بهبود حسگري گاز هيدروژن لايه هاي اكسيد تنگستن با استفاده از نانو لوله هاي كربني چند ديواره

Hydrogen sensing performance of WO3 thin film by using multi - wall carbon nanotubes

لايه‌هاي هيبريدي متشكل از 3WO / MWNTs به روش چرخشي بر روي زير لايه آلومينا لايه‌نشاني شدند. مورفولوژي، تركيبات شيميايي، ساختار بلوري، كيفيت مواد و اندازه نانوذرات اكسيد تنگستن، نانولوله هاي كربني و لايه هاي حساس هيبريدي با استفاده از آناليزهاي,TEM Raman, XRD, XPS ,SEM و DLS مورد بررسي قرار گرفت. نتيجه آناليزها نشان دادند كه گروه هاي عاملي اكسيژني بر سطح نانولولههاي عاملدار ايجاد شده اند. اين عامل‌هاي اكسيژني سبب پخش شدگي نانولوله ها در ياخته حاوي نانوذرات اكسيد تنگستن و شكل‌گيري نانوذرات برسطح نانولوله ها مي شود. در نتيجه، پوشش كاملي از ذرات اكسيد تنگستن بر سطح نانولوله هاي كربني ايجاد مي شود. بعد از لايه‌نشاني و پخت لايه ها در دماي oC350 پاسخ لايه هاي هيبريدي نسبت به گاز هيدروژن مورد مطالعه قرار گرفت. افزودن مقادير كمتر از 005/0 درصد وزني از نانولوله هاي كربني نسبت به تنگستن، سبب بهبود خواص حسگري لايه هاي هيبريدي مي شود به طوري كه با افزودن مقدار 003/0 درصد وزني از نانولوله هاي كربني نسبت به تنگستن، افزايش 50 برابري نسبت به لايه اكسيد تنگستن خالص در پاسخ به غلظت ppm 10000 گاز هيدروژن به دست آمد. علاوه بر اين، نتاج نشان مي دهد حد شناسايي اين ساختارها به گاز هيدروژن به ppm 10 مي رسد. با افزودن نانولوله‌هاي كربني، دماي كار از oC400 در لايه هاي اكسيد تنگستن خالص به oC 200 در لايه هاي هيبريدي كاهش يافت . افزايش پاسخ لايه‌هاي هيبريدي نتيجه افزايش سطح مؤثر و تعداد سد پتانسيل هاي حساس به گاز در محل اتصال نانوذرات اكسيد تنگستن به يكديگر و همچنين با نانولوله هاي كربني مي باشد.

The WO3/MWNTs hybrid gas sensitive films were prepared by spin-coating on alumina substrate. The structure, morphology and chemical composition of the functionalized MWNTs and WO3/MWNTs hybrid films were studied by SEM, TEM, XRD, Raman, DLS and XPS methods. The MWCNT were initially functionalized (f-MWNTs). Dispersion and surface reactivity of MWNTs was improved because of oxygenate groups on MWNTs surface. Results showed WO3 nanoparticles were nucleated on oxygenated group on surface of f-MWNTs in hybrid suspension. After coating and annealing the films at 350 , the response of hybrid WO3/MWNTs films was measured. In addition, adding a little amount of MWNTs (the ratio of MWNTs/W less than 5/1000 wt%) increased the hydrogen sensitivity so that the hybrid films showed an increase of 50 times compared to pure tungsten oxide layer in response to the 10000 ppm hydrogen concentration. Considering the results, the identification of these structures appear tobe 10 ppm hydrogen gas. With the addition of carbon nanotubes, the working temperature of pure tungsten oxide layers (400 ) reduced to 200 in hybrid layer. The gas sensitivity is suggested to have risendue to mainly the increase in the surface area as well as development of two types of depletion layers, one at the WO3/ MWNTs hetero junction and the other at WO3 grain boundaries.