Осаждение легированных никелем наночастиц ZnO с повышенной чувствительностью к этанолу при низких температурах

Аннотация

В настоящее время особое значение приобретает развитие технологии сенсоров летучих и токсичных газов для контроля загрязнения окружающей среды, в промышленной технике безопасности и в повседневной жизни. ZnO – перспективный материал для создания газовых сенсоров благодаря его электрохимической устойчивости, нетоксичности, возможности легирования и низкой себестоимости. метод осаждения может стать простой и экономичной альтернативой. Наночастицы Zn_1-xNi_xO синтезированы с использованием нового метода совместного осаждения. Полученные наночастицы исследовали методами рентгеновской дифрактометрии, сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии и фотолюминесценции. Подтверждено наличие гексагональной структуры типа вюрцита без вторых фаз в образцах ZnO с замещением Ni. Исследования методом фотолюминесценции показали наличие во всех образцах максимума в диапазоне 380–390 нм, относящегося к кислородным вакансиям. Испытания газочувствительности показали, что сенсоры на основе ZnO, легированного Ni, обладает значительно более высокой чувствительностью по сравнению с чистым ZnO при оптимальной температуре 100 °С. Сенсор определяет наличие газообразного этанола в широком диапазоне концентраций и отличается быстродействием, малым временем восстановления, высокой селективностью и воспроизводимостью результатов. Обсужден возможный механизм формирования газочувствительности. Быстродействие сенсоров на основе наночастиц ZnO объясняется большой контактной площадью поверхности для электронов, кислорода, молекул определяемого газа и наличием большого числа каналов диффузии газа. Высокая эффективность сенсоров говорит о том, что ZnO, легированный Ni, является перспективным наноматериалом для создания газовых сенсоров. При температуре 100 °С время отклика и восстановления нелегированного ZnO составляет 75 и 60 с соответственно, в то время как при легировании 0,25 % (ат.) Ni – 60 и 45 с.