Оксид цинка, допированный галлием, – ZnO(Ga) – относится к группе проводящих прозрачных оксидов (TCO, transparent conductive oxides). Благодаря своим оптическим (оптическая прозрачность в широком диапазоне) и электрическим (высокая проводимость) свойствам ZnO(Ga) находит широкое применение в различных областях оптоэлектроники, используется для производства плоских дисплеев, прозрачных электродов (альтернатива дорогостоящим электродам на основе ITO), а также газовых сенсоров. В работе исследуется возможность использования наночастиц ZnO(Ga), полученных при разных условиях, для создания селективного сенсора на формальдегид в присутствии паров воды (относительная влажность, RH).
Наночастицы ZnO(Ga) были получены из раствора солей методом соосаждения с использованием NH4HCO3 в качестве осадителя. Осадок прокалили при 500ºС в течение 2 часов, диспергировали в воде и нанесли на кварцевую подложку центрифугированием полученной суспензии. Полученный материал подвергли отжигу при 600-1100ºС в течение 2 часов. Морфология полученных плёнок была исследована методом СЭМ: при увеличении температуры отжига размер частиц увеличивается. Для исследования сенсорных свойств была собрана следующая схема (рис.1).
Для образцов, полученных отжигом при 600-1100ºС, сенсорный отклик на воду практически не зависит от температуры отжига (рис.2), в то время как для формальдегида при повышении температуры отжига чувствительность уменьшается (рис.3). Данное различие авторы объясняют механизмом взаимодействия определяемых веществ с поверхностью: для воды – химическое равновесие (практически не зависит от размера частиц), для формальдегида – необратимая окислительно-восстановительная реакция (большая зависимость от площади поверхности).
На основании этих данных была предложена «система двух сенсоров», в которой использовался ZnO(Ga), полученный отжигом при температуре 600ºС (в качестве чувствительного элемента), а также ZnO(Ga), полученный отжигом при 1000ºС (в качестве эталонного сопротивления). Таким образом, конечный отклик зависит от соотношения откликов обоих элементов: в присутствии формальдегида наблюдается сенсорный сигнал, который практически отсутствует в присутствии паров воды.
Беззубов С.И., Воробьева Н.А., Ефимов А.А. (химический факультет МГУ), по материалам статьи: Han N., Tian Y., Wu X., Chen Y. Improving humidity selectivity in formaldehyde gas sensing by a two-sensor array made of Ga-doped ZnO // Sensors and Actuators B 138 (2009) 228–235
