferrite (CoFe2 O4 -Pd). Specifically, the effect of incorporating varying weight percentages
of RGO and Pd on the gas sensing characteristics of Cobalt Ferrite( CoFe2 O4 ) is examined. Initially,
Cobalt Ferrite nanoparticles were synthesized via the self-combustion method, followed by their compositing
with different weight percentages of RGO and Pd. XRD patterns confirmed the formation of a single-phase cubic
spinel ferrite structure. Furthermore, SEM images illustrated the sheet-like presence of graphene within the
nanocomposites. The XPS spectrum clearly revealed the presence of Co, Fe, O, and Pd elements in the composition.
It was also observed that the sensing response of the samples decreased with compositing and increasing
the weight percentage of RGO. The maximum hydrogen gas sensitivity for all samples occurred at a temperature
of 350°C. The incorporation of Pd onto Cobalt Ferrite demonstrated that the sensor response improves
with an increase in Pd catalyst loading (up to 0.075wt%), but a decrease in response is observed beyond this
concentration. Thus, the Cobalt Ferrite sample doped with 0.075wt% Palladium exhibited the highest sensitivity
to hydrogen gas, with a 200% response among all fabricated samples. In the investigation of concentration
effects on sensing, an increase in the hydrogen gas concentration led to a corresponding increase in the sensor
response for all samples. All samples demonstrated acceptable repeatability and stability over 5 consecutive
cycles at 350°C under a 10% H2 concentration. Moreover, doping Cobalt Ferrite with Palladium resulted in
a reduction in response time and, particularly, recovery time. The CoFe2 O4 - 0.05%Pd sample achieved the
best response time (71seconds) and recovery time (3seconds) at 350°C. The results of this investigation indicate
that Palladium-doped Cobalt Ferrite possesses significant potential for application in gas sensing devices