pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-1-60-69pimi-239Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИИ ОКСИДА ВОЛЬФРАМА И МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКMICROPOWER GAS SENSOR BASED ON THE COMPOSITION TUNGSTEN OXIDE AND MULTIWALL CARBON NANOTUBESГайдукЮ. С.HaidukYu. S.

Адрес для переписки: Гайдук Ю.С. Белорусский государственный университет, ул. Ленинградская, 14, 220008, г. Минск, Беларусь e-mail:j_hajduk@bk.ru

Address for correspondence: Haiduk Yu.S. Belorussian State University, Leningradskaya str., 14, 220008, Minsk, Belarus e-mail: j_hajduk@bk.ru

j_hajduk@bk.ruРеутскаяО. Г.ReutskayaO. G.j_hajduk@bk.ruСавицкийА. А.SavitskyA. A.j_hajduk@bk.ruТаратынИ. А.TaratynI. A.j_hajduk@bk.ruБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusМинский НИИ радиоматериаловБеларусьMinsk Research Institute of RadiomaterialsBelarus201606062016714149Copyright © Гайдук Ю.С., Реутская О.Г., Савицкий А.А., Таратын И.А., 20162016Гайдук Ю.С., Реутская О.Г., Савицкий А.А., Таратын И.А.Haiduk Y.S., Reutskaya O.G., Savitsky A.A., Taratyn I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/239

Методами просвечивающей электронной микроскопии, измерения электропроводности и удельной поверхности исследована газочувствительная композиция оксида вольфрама с многостенными углеродными нанотрубками (WO3 –МУНТ), представляющая интерес для создания селективных чувствительных датчиков горючих газов и диоксида азота. Изготовлены и испытаны датчики (P ≤ 85 мВт), содержащие WO3 –МУНТ в качестве чувствительного элемента. Наибольшая чувствительность к пропану (≤ 400 %) наблюдается при температуре подложки менее 200 ºС, в то время как заметная чувствительность к NO2 (≥ 300 %) наблюдается при более высоких температурах (T ≥ 240 ºС). Введение МУНТ не оказывает существенного влияния на чувствительность к водороду во всем исследованном температурном интервале, соответствующем токам нагрева 21–75 мА. Чувствительность к NO2 при температуре 240 °С и выше (при токе нагрева 61 мА и выше) превышает 1000 %. Исследованная композиция оксида вольфрама с МУНТ пригодна для создания высокочувствительных полупроводниковых датчиков горючих газов и диоксида азота, в том числе для работы в составе приборов, предназначенных для экологического мониторинга воздуха. Датчики обладают высокими скоростями срабатывания и восстановления, а также низким энергопотреблением. 

Gas-sensitive composition of tungsten oxide, prepared by sol gel method, with multiwall carbon nanotubes was investigated by transmission electron microscopy (TEM), measuring the electrical conductivity and surface area. Micro-power sensors (P ≤ 85 mW), containing WO3 ‑MWCNT as a sensing element were manufactured and tested. The greatest sensitivity to propane (≤ 400 %) was observed at substrate temperature below 200 ºC, while appreciable sensitivity to NO2 (≥ 300 %) was observed at higher temperatures (T ≈ 240 ºC or higher). Adding MWCNTs has no significant effect on sensitivity to hydrogen around the temperature range studied (current heating 21–75 mA). Gas sensor’s sensitivity to NO2 in a certain operating temperature range are more than 1000 %. The investigated gas-sensitive composition of tungsten oxide with MWCNTs is suitable for creating highly sensitive semiconductor sensors for combustible gases and nitrogen dioxide (including equipments for environmental air monitoring). The sensors have a high-speed response and recovery, and low power consumption. 

газовый сенсорзоль-гель методвольфрама триоксидиндия оксидуглеродные нанотрубки.gas sensorsol-gel methodtungsten trioxideindium oxidecarbon nanotubesReferencesПолупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях / И.А. Мясников [и др.] ; под общ. ред. Л.Ю. Куприянова. – М. : Наука, 1991. – 327 c.Myasnikov I.A. еt al., ed. Kupriyanov L.Y. Poluprovodnikovye sensory v fiziko-khimicheskikh issledovaniyakh [Semiconductor sensors in the physical and chemical research]. Мoskow, Nauka Publ., 1991, 327 p. (in Russian).Trojanowicz, М. Analytical applications of carbon nanotubes: a review / M. Trojanowicz // TrAc Trends Anal. Chem. – 2006. – Vol. 25. – P. 480–489.Trojanowicz М. Analytical applications of carbon nanotubes: a review. TrAc Trends Anal. Chem, 2006, vol.  25, pp. 480–489.Roy, R.K. Room temperature sensor based on carbon nanotubes and nanofibres for methane detection / R.K. Roy, M.P. Chowdhury, A.K. Pal // Vacuum. – 2005. – Vol. 77. – P. 223–229.Roy R.K., Chowdhury M.P., Pal A.K. Room temperature sensor based on carbon nanotubes and nanofibres for methane detection. Vacuum, 2005, vol. 77, pp. 223–229.Peng, S. K. Ab initio study of CNT NO2 gas sensor / S. Peng [еt al.] // Chem. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 387 – P. 271–276.Peng S.K., Cho K., Qi P., Dai H. Ab initio study of CNT NO2 gas sensor. Chem. Phys. Lett., 2004, vol. 387, pp. 271–276.Wei, B.Y. A novel SnO2 gas sensor doped with carbon nanotubes operating at room temperature / B.Y. Wei [еt al.] // Sens. Actuators B. – 2004. – Vol. 101. – P. 81–89.Wei Bee-Yu, Hsu Ming-Chih, Su Pi-Guey, Lin Hong-Ming, Wu Ren-Jang, Lai Hong-Jen. A novel SnO2 gas sensor doped with carbon nanotubes operating at room temperature. Sens. Actuators B, 2004, vol. 101, pp. 81–89.Wu, R.J. Promotive effect of CNT on Co3 O4 –SnO2 in a semiconductor-typeCO sensor working at room temperature / R.-J. Wu [еt al.] // Sens. Actuators B: Chem. – 2008. – Vol. 131. – P. 306–312.Wu Ren-Jang, Wu Jhih-Gan, Yu Ming-Ru, Tsai Tung-Kang, Yeh Chuin-Tih Promotive effect of CNT on Co3 O4 –SnO2 in a semiconductor-type CO sensor working at room temperature. Sens. Actuators B: Chem., 2008, vol.  131, pp. 306–312.Гайдук, Ю.С. Газочувствительная композиция оксида вольфрама c многостенными углеродными нанотрубками / Ю.С. Гайдук [и др.] // Известия НАНБ. Серия хим. наук. – 2016. – № 1. – С. 12–17.Haiduk Yu.S., Savitsky A.A., Strizhakov D.A., Reutskaya O.G., Taratyn I.A. [Gas-sensitive material based on composition of tungsten oxide with multiwall carbon nanotubes]. Izvestiya NANB. Seriya khimicheskaya, 2016, no. 1, pp. 12–17 (in Russian).Клячко-Гурвич, А.Л. Упрощенный метод определения поверхности по адсорбции воздуха / А.Л. Клячко-Гурвич // Изв. АН СССР. Серия хим. наук. – 1961. – № 10. – С. 1884–1886.Klyachko-Gurvic А.L. [Simplified method for determining the surface for air adsorption]. Izvestiya АNSSSR. Seriya khimicheskaya, 1961, no. 10, pp. 1884– 1886 (in Russian).Гайдук, Ю.С. Влияние добавок благородных металлов на газочувствительные свойства оксида вольфрама, полученного золь-гель методом / Ю.С. Гайдук, А.А. Савицкий // Известия НАНБ. Серия хим. наук. – 2015. – № 4. – С. 11–16.Haiduk Yu. S., Savitsky A.A. [Influence of precious metals on gas sensing properties of tungsten oxide, prepared by the sol-gel method]. Izvestiya NANB. Seriya khimicheskaya, 2015, no. 4, pp. 11–16 (in Russian).Espinoza, E.N. Hybrid metal oxide and multiwall carbon nanotube films for low temperature gas sensing / E.N. Espinoza [еt al.] // Sens. Actuators B: Chem. – 2007. – Vol. 127. – P. 137–142.Espinosa E.H., Ionescu R., Chambon B., Bedis  G., Sotter E., Bittencourt C., Felten A., Pireaux J.-J., Correig X., Llobet E. Hybrid metal oxide and multiwall carbon nanotube films for low temperature gas sensing. Sens. Actuators B: Chem., 2007, vol. 127, pp. 137–142.Peng, S. Ab initio study of doped carbon nanotube sensors / S. Peng, K. Cho // Nano Letters. – 2003. – Vol. 3. – No. 4. – P. 513–517.Peng S., Cho K. Ab initio study of doped carbon nanotube sensors. Nano Letters, 2003, vol. 3, no. 4, pp.  513–517.Kong, J. Functionalized carbon nanotubes for molecular hydrogen sensors / J. Kong, M.G. Chapline, H. Dai // Advanced Materials. – 2001. – Vol. 13. – No. 18. – Р. 1384–1386.Kong J., Chapline M.G., Dai H. Functionalized carbon nanotubes for molecular hydrogen sensors. Advanced Materials, 2001, vol. 13, no. 18, pp. 1384–1386.Sumanasekera, G.U. Effects of gas adsorption and collisions on electrical transport in single-walled carbon nanotubes / G.U. Sumanasekera [еt al.] // Physical Review Letters. – 2000. – Vol. 85. – No. 5. – P. 1096–1099.Sumanasekera G.U., Adu C.K.W., Fang S., Eklund  P.C. Effects of gas adsorption and collisions on electrical transport in single-walled carbon nanotubes. Physical Review Letters, 2000, vol. 85, no. 5, pp. 1096–1099.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.