ساخت و بهینه‌سازی حسگر رطوبتی بر پایه‌ی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی آلی و بیوشیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز

2 گروه مهندسی نانوفناوری‌، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه تبریز، تبریز

3 گروه مهندسی مکانیک‌، دانشکده فنی و حرفه‌ای، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران

چکیده

هدف از این پژوهش، ساخت حسگر رطوبتی بر پایه نانوذرات پایدار فاز آناتاز دی­اکسید تیتانیم جهت بهبود خصوصیاتی عملکردی آن همچون حساسیت، زمان پاسخ و بازیابی است. برای این منظور، نانوذرات دی ­اکسید تیتانیم با روش آب گرمایی سنتز شدند و سپس مشخصات ساختاری نانوساختار تهیه شده، با میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که دی اکسید تیتانیوم سنتزی به شکل کره­ هایی با میانگین ابعاد nm 270هستند. برای تهیه حسگر رطوبتی نانوذرات تهیه شده به روش لایه ­نشانی تیغه­ای بر روی مدار الکترود شانه­ای لایه­ نشانی شد. یافته­ های پژوهش نشان داد که حساسیت حسگر تهیه شده فاز آناتاز در بازه رطوبت نسبی 98-40­%، Rair/RHumidity/%RH 81/12 است که در مقایسه با نمونه ایده­آل پیشین که مبتنی بر فاز روتیل و آناتاز است 14درصد بهبود یافته است. همچنین، زمان پاسخ و بازگشت این حسگر به ترتیب 2 و 5/4 ثانیه اندازه­گیری شد که نسبت به نمونه های پیشین به­ترتیب بهبود 14 و 7 برابری داشت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Fabrication and Optimization of Humidity Sensor Based on Titanium Dioxide Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Mahsa Mahdavinia 1
  • Vahid Niapak 2
  • Gholamreza Kiani 1
  • Ayub Karimzad Ghavidel 3
1 Department of Organic Chemistry and Biochemistry, Faculty of Chemistry, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
2 Department of Nanotechnology Engineering, Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
چکیده [English]

The aim of this research is to fabricate a humidity sensor based on stable nanoparticles of anatase phase of titanium dioxide, for improving its characteristics such as sensitivity, response time and recovery. For this purpose, titanium dioxide nanoparticles were synthesized by hydrothermal method, then the structural characteristics of the prepared nanostructure were examined by a scanning electron microscope. The results showed that the synthetic titanium dioxide is in the form of spheres with the average dimension of 270 nm. To prepare the humidity sensor, the prepared nanoparticles were deposited on interdigitated electrode using the blade deposition method. The research’s findings indicated that the sensitivity of the prepared anatase phase sensor is 12.81 (Rair/RHumidity)/%RH in the relative humidity range of 40-98%, improved 14% compared to the previous ideal sample which was based on rutile phase and anatase. Also, the response and recovery times of this sensor were measured as 2 and 4.5 seconds, respectively, which were 14 and 7 times higher than the previous samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Humidity sensor
  • Metal oxide nanoparticles
  • Anatase phase
  • Titanium oxide nanoparticles

مراجع

]1[ K. Shaheen, Z. Shah, B. Khan, B., M. Omer, M. Alamzeb, H. Suo, ACS omega, 5, 7271-7279, (2020).
]2[ T. Yang, Y.Z. Yu, L.S. Zhu, X. Wu, X.H. Wang, J. Zhang, Sensors and Actuators B,  208, 327-333, (2015).
]3 [P. G. Su, C. F. Chiou, Sensors and Actuators B, 200, 9-18, (2014).
]4[ Z. Li, J. Wang, Y. Xu, M. Shen, C. Duan, L. Dai, Y. Ni, Carbohydrate Polymers, 270, 118385, (2021).
]5[A. Karimzad Ghavidel, M. Mahdavinia, G. Kiani, DonyayeNano, 18, 28-42, (2022).
]6[ T. Delipinar, A. Shafique, M. S. Gohar, & M.K. Yapici, ACS omega, 6, 8744-8753, (2021).
]7[ C. Lv, C. Hu, J. Luo, S. Liu, Y. Qiao, Z. Zhang, A. Watanabe, Nanomaterials, 9, 422, (2019).
]8[ T. Delipinar, A. Shafique, M.S, Gohar, M. K. Yapici, ACS omega, 6, 8744-8753, (2021).
]9[ Z. Duan, Q. Zhao, S. Wang, Z. Yuan, Y. Zhang, X. Li, H. Tai, Sensors and Actuators B: chemical, 305, 127534, (2020).
]10 [ A. Kapic, A. Tsirou, P.G. Verdini, S. Carrara, IEEE sensors journal, 20, 10335-10344, (2020).
]11 [ J. J. Steele, M. T. Taschuk, M.J. Brett, IEEE sensors journal, 8, 1422-1429, (2008).
]12 [ O. Arrizabalaga, J. Velasco, J. Zubia, I. S. de Ocáriz, J. Villatoro, J. Sensors and Actuators B: chemical, 297, 126700, (2019).
]13 [ A. Sun, Z. Li, T. Wei, Y. Li, P. Cui, Sensors and Actuators B: chemical, 142,
197–203, (2009).
]14 [ K. Xu, C. Fu, Z. Gao, F. Wei, Y. Ying, C. Xu, G. Fu, Instrumentation science & technology, 46, 115-145, (2018).
]15 [D. Nunes, A. Pimentel, A. Gonçalves, S. Pereira, R. Branquinho, P. Barquinha, R. Martins, Semiconductor science and technology, 34, 043001, (2019).
]16 [ T. A. Blank, L. P Eksperiandova, K. N. Belikov, Sensors and Actuators B: chemical, 228, 416-442, (2019).
]17 [ Y. Guo, W. Zhao, Analyst, 144, 388-395, (2019).
]18 [ S. Sakamoto, I. Hamachi, Analytical sciences, 35, 5-27, (2019).
]19 [ Y. Gawli, S. Badadhe, A. Basu, D. Guin, M. V. Shelke, S. Ogale, Sensors and Actuators B: chemical, 191, 837-843, (2014).
]20[
]21 [ Q. Kuang, C. Lao, Z. L. Wang, Z. Xie, L. Zheng, Journal of the American chemical society, 129, 6070-6071, (2007).
]22 [Z. Chen, C. Lu, Sensor letters, 3, 274-295, (2005).
 ]23 [ B. C. Yadav, Department of physics, 226007, (2010).
]24 [ Y. Zhang, W. Fu, H. Yang, Q. Qi, Y. Zeng, T. Zhang, G. Zou, Applied surface science, 254, 5545-5547, (2008).
]25 [ I. Cappelli, A. Fort, A. Lo Grasso, E. Panzardi, M. Mugnaini, V. Vignoli, Chemosensors, 8, 89, (2020).
]26 [ L. Sun, A. A. Haidry, Q. Fatima, Z. Li, Z. Yao, Materials Research Bulletin, 99, 124-131, (2018).
]27 [ A. Farzaneh, A. Mohammadzadeh, M. D. Esrafili, O. Mermer, Ceramics international, 45, 8362-8369, (2019).
]28 [ H. Tributsch, M. Calvin, Photochem. Photobiol, 14, 95–112, (2001).
]29 [ E. Zampetti, S. Pantalei, A. Pecora, A. Valletta, L. Maiolo, A. Minotti, A. Bearzotti, Sensors and Actuators B: chemical, 143, 302-307, (2009).
]30 [ M.T.S. Chani, K.S. Karimov, F.A. Khalid, S.A. Moiz, Solid state sciences,.18, 78-82, (2013).
]31 [ M. Zhang, T. Ning, S. Zhang, Z. Li, Z. Yuan, Materials science in semiconductor processing, 17, 149-154, (2014).
]32 [ C. Y. Lee, G. B. Lee, Sensor letters, 3, 1-15, (2005).
]33 [ Li. Ren-Zhong Xu. Hong-Guang, The journal of chemical physics, 139,
184303, (2013).
]34 [ B. Rakesh, N. Sharma, R. Nagar, V. Dhongade, K. Daware, S. Gosavi, Advances in natural sciences: Nanoscience and nanotechnology, 12, 045010, (2021).
]35 [ B. Darazereshki, H. mokhtari, F. ostovari, Nanoscale, 7, 55-59, (2020).
دنیای نانو
دوره 18، شماره 69
بهمن 1401
صفحه 39-47

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 06 دی 1401
  • تاریخ بازنگری: 11 بهمن 1401
  • تاریخ پذیرش: 09 اسفند 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار