Light-enhanced sensors of oxidizing gases based on single-layer CVD graphene
type: CreativeWork
description: Edendatud funktsionaalsete omadustega (suur tundlikkus, selektiivsus ja stabiilsus; väike võimsustarve) gaasisensorid on vajalikud erinevate looduslikest või inimtekkelistest allikatest pärinevate gaaside tuvastamisel. Grafeeni, ainult ühest süsinikuaatomite kihist koosneva materjali avastamine lõi ideaalse aluse uute gaasisensorite loomiseks, sest selle materjali kogu pind on avatud mõõdetavale keskkonnale. Käesolev doktoritöö on fokusseeritud ultravioletse (UV) valguse mõju uurimisele grafeenil põhinevate hapniku (O₂) ja lämmastikdioksiidi (NO₂) sensorite funktsionaalsetele omadustele. Töö esimeses osas uuriti UV-valguse mõju keemilise aurufaassadestusega valmistatud grafeeni elektrilistele omadustele ja nende hapnikutundlikkusele. Demonstreeriti, et UV-valgus muudab algul praktiliselt inertse grafeenisensori tundlikuks õhuhapniku suhtes ja kiirendab oluliselt sensori signaali koste- ja taastumiskiirust. Järgmisena uuriti grafeenisensorite omadusi ühe olulisima ja juba väikeses koguses tervist kahjustava õhusaastegaasi, NO₂, detekteerimisel; seejuures kasutati lisaks puhtale grafeenile ka funktsionaliseeritud grafeeni. Viimane materjal oli valmistatud laserablatsiooni meetodiga: grafeenile oli kantud üliõhuke, vaid mõne aatomi paksune oksiidi- (ZrO₂, TiO₂) või metallikiht (Ag). Tulemusena saavutati grafeenisensorite tundlikkuse oluline tõus, mis võimendus UV-valguse kasutamisega. Suurim tundlikkus saadi titaanoksiidiga kaetud grafeenisensoritega, millel testiti gaasikontsentratsioone kuni 10 ppb (10 osa miljardi kohta) ning hinnati detekteerimisläveks 0,03 ppb. Lisaks demonstreeriti grafeen/TiO₂ sensori suurepärast selektiivsust, kuna signaalikosted NO₂ korral ületasid oluliselt teiste saastavate gaaside (CO, SO₂ ja NH₃), aga ka niiskuse mõjul tekkivaid kosteid. Kokkuvõttes näidati, et grafeeni ja sellel põhinevate sensormaterjalide kasutamine väikese võimsusega UV-valguse (365 nm) mõju all võimaldab märkimisväärselt suurendada nende tundlikkust uuritavate gaaside…
abstract: Edendatud funktsionaalsete omadustega (suur tundlikkus, selektiivsus ja stabiilsus; väike võimsustarve) gaasisensorid on vajalikud erinevate looduslikest või inimtekkelistest allikatest pärinevate gaaside tuvastamisel. Grafeeni, ainult ühest süsinikuaatomite kihist koosneva materjali avastamine lõi ideaalse aluse uute gaasisensorite loomiseks, sest selle materjali kogu pind on avatud mõõdetavale keskkonnale. Käesolev doktoritöö on fokusseeritud ultravioletse (UV) valguse mõju uurimisele grafeenil põhinevate hapniku (O₂) ja lämmastikdioksiidi (NO₂) sensorite funktsionaalsetele omadustele. Töö esimeses osas uuriti UV-valguse mõju keemilise aurufaassadestusega valmistatud grafeeni elektrilistele omadustele ja nende hapnikutundlikkusele. Demonstreeriti, et UV-valgus muudab algul praktiliselt inertse grafeenisensori tundlikuks õhuhapniku suhtes ja kiirendab oluliselt sensori signaali koste- ja taastumiskiirust. Järgmisena uuriti grafeenisensorite omadusi ühe olulisima ja juba väikeses koguses tervist kahjustava õhusaastegaasi, NO₂, detekteerimisel; seejuures kasutati lisaks puhtale grafeenile ka funktsionaliseeritud grafeeni. Viimane materjal oli valmistatud laserablatsiooni meetodiga: grafeenile oli kantud üliõhuke, vaid mõne aatomi paksune oksiidi- (ZrO₂, TiO₂) või metallikiht (Ag). Tulemusena saavutati grafeenisensorite tundlikkuse oluline tõus, mis võimendus UV-valguse kasutamisega. Suurim tundlikkus saadi titaanoksiidiga kaetud grafeenisensoritega, millel testiti gaasikontsentratsioone kuni 10 ppb (10 osa miljardi kohta) ning hinnati detekteerimisläveks 0,03 ppb. Lisaks demonstreeriti grafeen/TiO₂ sensori suurepärast selektiivsust, kuna signaalikosted NO₂ korral ületasid oluliselt teiste saastavate gaaside (CO, SO₂ ja NH₃), aga ka niiskuse mõjul tekkivaid kosteid. Kokkuvõttes näidati, et grafeeni ja sellel põhinevate sensormaterjalide kasutamine väikese võimsusega UV-valguse (365 nm) mõju all võimaldab märkimisväärselt suurendada nende tundlikkust uuritavate gaaside…
author: Berholts, Artjom
date published: 2024-11-01
date modified: 2026-07-24T06:23:34Z
provider: University of Tartu
publisher: Networked Digital Library of Theses and Dissertations
type: WebPage
source organization: University of Tartu