Skip to main content
SUPERVISOR
محمد حسین شیخی (استاد راهنما) سید مسعود سیدی (استاد راهنما) سید جواد هاشمی فر (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zahra Karami horastani
زهرا کرمی هرستانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Investigation and Fabrication of Gas Sensors Based onTin Oxide and Carbon Nanotubes
Gas sensing, as a typical application in intelligent systems, is receiving increasing attention in both industry and academia. It has widespread and common applicationsin the areas such as: industrial production (e.g., methane detection in mines); automotive industry (e.g., detection of polluting gases from vehicles); medical applications (e.g., electronic nosessimulating the human olfactory system); indoor air quality supervision (e.g., detection of carbon monoxide); and environmental studies (e.g., greenhouse gas monitoring). Recently much effort has been made to improve traditional metal oxide gas sensors and also to design new gas sensor structures. The extremely high surface-to-volume ratio and hollow structure of nanomaterialsis ideal for gas molecules adsorption. Therefore, gas sensors based onnanomaterials, such as carbon nanotubes (CNTs), nanowires, nanofibers, and nanoparticleshave been investigated widely. On the other hand studies show that metal oxide material modified by nanostructures has significant gas sensing properties. This study with the main purpose of methane detection isdivided in two sections. In the first section, the sensitivity enhancement of tin oxide gas sensor as one the popular gas sensorsbyusing carbon nanotube and silver nanocluster is investigated theoretically and experimentally. Also it is aimed to find an electrical circuit model based on obtained results. In the second section, study and simulation of carbon nanotube as one of the new attractive materials in gas sensor designs is investigated. Quantum Espresso software is used for simulations. Through the simulations the effect of gas molecule (O 2 , H 2 and CH 4 ) adsorption on electrical properties of (8,0) SWCNTis investigated. Also the effect of metallic atoms (Rh, Ni, Ag) adsorption on CNT surface in methane detection is examined. After finding the best additive, thin film structure of metal decorated CNTis fabricated and experimental results are compared with simulation results. Keywords Gas sensor, Tin oxide, Carbon nanotube, Silver nanoparticle, Modeling, Density functional theory
حسگرهای گاز به عنوان یکی از عناصر اصلی بسیاری از سیستم‌های هوشمند مورد توجه بخش‌های صنعت و پژوهش قرار گرفته‌اند.این حسگرها در حوزه‌های مختلف مانند تولیدات صنعتی (آشکارسازی متان در معادن)، صنعت اتوموبیل‌سازی (آشکارسازی گازهای آلاینده خودروها)، کاربردهای پزشکی (بینی الکتریکی)، تست کنترل کیفیت هوا در منازل و کارگاه‌ها (آشکارسازی گاز مونوکسید‌کربن) و بررسی غلظت گازهای گلخانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. تحقیقات وسیعی در زمینة طراحی حسگر‌های جدید در جریان استکه شامل کوشش‌هایی برای توسعة عملکرد ادوات سنتی، از قبیل حسگر‌های اکسید فلز مقاومتی، تا طراحی ادوات جدیدتر مبتنی بر ساختارهای نانو می‌باشد. مواد مورد استفاده در ادوات سنتی به عنوان ماده حساس حسگر معمولا اکسیدهای فلزی، پلیمرهاو مواد متخلخل مانند سیلیکن متخلخل می‌باشد. نسبت بالای سطح به حجم و نیز ساختار توخالی نانوذرات، این مواد را گزینهمناسبی برای استفاده‌ به‌عنوان عنصر حساس به گاز نموده است و به این دلیل در حال حاضر حسگرهای گاز بر پایه نانولوله‌های‌کربنی، نانوسیم‌ها، نانوفیبرها و نانوذرات مورد توجه فراون قرار گرفته‌اند.همچنین مطالعات نشان داده است که استفاده از حسگرهای اکسید فلزی که توسط نانوساختارها بهینه شده‌اند، نسبت به استفاده مجزا از هر یک از آن‌ها به عنوان حسگر، پاسخ‌ مطلوب‌تری دارد. مطالعه حاضر که هدف اصلی آن آشکارسازی گاز متان است در دو بخش انجام گرفته است. در بخش نخست به مطالعه و ساخت حسگر بر پایه اکسید قلع به عنوان یکی از رایج‌ترین اکسیدهای فلزی در آشکارسازی گاز متان و بهبود حساسیت آن توسط نانولوله‌کربنی و نانوذرات نقره پرداخته شده است. نتایج حاکی از بهبود حساسیت و همچنین دمای کار حسگر اکسید قلع با اضافه شدن مقدار مناسب نانولوله‌کربنی و نانوذرات نقره به ساختار آن است. در بخش دوم به مطالعه نانولوله‌کربنی به عنوان یکی از ساختارهای جدید مورد توجه در حوزه حسگر گاز پرداخته شده است. مطالعات این بخش که توسط نرم افزار Quantum Espresso انجام گرفته است، شامل بررسی تاثیر جذب مولکول‌های گاز اکسیژن، هیدروژن و متان بر خواص الکتریکی نانولوله‌کربنی (8.0)و همچنینبررسی تاثیر حضور اتم‌های ناخالصی فلزی رودیوم، نیکل و نقره بر روی سطح نانولوله‌کربنی در آشکارسازی گاز متان است. کلمات کلیدی: حسگر گاز، اکسیدقلع، نانولوله‌کربنی، نانوذرات نقره، مدل‌سازی، نظریه تابعی چگال، متان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی