DYNAMICS OF RESPONSE OF A SENSOR BASED ON A NANOSTRUCTURED TIN DIOXIDE LAYER EXPOSED TO THE ISOPROPANOL VAPORS
Authors: Клычков Никита Александрович , Симаков Вячеслав Владимирович , Синёв Илья Владимирович , Тимошенко Дмитрий Александрович 
Published: December 2021

С помощью золь-гель технологии синтезированы наноструктурированные газочувствительные пленки диоксида олова. Исследовано влияние температуры на проводимость сенсора в атмосфере очищенного воздуха, на величину отклика сенсора при воздействии паров изопропанола различной концентрации. На температурной зависимости проводимости плёнки диоксида олова в атмосфере чистого воздуха наблюдается локальный минимум. Уменьшение проводимости с ростом температуры в диапазоне 300...350С может быть связано с диссоциацией молекулярной формы адсорбированного кислорода. При температурах выше 350 °С проводимость возрастает из-за десорбции атомарной формы адсорбированного кислорода с поверхности газочувствительного слоя диоксида олова. Обнаружено, что наибольший отклик к газовым пробам достигается при рабочей температуре сенсора порядка 350°С. Предполагается, что это обусловлено наличием на поверхности атомарной формы хемосорбированного кислорода. Проведен анализ концентрационных и температурных зависимостей времени отклика сенсора при воздействии паров изопропанола. Время отклика сенсора монотонно уменьшается с повышением содержания примеси в газовых пробах, по-видимому, из-за увеличения скорости адсорбции частиц примеси из газовой фазы на поверхность газочувствительного слоя. Установлено, что зависимость времени отклика от рабочей температуры имеет аррениусовский вид, что может быть связано с термоактивированными адсорбционно-десорбционными и гетерогенными химическими процессами на поверхности активного слоя сенсора.

Nanostructured gas-sensitive tin dioxide films have been synthesized by sol-gel technology. A conductivity vs temperature dependence of a gas sensor into atmosphere of synthetic air has been investigated. A response vs temperature dependence of a gas sensor into atmosphere of isopropanol vapors with various concentrations has been investigated. Local minimum on the temperature dependence of the tin dioxide film conductivity in clean air atmosphere were observed. A decrease in conductivity with increase temperature in the range of 300...350 °C can be associated with a dissociation molecular form of the adsorbed oxygen. At temperatures above 350 °C, conductivity increases because of desorption of the atomic form of the adsorbed oxygen on the surface of gas-sensitive tin dioxide film. The greatest response value is achieved at a sensor temperature equal to 350 °C. It is proposed that the reason is a domination of the atomic form of the chemisorbed oxygen on the surface. The analysis of response time vs concentration and response time vs temperature of gas sensor has been carried out. Sensor response time decreases monotonically with increase admixture substance in gas-probes, apparently because of increase in adsorption rate admixture particles on the surface of gas-sensitive film. It was found that the dependence of the response time on the operating temperature has an Arrhenius form. This may be associated with thermally activated adsorption-desorption processes and heterogeneous chemical reactions on the surface of sensor active layer.