Процессы в низкотемпературных суперионных сенсорах H2S

• Автор: Левченко, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Оглавление,
Введение

1. Обзор литературы.

1.1. Сенсоры

1.1.1. Типы сенсоров.

1.1.2. Каталитические сенсоры

1.1.3. Полупроводниковые сенсоры

4 1.1.4. Электрохимические сенсоры.

1.1.4.1. Потенциометрические сенсоры

1.1.4.1. Амперометрические сенсоры

1.1.5. Сенсоры сероводорода химические процессы и конструкции

1.1.5.1. Полупроводниковые сенсоры сероводорода.
г 1.1.5.2. Электрохимические сенсоры сероводорода
1.1.6. Выводы.
1.2. Основные компоненты электрохимических сенсоров
1.2.1. Твердые электролиты
1.2.1.1. Классификация твердых электролитов.
р 1.2.1.2. Электролиты с проводимостью по натрию
1.2.2. Типы электродов сравнения
1.2.2.1. Электроды сравнения в твердотельных ячейках
1.2.2.2. Твердотельные электроды сравнения
1.2.2.3. Оксидные бронзы как электроды сравнения
1.2.2.4. Натрийвольфрамовые бронзы.
1.2.2.4.1. Химические свойства и структура
1.2.2.4.2. Проводимость.
1.2.2.4.3. Состояние поверхности
1.3. Рабочие электроды на основе халькогенидных полупроводников
1.3.1. Халькогенидные материалы в сенсорах .
1.3.2. Взаимодействие халькогенидов с активными газами
1.3.3. Окисление поверхности сульфида свинца на воздухе и в кислороде.
р 1.3.4. Окисление в жидких средах
2. Экспериментальная часть
2.1. Конструкция сенсора.
2.2. Синтез исходных веществ.
2.2.1. Натриевые оксидные бронзы.
2.2.2. Натрий проводящие твердые электролиты.
2.2.2.1. Синтез ИазОсОи.
2.2, Синтез Наз7гР2.
2.2.3. Полупроводниковые сульфиды
2.3. Методы исследований.
2.3.1. Рентгенофазовый анализ
9 2.3.2. Сканирующая электронная микроскопия
2.3.3. Сканирующая туннельная микроскопия
2.3.4. Рентгеновская фотоэлектронная и Ожээлектронная спектроскопия .
2.3.5. Импедансная спектроскопия.
2.3.6. Вольтамперометрия
2.3.7. Потенциометрические измерения сенсорных характеристик
2.3.8. Исследование адсорбции
2.3.9. Термогравиметрический и дифференциальнотермический анализ .
3. Электроды сравнения на основе оксидных бронз.
3.1. Сравнительная характеристика устойчивости бронз в различных
атмосферах.
3.2. Натрийвольфрамовые бронзы
3.2.1. Структура и термодинамические параметры бронз.
3.2.2. Электронная и ионная составляющие проводимости
3.2.3. Состояние поверхности ЫахТОз.
3.2.4. Релаксационные процессы на границах с натрийпроводящими твердыми электролитами
3.2.5. Диффузионные процессы на границах с натрийпроводящими
твердыми электролитами.
3.2.6. Влияние состава твердого электролита на поведение границ x
3.2.7. Стабильность
4. Рабочие электроды на основе
4.1. Методы получения границ
4.2. Морфология поверхности , осажденного на I
4.3. Адсорбция газов на поверхности
4.4. Влияние газов на состояние поверхности
4.5. Взаимодействие газов с границами i
5. Сенсорные характеристики.
5.1. Влияние халькогенидных рабочих электродов.
5.2. Влияние твердого электролита
5.3. Влияние способа нанесения .
5.4. Анализ релаксации потенциала
5.5. Влияние примесей на чувствительность сенсора к сероводороду
Выводы.
Список использованной литературы


Сканирующая туннельная микроскопия проведена совместно Васильевым С. Ю. химфак МГУ. В обсуждении и уточнении результатов измерений принимали участие Леонова Л. С. и Букун Н. Г. ИПХФ РАН и Штановым В. И. МГУ. Объм и структура работы. Диссертационная работа изложена на 6 страницах машинописного текста, включая рисунков, таблиц и список литературы в наименований. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы. Существует множество инструментальных методов анализа газовых и жидких сред, это, к примеру, различные виды спектрометрии или хроматографии, но эти методы громоздки и дорогостоящи, а также в большинстве случаев не позволяют провести экспрессанализ в полевых условиях. Во многих случаях гораздо целесообразнее применять сенсорные системы. Газовым химическим сенсором называется структура, способная откликаться на изменение химического состава окружающей среды, вырабатывая электрический сигнал. Функция сенсора состоит в преобразовании химической энергии окружающей среды в электрическую энергию выходного сигнала. Электрохимические газовые сенсоры в свою очередь разделяются на два класса потенциометрические и амперометрические. В общем случае такой датчик представляет собой платиновую проволоку, на которую нанесен слой катализатора окисления углеводородов, также имеется контрольная платиновая проволока, изолированная от окружающей среды. ГЙП. Рисунок 1. Обе проволочки нагреваются током до температуры, при которой может происходить окисление углеводородов. Также могут проходить измерения в режиме постоянной температуры, при окислении горючего газа ток, подаваемый на проволоку уменьшается для поддержания постоянной температуры, содержание газа пропорционально разности токов на проволоках. Наиболее часто применяемым материалом чувствительного элемента, является диоксид олова, также иногда применяются и другие полупроводниковые оксиды металлов, такие как ТОз, 2п0, и др 2. Рисунок 2. На рисунке 2 представлена схема сенсора, в котором использована тонкая пленка 8п в качестве рабочего электрода, нанесенная на поверхность 8Ю2, который, в свою очередь, нанесен на подложку из феррита, пленка из оксида рутения, находящаяся с противоположной стороны, используется в качестве нагревателя. Для определения концентрации газа измеряется сопротивление между золотыми контактами на поверхности 8п. Принцип работы полупроводниковых сенсоров основан на следующем при нагревании кристалла оксида с птипом проводимости до достаточно высокой температуры на воздухе на его отрицательно заряженной поверхности адсорбируется кислород. После этого электроны из приповерхностного слоя переносятся на этот адсорбированный кислород, вследствие чего приповерхностный слой заряжается положительно. Рисунок 3. Такое заряжение поверхности приводит к повышению потенциального барьера при переносе электронов с одного кристалла на другой, что в приводит к повышению полного сопротивления пленки. В присутствии восстановительных газов количество кислорода, адсорбированного на поверхности оксида, уменьшается, что приводит к уменьшению потенциального барьера, и, в свою очередь, к понижению сопротивления сенсорного элемента в случае использования полупроводников ртипа их поведение в присутствии кислорода и восстановительных газов противоположное. Основными достоинствами сенсоров такого типа является их хорошая воспроизводимость, дешевизна и очень низкие времена откликов на изменение состава анализируемой фазы. Недостатками же является то, что такие системы требуют подогрева, большинство из них работает при температуре около 0С, также селективность таких сенсоров, в основном, низка. Например датчик СО будет также давать сигнал в случае присутствия в системе других восстановителей. Также к полупроводниковым сенсорам можно отнести датчики на основе МДПтранзисторов рис. Чувствительным элементом в данном случае является затвор транзистора при отсутствии потенциала на затворе транзистора ток между истоком и стоком отсутствует, так как один из рп переходов всегда заперт. Рисунок 4.