|
3.5 Анализ образцов ZnO с коллоидными квантовыми точками на
поверхности
Как отмечалось выше, одним из вариантов решения проблемы замены
тепловой накачки, является использование коллоидных квантовых точек как
преобразователей оптического излучения в носители заряда. Для этого было
предложено использовать структуру наностержни - коллоидных квантовых точек
были выбраны Ag-In-S/ZnS вследствие того, что они менее токсичны по
отношению к наиболее распространено применяемым CdS. Нанесение коллоидных
квантовых точек производилось методом центрифугирования на заранее
выращенные наностержни оксида цинка.
107
Рисунок 3.20 – Временная зависимость отклика газочувствительных слоев оксида цинка с
коллоидными квантовыми точками на поверхности, к парам изопропанола
При подаче детектируемого газа, в первый раз, наблюдается увеличение
сопротивления получившейся нанокомпозиции, что является не стандартной
реакцией на восстанавливающие газы. Такой отклик возможно связан с
кислородными вакансиями, которые являются дефектами структуры. Однако,
после освещения образца светом, ситуация изменилась, и газочувствительный слой
начал реагировать на пары изопропанола с уменьшением сопротивления. Также,
можно заметить, что сопротивление слоя, в начальный момент измерение
претерпевает некоторую не стабильность, что также можно отнести к
нестабильности за счет вакансий по кислороду.
Время отклика составило 100 секунд, а время восстановления 1000 секунд.
Чувствительность равняется 86%. В сравнении со слоем, состоящим из
наностержней оксида цинка, время отклика ухудшилось на 50 секунд, а время
восстановления на 310 секунд, но зато, значительно увеличилась чувствительность
нового слоя, 86% в новом, против 11% в обычном образце.
3.6 Накопительная камера
Важной задачей в измерении газов является детектирование низких
концентраций газа. Устройства способные детектировать газы на уровне единиц
108
ppm и ниже являются дорогостоящим оборудование, использование которых
повсеместно не целесообразно. Особенно, когда имеется необходимость
детектировать
различные
газы,
что
требует
целый
набор
линеек
высокочувствительных датчиков. Так, создание устройства, позволяющего
повысить чувствительность газового датчика или довести концентрацию
детектируемого газа до измеряемых обычным датчиком значений (приемлемых
значений) представляет интерес.
Одним из возможных вариантов решения данной проблемы является
использование дополнительного устройства, позволяющего предварительно
повысить концентрацию детектируемого газа, посредством его накопления.
На данный момент известны различные патенты, построенные на реализации
данного метода. Так в [102], предлагается использовать накопительную емкость с
расположенными внутри элементами различными геометрическими формами
(капилляры, шарики, иголки и т.д.) выступающими в качестве адсорбента. При
пропуске через такую камеру детектируемого газа происходит адсорбция его
молекул, которые в последствии десорбируются посредством нагрева адсорбента с
помощью облучению. Такой конструктивное решение не лишено недостатков. К
ним можно отнести необходимость совмещения излучательного элемента с
накопительной камерой, а также накопление адсорбатива на поверхности
конструктивных элементов.
Другим же, схожим патентом является [103]. Особенностью данного
устройства для концентрации примеси является использование в качестве
накопительного элемента трубки с газопроницаемым слоем частиц сорбента. Так,
при пропуске газа через него происходит его адсорбция. Десорбция
адсорбированного газа осуществляется посредство нагревательного элемента
расположенного на поверхности трубки. Главным недостатком такой конструкции
является возможность засорение газопроницаемого слоя, что будет вносить
погрешность в измерения посредством изменения скорости потока проходящего
газа. Также, на неточность измерений может повлиять и остаточные примеси,
109
оставшиеся при предыдущем измерении, что при измерении газов другой природы
будет существенно влиять на результат.
Из рассмотренных примеров, ни одна из представленных конструкций не
позволяет реализовать универсальный накопитель элемент. Поэтому, нами было
предложена модификация подобных концентраторов примеси. Так, было
предложено использовать камеру, с размещенными в ней элементами
концентрирования примеси, на внешней стороне которой находиться
нагревательный элемент обеспечивающий десорбцию накопленной примеси
(рисунке 3.21). В качестве элемента для концентрирования примеси предлагается
использовать в виде набора пластин с высокой удельной поверхность. В качестве
таких пластин могут использоваться пластины кремния со сформированными на их
поверхности структур пор, полученных посредством анодирования.
Рисунок 3.21. Устройство для концентрации примеси в газе.
Полная схема камеры представлена на рисунке __. Устройство для концентрирования примеси
состоит из: 1 – камера для газа, 2 – элемент концентрирования примеси, 3 – нагревательный
элемент, 4 – держатель элемента для концентрирования, 5 – крышка камеры, 6 и 7 - входной и
выходной патрубок, 8 и 9 – вентили.
Принцип измерения таким устройством детектируемого газа заключается в
следующем. Перед началом измерения выбирается и помещается внутрь камеры 1
элемент для концентрирования примеси 2. Для этого крышку 5, на которой
закреплен держатель 4 с элементом для концентрирования примеси 2
устанавливают на входное отверстие камеры 1. Далее, для дегазации элемента
110
концентрации камеру прогревают посредством нагревательных элементов 3 и
продувают инертным газом для удаления остаточной влаги. После
предварительного прогрева и остывания камеры проводиться забор пробы
детектируемого газа посредством его покачивания через камеру. Далее при
закрытых вентилях 8 и 9 происходит адсорбция примеси на пластинах элемента для
концентрации. Далее адсорбированный газ десорбируют, посредством
нагревателей, при высоких температурах в течении длительного времени, для
получения максимальной концентрации детектируемого газа. Тем самым, давление
в камере возрастает и после открытия вентиля 9, газ с насыщенными парами
примеси поступает из камеры в регистрирующее устройство. После
детектирования газа регистрирующим устройством проводится продувка камеры
концентрации (открывают вентили 8 и 9) инертным газом. После продувки
нагревательные элементы отключают и устройство снова готова к следующей
пробе газа.
В случае необходимости концентрирования примеси другой природы либо
загрязнения концентратора следует заменить элемент концентрирования примеси
на другой.
Предлагаемое устройство позволяет с лёгкостью осуществлять замену
накопительного элемента, тем самым обеспечивая проведение концентрирования
примеси другого типа (универсальность) либо замену вышедшего из строя элемент
для концентрирования (увеличение срока службы). Данный результат работы
защищен патентом РФ [104].
Do'stlaringiz bilan baham: |
