Навигация
Фізико-технологічні основи одержання чутливих елементів для датчиків газів
35866
знаков
22
таблицы
41
изображение
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
Курсова робота
Фізико-технологічні основи одержання чутливих елементів для датчиків газів.
Зміст
Вступ
1. Газова детекція
1.1 Загальні відомості про методи детекції газів
1.2 Поверхневі напівпровідникові датчики газів, принцип їх дії, основи їх побудови
2. Сучасні датчики газів, та методи їх отримання
2.1 Нові матеріали та наноструктури – перспективна база елементів для датчиків газів
2.2 Датчики газів на основі нових матеріалів та наноструктур
2.3 Технології, що використовуються при побудові датчиків газів
Висновки
Література
Вступ
Проблеми моніторингу навколишнього середовища, контролю за екологічними параметрами середовища проживання людини, в особливості місць скупчення великої кількості людей, контролю фізіологічного стану людини, якості продуктів харчування, а також визначення мікроконцентрацій токсичних та вибухонебезпечних компонентів в різного роду технологіях (гірничодобувній, хімічній промисловостях...) та наукових дослідженнях, ставлять питання про вдосконалення засобів вимірювання хімічного складу газових середовищ, синтезі нових матеріалів, що мають селективну чутливість до певного типу молекул, створення на їх основі нових, більш ефективних та не дорогих вимірювальних приладів. Зростаюча небезпека тероризму з використанням вибухових, отравляючих та радіоактивних речовин також загострює цю проблему [1].
Першою та надзвичайно важливою задачею газової сенсорики являється створення порогових датчиків, що реагують на перевищення допустимого рівня в повітрі вибухонебезпечних та шкідливих для здоров’я речовин. Наступним більш, складним завданням являється аналіз складу атмосфери та газових сумішей. По суті, справа полягає в створенні штучного електронного носу.
Вимоги до створення ідеального газового сенсору були сформульовані в свій час Дж. Н. Земелем: низька ціна, малі розміри, добре співвідношення сигнал/шум, простота та надійність конструкції, обратимість реакції на гази, селективність, нечутливість до отруєння, швидкодія, сумісність з електронними схемами управління, температурна та часова стабільність [1].
Мета даної роботи: ознайомлення з основами детекції газів; вивчення принципів дії поверхневих детектрорів газів;
способів підвищення чутливості датчиків; ознайомлення з деякими сучасними технологіями побудови елементів детекторів газів.
1. Газова детекція
1.1 Загальні відомості про методи детекції газів
Умовно способи детекції газів мабуть можна поділити на: а) фізичні ; б) хімічні ; в) біологічні. Хімічна детекція заключається, наприклад, в зміні кольору, агрегатного стану речовини-детектора (наприклад мутніння і поява осаду в вапняній воді під впливом вуглекислого газу), біологічна (хеморецепція) – в здатності живих організмів (в тому числі і людей) до сприйняття (нюх, смак) змін концентрації певних речовин ( в нашому випадку газів) в навколишньому середовищі. Хеморецепція- по суті теж хімічна. Фізичні методи (більшість з них опирається на хімічні реакції) однак знайшли біль широке застосування. Напевно тому, що порівняно з іншими методами мають ряд переваг: швидкість детекції, можливість кількісної оцінки концентрації газів, можливість проводити детекцію на віддалі... Як правило, газочутливим елементом таких структур являються напівпровідникові оксиди металів SnO2, ZnO, TiO2, NiO, WO3, In2O3 та інші. Унікалність цих матеріалів для детектування молекул в газовій фазі викликано рядом фундаментальних фізичних та хімічних властивостей. Для широкозонних напівпровідників електропровідність надзвичайно чутлива для стану поверхні саме в тому діапазоні температур (25…900 0С), при якій на поверхні оксидів спостерігаються окисно-відновні реакції. Хімічні властивості поверхні також відіграють важливу роль в механізмі газової чутливості. Поверхня оксидів металів характеризується адсорбційними властивостями та здатністю до реакції, які обумовлені наявністю вільних електронів в зоні провідності, поверхневих та об’ємних кисневих вакансій, а також активного хемосорбованого кисню [1].
На сьогоднішній день відомо багато способів визначення газового складу. Кожен з них має як свої переваги так і певні недоліки. Тому варто розглянути принцип дії та характеристики деяких з них.
Найбільшу точність при вимірі газового складу має метод хроматографії, проте він надзвичайно громіздкий та дорогий. Метод хроматографії опирається на розподілі компонентів сумішей між двома фазами – нерухомій та рухомій (елюент), що протікає церез нерухому [2].
Найбільш швидкодіючими є сенсори оптичного типу. Принцип їх дії опирається на поглинанні газом оптичного випромінювання. Кожен газ має свій спектр поглинання. Оптичні методи досить дорогі.
Термомагнітні датчики основані на зміні магнітних властивостей молекул деяких газів в залежності від температури [2].Термокаталітичні датчики газів використовуються для вимірювання концентрації горючих газів (метан, пропан...). Основним елементом такого датчика є платинова проволка, нагріта до відносно високої температури. Платина являється каталізатором хімічних процесів – її присутність ініціює реакцію окислення горючого газу. При цьому температура платинової проволки, а значить і опір останньої змінюється з температурою тим більше, чим вища концентрація горючого газу[2].
В основі роботи електролітичних датчиків лежать закономірності протікання електричного струму через електричний ланцюг, основними елементами якого є: 1) металічні або напівпровідникові наноселективні електроди 2) провідники другого роду (розчини електролітів, їх розплави та тверді електроліти)
3) границя поділу фаз між металами (напівпровідниками) та електролітами, двома різними провідниками першого роду, двома різними електролітами [2].
Є детектори, в яких використано ефект зміни маси електродів при адсорбції газу, що визначається зміною резонансної частоти коливань eлектроду [3].
Дуже значна роль в детекції газів відведена МДН (метал-діелектрик- напівпровідник) або практично в більшості випадків МОН (метал-окисел-напівпровідник) структурам, металічний електрод яких виконаний з перехідних металів (паладій, платина, нікель). В цих структурах використано факт зміни їх вольт-амперних характеристик (ВАХ) під дією газів. При цьому в МДН- конденсаторах спостерігається зсув ВФХ (вольт фарадних характеристик) вздовж осі напруг без зміни її форми, а в МДН-транзисторах – зміна порогової напруги і як наслідок зсув вольт-амперних характеристик. У випадку діодів Шоттки (перехід метал-напівпровідник) міняється висота барєру Шоттки під впливом газу, що адсорбується, а це в свою чергу змінює його ВАХ [3].
Похожие работы
... чено раніше, якщо вибрати правильний напрямок поширення хвилі, можна створити бездротової датчик температури. Середовище поширення міняється разом з температурою, впливаючи на дані на виході. Нижче наведені деякі найбільш загальні способи застосування датчиків акустичних хвиль. Термодатчик будується на термозалежності швидкості поверхневих хвиль, яка визначається напрямком і типом кристалічного ...
... можна поділити на монокристали, монокристалічні плівки, нанесені на діелектричні підкладки, і спечені полікристалічні напівпровідники [3]. Використання монокристалів в якості адсорбційних чутливих елементів в газовому аналізі не оправдано внаслідок їх малої чутливості, складної технології виготовлення і ненадійності в експлуатації (проблема старіння). У випадку порошків і полікристалічних плі ...
... і працездатності людини в процесі труда. Максимальне зменшення числа шкідливих впливів, створення комфорту — от головні задачі охорони праці. Тема дипломної роботи — “Моделювання процесу обробки сигналів датчика у вихровому потоковимірювачі”. Машинний зал ПЕОМ є помешканням з підвищеною небезпекою поразки людини електричним струмом, тому що в даному помешканні присутня можливість одночасного ...
... лакмус. Вода спочатку пропускається через колонку з катіонітом, а потім - з аніонітом чи у зворотному порядку (конвекційна система), або ж воду пропускають через одну колонку, що містить одночасно катіоніт і аніоніт (змішана колонка). В аптечній практиці може бути використаний демінералізатор, що містить катіонітну й аніонітну іонообмінні колонки, датчик контролю електроопору знесоленої води і ...
0 комментариев