بررسي تاثير فركانس ميدان الكتريكي غيريكنواخت بر ايجاد ترك در جريان لايه‌نشاني الكتروفورتيك نانوذرات اكسيد روي با هدف ساخت حسگر گاز CO

Effect of Non-uniform Electric Field Frequency on Crack Formation During Electrophoretic Deposition of ZnO Nanoparticles for CO Gas Sensing Applications

در پژوهش حاضر، از اعمال ميدان الكتريكي غيريكنواخت به عنوان روشي ساده و كم هزينه جهت انتقال و جابجايي نانوذرات سراميكي با هدف ساخت حسگر گاز استفاده گرديد. بدين منظور، لايه‌نشاني الكتروفورتيك نانوذرات اكسيد روي بر روي الكترودهاي هم صفحه از جنس طلا در ولتاژ V 35 و زمان min15 در محيط استون خالص به منظور دستيابي به لايه اي بدون ترك به انجام رسيد. تصاوير بدست آمده از ميكروسكوپ نوري (OM) و الكتروني روبشي (SEM) نشان مي دهد كه در فركانس Hz1، لايه تشكيل شده در فضاي بين دو الكترود داراي ترك مي باشد. با افزايش فركانس بهHz 100 و kHz 1 به دليل تغيير مكانيزم نشست، از حضور ذرات در فضاي بين دو الكترود كاسته شده تا در kHz 10، با توجه بوجود نيروي دي الكتروفورس به عنوان نيروي غالب وارد بر گشتاور دو قطبي ذرات معلق، ذرات با قرار گرفتن در امتداد خطوط ميدان الكتريكي فاصله بين دو الكترود را با تشكيل زنجيره به طور كامل پل زده و لايه اي عاري از ترك تشكيل دهند. نتايج آزمون حسگري گاز CO بر روي حسگر ساخته شده در فركانس بهينه نشانگر پاسخي روشن، پايدار و تكرارپذير در محدوده دمايي 400 تا ?C 500 است.

In the present study, non-uniform electric fields were applied as a simple cost-effective technique to manipulate ceramic nanoparticles for the fabrication of gas sensors. For this purpose, electrophoretic deposition of ZnO nanoparticles was performed on co-planar gold electrodes at 35 V for 15 min to obtain a crack free layer. Scanning electron (SE) and optical microscopy (OM) images showed that at 1 Hz, the obtained layer would be cracked. As the frequency was increased to 100 Hz and 1 kHz, particles presence within the electrode gap was reduced due to a change in deposition mechanism. At 10 kHz, considering the dominance of dielectrophoresis force exerted on the dipole moment of suspended particles, they were aligned along the electric field lines bridging the inter-electrode gap by forming chains which hindered crack formation. The optimized PCF conditions were then employed to fabricate a CO gas sensor which showed a clear and stable response to the target gas at 400, 450 and 500 °C.