پديد آورنده :
احمدي، مهسا
عنوان :
بررسي خواص حسگري هيدروژن توسط لايههاي نانوليفي پلي اكريلونيتريل پوشش داده‌شده با پالاديم
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شيمي نساجي و علوم الياف
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 89ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
حسين توانايي، مهدي رنجبر
توصيفگر ها :
حسگرهاي مقاومتي شيميايي گاز , گاز هيدروژن , پالاديم , لايه نشاني كندوپاش مگنترون , زيرلايهي نانوليفي , الكتروريسي , پلي اكريلونيتريل
استاد داور :
عبدالكريم حسيني، كميل نصوري
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/07/29
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/08/01
چكيده فارسي :
1 چكيده گاز هيدروژن يك منبع انرژي تجديدپذير است و داراي كاربردهاي بسياري مانند توليد مواد شيميايي تكنولوژي سوختي سوخت براي اتومبيل موتورهاي موشك و غيره است گاز هيدروژن بي رنگ بي بو بي مزه قابل اشتعال و انفجار در غلظت بيش از 4 درصد در هر محيط است و نميتواند توسط حواس انسان شناختهشود تشخيص گاز هيدروژن در يك غلظت وسيع براي شناسايي نشت و مسئلهي ايمني بسيار مهم است حسگر هيدروژن مبتني بر مقاومت مي تواند به دو بخش به عنوان مقاومت فلزي و حسگرهاي مقاومت نيمرساناي اكسيد فلزات تقسيم شود بيشتر حسگرهاي هيدروژن نيمرساناي تجاري هنوز هم از پاسخ آهسته و گزينشپذيري ضعيف در دماي اتاق رنج ميبرند در مقابل حسگرهاي هيدروژني مبتني بر فلز مانند پالاديم به دليل حلاليت و انتشار بالاي هيدروژن گزينشپذيري بسيار خوبي براي گاز هيدروژن دارد مكانيزم حسگري هيدروژن حسگر مقاومتي پالاديم ميتواند در دو دسته بندي توضيح دادهشود تشكيل پالاديم هيدريد افزايش مقاومت و انبساط شبكه القا شده توسط هيدروژن كاهش مقاومت تحقيق در مورد حسگر مقاومتي پالاديم بر بهبود پارامترهاي حسگري مانند حساسيت گزينشپذيري برگشتپذيري دماي عملياتي اندازه زمان پاسخ و زمان بازيابي متمركز شدهاست روشهاي متفاوتي از جمله استفاده از زيرلايههايي با ساختار متخلخل براي بهبود خواص حسگرهاي گاز هيدروژن مورد استفاده قرار گرفته است بنابرآنچه مورد بررسي قرار گرفت هرچند لايههاي نانوليفي داراي خواص منحصر به فردي به منظور استفاده به عنوان زيرلايه در حسگرهاي گاز ميباشند اما تا به حال ايجاد تخلخل در ساختار حسگرها بيشتر از روش آنودايز كردن سطح زيرلايه يا پخت صورت گرفتهاست در اين پژوهش ما بر روي نوعي از حسگر هيدروژن مقاومتي فلزي تمركز ميكنيم كه شامل لايهي پالاديم بر روي زيرلايهي نانوليفي پلياكريلونيتريل است كه نانومتخلخل و انعطافپذير ميباشد در اين راستا زيرلايههاي نانومتخلخل پلياكريلونيتريل به دو صورت تصادفي و موازي از محلولهاي 51 21 و 51 درصد وزني حجمي پلياكريلونيتريل الكتروريسي شد سپس پالاديم با سه ضخامت 2 4 و 51 نانومتر به روش كندوپاش مگنترون بر روي لايههاي نانوليفي لايهنشاني شد نگاشت عنصري پراش انرژي پرتو ايكس map EDS و الگوي آزمون لايه نازك پراش پرتو ايكس GIXRD از نانوالياف لايهنشاني شده وجود پالاديم را روي سطح نانوالياف تأييد كرد و همچنين نشان داد كه لايهي پالاديم از شكل نانوالياف تبعيت ميكند با انجام تست حسگري بر روي حسگرهاي ساختهشده مشاهدهشد كه تمامي حسگرها به 12 ppm ازگاز هيدروژن در آرگون در دماي اتاق واكنش نشان ميدهند و مقاومت الكتريكي آنها تا غلظت 55ppm از گاز هيدروژن كاهش و از غلظت 125ppm به بعد افزايش مييابد لذا ميتوان بيان كرد مكانيزم غالب در اين حسگرها در غلظتهاي 21 تا 55ppm مكانيزم انبساط شبكه القا شده توسط هيدروژن و در غلظت هاي 125ppm به بالا مكانيزم از نوع تشكيل پالاديمهيدريد مي باشد مشاهده شد كه با افزايش قطر نانوالياف در ضخامت لايهنشاني ثابت پاسخ حسگرها افزايش مييابد اما تغيير خاصي در زمان پاسخ حسگرها رخ نميدهد همچنين با افزايش ضخامت لايهنشاني پالاديم در يك قطر ثابت از نانوالياف پاسخ و زمان پاسخ حسگرها افزايش مييابد در بين حسگرهاي ساختهشده حسگرهاي با زيرلايهي متشكل از نانو الياف تصادفي با قطر 451 و 541 نانومتر و با ضخامت لايهنشاني 4 نانومتر خوشرفتاربودند همچنين مشاهده شد كه زيرلايهي نانوليفي عملكرد پاسخ حسگري بهتري پاسخ بيشتر و زمان پاسخ كمتر نسبت به زيرلايههاي فيلم شيشه و الياف تصادفي دارد تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني FESEM و طيف مادون قرمز تبديل فوريه FTIR از نمونهها قبل و بعد از لايهنشاني پالاديم و پس از هيدروژندهي نشان داد كه تغييرات چشمگيري در قطر مورفولوژي و ساختار شيميايي نانوالياف شكل نميگيرد كلمات كليدي 8 حسگرهاي مقاومتي شيميايي گاز 2 گاز هيدروژن 9 پالاديم 4 لايهنشاني كندوپاش مگنترون 5 زيرلايهي نانوليفي 6 الكتروريسي 1 پلياكريلونيتريل
چكيده انگليسي :
15 An investigation on the gas sensing properties of Pd coated nanofibrous layers by sputtering method Mahsa Ahmadi Date of Submission Department of Textile Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language Farsi Dr H Tavania Dr M RanjbarAbstract Hydrogen H2 is a renewable energy source and has many applications such as chemicalproduction fuel cell technology fuel for cars rocket engines etc Hydrogen is colorless odorless tasteless flammable and explosive above 4 concentrations in any ambient and cannot be detectedby human senses The detection of hydrogen in a wide range concentration is crucial for leakdetection and safety issue The resistor based hydrogen sensor could be divided into two parts asmetallic resistor and semiconducting metal oxide resistor sensors Most of the commercialsemiconductor hydrogen sensors are still suffering from the slow response poor selectivity at roomtemperature In contrast metal based hydrogen sensors such as Palladium Pd exhibit excellentselectivity to hydrogen owing to their high hydrogen solubility and diffusivity The sensingmechanism of palladium resistive hydrogen sensor could be explained in two categories Palladiumhydride formation increase in resistance and hydrogen induced lattice expansion HILE effect decrease in resistance The research on palladium resistive hydrogen sensor has been focused on toimprove the sensor parameters such as sensitivity selectivity reversibility operation temperature size response time and recovery time Different methods such as porous layers have been used toimprove the sensing behavior of hydrogen gas sensors Literature review showed that althoughnanofibrous layers as a substrate for sensors enjoy unique characteristics but up to now porosity inthe substrate of sensors has been formed by anodizing or baking in most cases In this study wefocus on metallic resistive hydrogen sensor type and it contain palladium layer on polyacrylonitrilenanofibers substrate that is nanoporous and flexible Therefore different polyacrylonitrilenanoporous substrates with random and parallel array were electrospun from 10 12 and 15 percent w v solutions of polyacrylonitrile These substrates were coated with 2 4 and 10 nm of palladiumthrough magnetron sputtering method Map EDS and GIXRD proved the absence of palladium onthe surface of the nanofibers It was also shown that the coated palladium followed the fiber form The sensors showed sensitivity to hydrogen gas with a concentration as low as 12 ppm in argon atroom temperature The electrical resistance of the sensors decreased up to 50 ppm concentration ofhydrogen and increased from concentrations of 125 ppm upwards Hence it is concluded that up to50 ppm concentration the ruling mechanism follows hydrogen induced lattice expansion and withconcentrations of 125 ppm and higher the palladium hydride formation mechanism rules Thesensitivity of the sensors increased with increasing nanofiber diameter for equal palladiumthicknesses but the response time did not show much difference with increasing nanofiber diameter With constant diameter of nanofibers sensitivity and response time of the sensors increased Thesensors with randomly arrayed nanofibers of 104 nm and 140 nm diameter coated with 4 nm ofpalladium showed well defined behavior It was also shown that sensors with randomly arrayednanofibrous substrate had a higher sensitivity as well as lower response time in comparison to film glass and randomly arrayed fibrous substrate Moreover the FESEM and FTIR analysis showed noconsiderable change in the morphology and chemistry of nanofibers before after coating withpalladium as well as after exposing to hydrogen Keywords 1 Chemical resistance gas sensor 2 Hydrogen gas 3 Palladium 4 MagnetronSputtering deposition 5 nanofiber substrate 6 Electrospinning 7 polyacrylonitrile
استاد راهنما :
حسين توانايي، مهدي رنجبر
استاد داور :
عبدالكريم حسيني، كميل نصوري
