بررسی و ساخت حسگر گاز بر پایه اکسید قلع و نانولوله کربنی
چکیده
حسگرهای گاز به عنوان یکی از عناصر اصلی بسیاری از سیستم های هوشمند مورد توجه بخش های صنعت و پژوهش قرار گرفته اند. این حسگرها در حوزه های مختلف مانند تولیدات صنعتی (آشکارسازی متان در معادن)، صنعت اتوموبیل سازی (آشکارسازی گازهای آلاینده خودروها)، کاربردهای پزشکی (بینی الکتریکی)، تست کنترل کیفیت هوا در منازل و کارگاه ها (آشکارسازی گاز مونوکسید کربن) و بررسی غلظت گازهای گلخانه ای مورد استفاده قرار می گیرند. تحقیقات وسیعی در زمینه طراحی حسگر های جدید در جریان است که شامل کوشش هایی برای توسعه عملکرد ادوات سنتی، از قبیل حسگر های اکسید فلز مقاومتی، تا طراحی ادوات جدیدتر مبتنی بر ساختارهای نانو می باشد. مواد مورد استفاده در ادوات سنتی به عنوان ماده حساس حسگر معمولا اکسیدهای فلزی، پلیمرها و مواد متخلخل مانند سیلیکن متخلخل می باشد. نسبت بالای سطح به حجم و نیز ساختار توخالی نانوذرات، این مواد را گزینه مناسبی برای استفاده به عنوان عنصر حساس به گاز نموده است و به این دلیل در حال حاضر حسگرهای گاز بر پایه نانولوله های کربنی، نانوسیم ها، نانوفیبرها و نانوذرات مورد توجه فراون قرار گرفته اند. همچنین مطالعات نشان داده است که استفاده از حسگرهای اکسید فلزی که توسط نانوساختارها بهینه شده اند، نسبت به استفاده مجزا از هر یک از آن ها به عنوان حسگر، پاسخ مطلوب تری دارد. مطالعه حاضر که هدف اصلی آن آشکارسازی گاز متان است در دو بخش انجام گرفته است. در بخش نخست به مطالعه و ساخت حسگر بر پایه اکسید قلع به عنوان یکی از رایج ترین اکسیدهای فلزی در آشکارسازی گاز متان و بهبود حساسیت آن توسط نانولوله کربنی و نانوذرات نقره پرداخته شده است. نتایج حاکی از بهبود حساسیت و همچنین دمای کار حسگر اکسید قلع با اضافه شدن مقدار مناسب نانولوله کربنی و نانوذرات نقره به ساختار آن است. در بخش دوم به مطالعه نانولوله کربنی به عنوان یکی از ساختارهای جدید مورد توجه در حوزه حسگر گاز پرداخته شده است. مطالعات این بخش که توسط نرم افزار quantum espresso انجام گرفته است، شامل بررسی تاثیر جذب مولکول های گاز اکسیژن، هیدروژن و متان بر خواص الکتریکی نانولوله کربنی (8.0) و همچنین بررسی تاثیر حضور اتم های ناخالصی فلزی رودیوم، نیکل و نقره بر روی سطح نانولوله کربنی در آشکارسازی گاز متان است.