Газочувствительность полупроводниковых оксидов металлов как результат химических превращений и химических реакций на каталитически активных поверхностях - Автореферат

Для построения эмпирических уравнений для концентрационных зависимостей в основном использовались данные для чувствительности, которая, как показали наши исследования, не может быть мерой концентрации газов. В работе использовались наиболее востребованные на сегодня газы с точки зрения пожарной безопасности (СН4 и Н2), экологии окружающего воздуха (СН4, СО, NH3, NO), безопасности и здоровья персонала при работе с взрывоопасными (CH4, H2) и токсичными (CO, NH3, NO) газами. Такие исследования позволят установить степень влияния влажности на показания ПОМ, определить лучшую структуру ПОМ для регистрации каждого газа в метрологически корректной влажной воздушно-газовой среде (стандартная атмосфера с влажностью от 0 до 100% RH и только одна конкретная газовая примесь), определить эмпирические зависимости сопротивления ПОМ от концентрации газа, описывающие опытные данные с наименьшей погрешностью в возможно большем интервале концентраций газов и влажности газовой среды. Такие исследования позволят также оценить дрейф сопротивления в чистом воздухе и воспроизводимость показаний в пределах одного цикла измерений, а также порог чувствительности для каждого газа и структуры ПОМ в сухом и влажном воздухе. · Интерпретировать механизмы взаимодействия газов с поверхностью ПОМ наиболее вероятными химическими реакциями газов с КГС с соблюдением баланса электронов, хемосорбированных ионов кислорода и гидроксильных групп в каждой реакции, а также представить химические реакции регенерации ПОМ после удаления газов.Во Введении сформулированы общие представления о предмете исследований, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна, практическая ценность и достоверность полученных результатов. В Главе 1 даны общие представления об особенностях полупроводниковых оксидов металлов, о процессах, происходящих при адсорбции газов на их поверхности, кратко изложены основы теории хемосорбции газов на поверхности полупроводников и каталитической активности ПОМ.Принципиальная схема газодинамической установки (ГДУ), которая применялась для исследования газочувствительности ПОМ к нерастворимым в воде газам (СО, СН4, Н2, NO и др.) изображена на рис.3.1 Помимо указанной на рис.3.1 основной модификации, в работе использовались еще три специальные модификации ГДУ, которые применялись при исследовании газочувствительности ПОМ к растворимым в воде газам (NH3, H2S, C2H5OH и др.), при исследовании динамических характеристик ПОМ и исследовании динамических характеристик и чувствительности ПОМ к парам воды. В процессе проведения исследований по линиям 1 и 2 подавалась газовая смесь воздуха с анализируемыми газами (возможно использование двух газов), а по линиям 3 и 4 всегда подавался метрологически аттестованный воздух марки (ПНГ). Концентрация анализируемых газов в калибровочной газовой смеси определялась степенью разбавления исходных газовых смесей чистым воздухом и вычислялась по следующей формуле: C = С0· (q1 q2) / (q1 q2 q3) = C0· (q1 q2) /Q, (3.1) где q1, q2, q3, q4 - расходы газовых потоков в линиях 1, 2, 3 и 4, а Q = q1 q2 q3 - результирующий газовый поток, который всегда поддерживался на уровне 2.3 см3/сек., а С0 концентрация анализируемого газа в исходной газовой смеси. Теперь погрешность концентрации газов С в калибровочной газовой смеси с учетом погрешности концентрации газа С0 в исходной газовой смеси (?С0/С0 ? 3%) и приготовленной нами на ГСУ (?С0/С0 = 6 - 7%) в указанных выше диапазонах коэффициента разбавления с использованием линии 2 не превышала 3 % и 7%, соответственно, а с использованием линии 1 не выходила из пределов от 3 - 7 % и 16%, соответственно. Импульсы концентрации газа формировались с помощью быстродействующего электромагнитного переключателя газовых потоков (ЭПГП), в зависимости от положения золотника которого в измерительную камеру с образцами поступали чистый воздух или калибровочная газовая смесь.Из работы следует, что при комнатной температуре проводимость SNO2 может изменяться от 0.25 до 40 (Ом•см) - 1 в зависимости от плотности свободных зарядов (электронов) от 1016 до 2.5•1018 см-3, соответственно. Показано, что проводимость SNO2 и подвижность электронов для плотности электронов 8•1016 см-3 уменьшается с температурой вплоть до температур 4000С. В результате проводимость ПОМ в сухом воздухе должна понизиться по сравнению с проводимостью чистого ПОМ, а ее величина будет определяться концентрацией свободных электронов в обедненной зоне проводимости полупроводника, температурой и формой хемосорбированного иона кислорода Исследование проводимости образцов ПОМ в азоте и сухом воздухе проводилось на модификации ГДУ для нерастворимых в воде газов, изображенной на рис.3.1 Удаление с поверхности ионов кислорода, молекул воды и гидроксильных групп в первом случае и молекул воды и гидроксильных групп во втором достигалось в процессе специальной длительной температурной тренировки образцов ПОМ в постоянном потоке азота марки ОСЧ или сухого воздуха с расходом 1 см3/сек.

Основное содержание работы