پديد آورنده :
حمزه ئي، احمد
عنوان :
ساخت و مشخصهيابي حسگر گاز ريزترازوي كريستال كوارتز براي آشكارسازي تركيبات آلي فرار
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 99ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
وحيد غفاري نيا
استاد مشاور :
عليرضا علافچيان
توصيفگر ها :
حسگر گاز , ريزترازوي كريستال كوارتز , تركيبات آلي فرار , مدار نوسانساز
استاد داور :
مسعود سيدي، نسرين رضايي
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/09/25
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/12/23
چكيده فارسي :
چكيده در بسياري از كاربردهاي صنعتي پزشكي محيطي و نظامي به حسگرهاي گاز حساس انتخابگر سريع و پايدار نياز است تا آشكارسازي و اندازهگيري غلظت گازهاي موجود در محيط امكانپذير شود يك گروه از حسگرهاي گاز با سابقه و مهم حسگرهاي ريزترازوي كريستال كوارتز QCM هستند قيمت كم و انتخابگري مناسب از ويژگيهاي مطلوب اين نوع حسگرها هستند در اين پروژه به ساخت و مشخصهيابي حسگرهاي QCM براي آشكارسازي تركيبات آلي فرار و به طور خاص آشكارسازي بخار ديمتيل استاميد و الكلها پرداخته شده است در بخش اول تحقيق اليهي جاذب APTES به كمك روش سل ژل و اليهنشاني قطرهاي در سطح الكترود ايجاد شد مشخصات ريزساختار و شيميايي اليه با استفاده از روشهاي EDS FE SEM و FT IR آزموده شد آزمايشهاي حسگرهاي مجهز به اليهي پليمري در معرض بخار تركيبات آلي فرار مختلف انجام گرفت بيشترين حساسيت با انتخابگري مناسب به حالل قطبي ديمتيل استاميد در حسگر ساختهشده با ضخامت اليهي 2 ۱ ميكرومتر و برابر 1 0 66 Hz ppm به دست آمد با بررسي حسگرهاي موجود يك رابطهي تجربي براي حساسيت حسگرها بهصورت تابعي از فركانس حسگر و ضخامت اليه به دست آمد ساز وكار عملكرد حسگر به كمك رابطه نيروهاي حالليت خطي بررسي شد مطالعه پاسخ نمونهاي از حسگرها در زمان طوالني نشان داد كه در حسگرهاي ساختهشده رطوبت بيشترين تأثير را بر سطح مبناي حسگر دارد و از طرفي دماي محيط مهمترين عامل در تعيين حساسيت حسگر است در بخش دوم تحقيق ساخت حسگرهايي با فركانس كاري باالتر و ابعاد كوچكتر با استفاده از اليهنشاني اكسيد روي از محلول به كمك امواج آلتراسونيك انجام شد ساختار اليه و اتمهاي تشكيلدهنده آن به كمك آزمون FE SEM و EDS بررسي شد طبق آزمايشهاي انجامشده حسگرها حساسيت مناسبي به الكلهاي راست زنجير داشتند بيشترين حساسيت به بخار ۵ پروپانول در ميان نمونههاي ساختهشده برابر 1 0 26 Hz ppm ثبت شد طبق بررسي انجامشده با افزايش طول زنجيرهي كربني خواص مربوط به نيروهاي پراكندگي در بخار الكل قويتر شده و اين موضوع موجب افزايش تعداد مولكولهاي جذبشده در اليه و بهبود حساسيت حسگر ميشود واژگان كليدي حسگر گاز ريز ترازوي كريستال كوارتز تركيبات آلي فرار مدار نوسانساز
چكيده انگليسي :
Fabrication and Characterization of Quartz Crystal Microbalance Gas Sensor for the Detection of Volatile Organic Compounds Ahmad Hamzeei a hamzeei@ec iut ac ir Date of Submission 2020 08 05 Department of Electrical and Computer Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Vahid Ghafarinia ghafarinia@iut ac irAbstractMany industrial medical environmental and military applications require sensitive selective fast and stablegas sensors to detect and measure the concentration of gases in the environment A group of mature andimportant gas sensors are the Quartz crystal microbalance QCM sensors Low price and good selectivity arethe desirable features of this type of sensors In the present study QCM sensors were fabricated andcharacterized to detect volatile organic compounds and in particular to detect Dimethylacetamide and alcoholvapors In the first part of this research the APTES adsorption layer was fabricated by using the sol gel processand drop coating on the electrode surface The microstructural and chemical properties of the layer were testedusing FE SEM EDS and FT IR methods Gas sensing experiments were performed with the polymer coatedsensors exposed to the vapor of various volatile organic compounds The highest sensitivity with excellentselectivity was obtained for a sensor with a layer thickness of 2 5 m which was equal to 0 66 Hz ppm 1 towardDimethylacetamide which is a polar solvent By examining the sensors an experimental relationship wasobtained for the sensitivity of the sensors as a function of the device frequency and sensing layer thickness The mechanism of vapor sensitivity was investigated using the linear solvation energy relationship LSER model The study of the response of a sensor in a long time showed that in the fabricated sensors humidity hasthe greatest effect on the sensor baseline and on the other hand ambient temperature is the most importantfactor in determining the sensitivity of the sensor In the second part of this research sensors with higheroperating frequency and smaller dimensions equipped with zinc oxide coating were fabricated using ultrasonicassisted deposition from solution The structure of the sensing layer and its constituent atoms were investigatedby FE SEM and EDS analysis According to experiments the sensors were sensitive to primary alcohols Thehighest vapor sensitivity recorded among the fabricated sensors was 0 26 Hz ppm 1 for 1 propanol vapor According to the experiments increasing the length of the carbon chain amplifies the dispersion forces inalcohol vapor and this increases the number of molecules adsorbed in the sensing layer which improves thegas sensitivity of the sensor Keywords Gas sensor Quartz crystal microbalance Volatile organic compounds Oscillator circuit
استاد راهنما :
وحيد غفاري نيا
استاد مشاور :
عليرضا علافچيان
استاد داور :
مسعود سيدي، نسرين رضايي
