Нанополупроводниковый газоанализатор



Нанополупроводниковый газоанализатор
Нанополупроводниковый газоанализатор
Нанополупроводниковый газоанализатор

 


Владельцы патента RU 2423688:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака и других газов. Полупроводниковое основание выполнено из наноразмерной пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка. Подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности датчика и технологичности его изготовления. 1 ил.

 

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака и других газов. Изобретение может быть использовано для решения задач экологического контроля.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987). Однако чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается на вещества с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа аммиака точность определения невысока.

Известен также датчик (Будников Г.К. Что такое химические сенсоры // Соросовский образовательный журнал. 1998, №3. С.75), позволяющий определять содержание аммиака с большей чувствительностью. Однако он сложен по конструкции и механизму получения отклика на присутствие определяемого компонента: включает в качестве преобразователя-полупроводника оксид металла (SnO2, In2O3, Nb2O5) и нанесенный на его поверхность адсорбционный слой специального материала, дающий названный отклик. Для получения отклика необходимы такие дополнительные операции, как нагревание оксида до 200-400°С, так как при комнатной температуре он является диэлектриком и не проводит электрический ток, хемосорбция на нагретой поверхности кислорода воздуха, сопровождающаяся образованием отрицательно заряженных ионов O2-, O- и взаимодействием последних с определяемым газом ( его окислением). Таким образом, электропроводность полупроводникового (оксидного) слоя в воздухе определяется не непосредственно содержанием определяемого газа, а степенью заполнения поверхности хемосорбированным кислородом, которая, в свою очередь, изменяется пропорционально концентрации определяемого газа.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик влажности газов, состоящий из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия, с нанесенными на поверхность основания металлическими электродами и непроводящей подложки (RU №2161794, G01N 27/12, 25/56, 10.01.2001.

Недостатком этого известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей аммиака.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание и непроводящую подложку, полупроводниковое основание выполнено в виде наноразмерной пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: на фиг.1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг.2 - кривая зависимости величины адсорбции аммиака от температуры, на фиг.3 - градуировочная кривая зависимости изменения электропроводности (Δσ) полупроводниковой наноразмерной пленки в процессе адсорбции при температуре 25°С от начального давления NH3 (). Последняя наглядно демонстрирует его чувствительность.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде наноразмерной пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка, нанесенной на электродную площадку (2) пьезо-кварцевого резонатора 3 (фиг.1).

Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора, и вызывающих изменение его электропроводности.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают (или в которой выдерживают) анализируемый на содержание аммиака газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки GaSb(ZnTe) происходит избирательная адсорбция молекул NH3 и увеличение электропроводности пленки. По величине изменения электропроводности с помощью градуировочных кривых можно определить содержание аммиака в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг.3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость изменения электропроводности от содержания аммиака () следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков.

Малые габариты устройства (рабочий объем менее 0,2 см3) в сочетании с малой массой пленки - адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс.

Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.

Нанополупроводниковый газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание и непроводящую подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из наноразмерной пленки антимонида галлия, легированного теллуридом цинка, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам контроля атмосферы и предназначено для мониторинга окружающей среды, в частности для автоматического непрерывного контроля концентрации горючих газов в жилых, коммунальных и производственных помещениях.

Изобретение относится к химии и может использоваться в клинической и лабораторной диагностике физиологически активных веществ, материалов, контроле качества продукции химической и пищевой промышленности.

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности и заболеваний, с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях.

Изобретение относится к полупроводниковым чувствительным элементам датчиков газоанализаторов, предназначенных для определения содержания газообразных отравляющих веществ и различных примесей в воздухе.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания аммиака. .

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака и других газов.
Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны предприятий химической и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. .

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии и заключается в получении суспензий наноструктур, используемых при модификации неорганических композиционных материалов, в частности кристаллогидратных композиционных материалов.

Изобретение относится к области микроробототехники и может быть использовано в качестве рабочего органа микроманипулятора для манипулирования микрообъектами, изготовленными из элекропроводниковых материалов.

Изобретение относится к лекарственному средству для лечения инфекционного заболевания, лечения рака, заживления ран и/или детоксификации субъекта, которое содержит наночастицы гетерокристаллического минерала, выбранного из группы гетерокристаллических минералов SiO2, кварцита, сфена, лейкоксена и рутилированного кварца.

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам (ЭХУ) с твердым электролитом, таким как электрохимические генераторы (топливные элементы), электролизеры, конвертеры, кислородные насосы и т.п.

Изобретение относится к портативным топливным элементам с нанокатализаторами и твердым полимерным или жидкостным электролитами. .

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, для регистрации и измерения содержания оксида углерода и других газов. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам и способам изготовления теплоизоляционных ячеистых материалов. .

Изобретение относится к области химии, а именно к химии каталитических процессов, и может быть использовано в производстве получения катализатора синтеза винилацетата.

Изобретение относится к газохимии и углехимии. .
Изобретение относится к технологии комплексной переработки овощей
Наверх