Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2
Изучена чувствительность к СО сенсорных материалов на основе диоксида олова с добавками кобальта, никеля, железа или меди. Показано, что чувствительность проходит через максимум при увеличении концентрации каждой из добавок. Пo влиянию добавок 3d-металла на чувствительность сенсоры образуют следущий...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/16620 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 / И.П. Матушко, В.К. Яцимирский, Н.П. Максимович, Н.В. Никитина, В.Б. Ищенко, П.М. Силенко, В.П. Ручко, Г.И. Сколяр // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 10. — С. 82-86. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-16620 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Матушко, И.П. Яцимирский, В.К. Максимович, Н.П. Никитина, Н.В. Ищенко, В.Б. Силенко, П.М. Ручко, В.П. Сколяр, Г.И. 2011-02-15T14:44:39Z 2011-02-15T14:44:39Z 2008 Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 / И.П. Матушко, В.К. Яцимирский, Н.П. Максимович, Н.В. Никитина, В.Б. Ищенко, П.М. Силенко, В.П. Ручко, Г.И. Сколяр // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 10. — С. 82-86. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/16620 543.272.2 Изучена чувствительность к СО сенсорных материалов на основе диоксида олова с добавками кобальта, никеля, железа или меди. Показано, что чувствительность проходит через максимум при увеличении концентрации каждой из добавок. Пo влиянию добавок 3d-металла на чувствительность сенсоры образуют следущий ряд: Co > Fe ≥ Ni > Cu. Вивчено чутливість до СО сенсорних матеріалів на основі діоксиду олова з добавками кобальту, нікелю, заліза або міді по відношенню до карбон монооксиду. Показано, що чутливість проходить через максимум при збільшенні концентрації кожної з добавок. За впливом добавки 3d-металу на чутливість сенсори утворюють такий ряд: Co>Fe ≥ Ni>Cu. Carbon monoxide sensitivity of SnO2- based sensor materials doped with Co, Ni, Fe or Cu was investigated. It was shown that the sensitivity of sensor materials passed through the maximum with increasing of the quantity of each doped elements. Corresponding the influence of the doped 3d-metals the sensors formed the following series of their sensitivity: Co > Fe ≥ Ni > Cu. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Неорганическая и физическая химия Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 |
| spellingShingle |
Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 Матушко, И.П. Яцимирский, В.К. Максимович, Н.П. Никитина, Н.В. Ищенко, В.Б. Силенко, П.М. Ручко, В.П. Сколяр, Г.И. Неорганическая и физическая химия |
| title_short |
Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 |
| title_full |
Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 |
| title_fullStr |
Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 |
| title_full_unstemmed |
Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 |
| title_sort |
чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе sno2 |
| author |
Матушко, И.П. Яцимирский, В.К. Максимович, Н.П. Никитина, Н.В. Ищенко, В.Б. Силенко, П.М. Ручко, В.П. Сколяр, Г.И. |
| author_facet |
Матушко, И.П. Яцимирский, В.К. Максимович, Н.П. Никитина, Н.В. Ищенко, В.Б. Силенко, П.М. Ручко, В.П. Сколяр, Г.И. |
| topic |
Неорганическая и физическая химия |
| topic_facet |
Неорганическая и физическая химия |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| format |
Article |
| description |
Изучена чувствительность к СО сенсорных материалов на основе диоксида олова с добавками кобальта, никеля, железа или меди. Показано, что чувствительность проходит через максимум при увеличении концентрации каждой из добавок. Пo влиянию добавок 3d-металла на чувствительность сенсоры образуют следущий ряд: Co > Fe ≥ Ni > Cu.
Вивчено чутливість до СО сенсорних матеріалів на основі діоксиду олова з добавками кобальту, нікелю, заліза або міді по відношенню до карбон монооксиду. Показано, що чутливість проходить через максимум при збільшенні концентрації кожної з добавок. За впливом добавки 3d-металу на чутливість сенсори утворюють такий ряд: Co>Fe ≥ Ni>Cu.
Carbon monoxide sensitivity of SnO2- based sensor materials doped with Co, Ni, Fe or Cu was investigated. It was shown that the sensitivity of sensor materials passed through the maximum with increasing of the quantity of each doped elements. Corresponding the influence of the doped 3d-metals the sensors formed the following series of their sensitivity: Co > Fe ≥ Ni > Cu.
|
| issn |
0041–6045 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/16620 |
| citation_txt |
Чувствительность к монооксиду углерода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO2 / И.П. Матушко, В.К. Яцимирский, Н.П. Максимович, Н.В. Никитина, В.Б. Ищенко, П.М. Силенко, В.П. Ручко, Г.И. Сколяр // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 10. — С. 82-86. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT matuškoip čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 AT âcimirskiivk čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 AT maksimovičnp čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 AT nikitinanv čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 AT iŝenkovb čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 AT silenkopm čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 AT ručkovp čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 AT skolârgi čuvstvitelʹnostʹkmonooksiduuglerodapromotirovannyh3dmetallamisensornyhmaterialovnaosnovesno2 |
| first_indexed |
2025-11-26T05:16:44Z |
| last_indexed |
2025-11-26T05:16:44Z |
| _version_ |
1850610386013782016 |
| fulltext |
SUMMARY. The series of carbon nanotubes with va-
rious concentration of chemisorbed oxygen and specific
surface at 176–637 m2/g has been synthesized. By means
of the temperature-programming desorbtion with mass-spec-
trometry control in the samples of oxidated nanotubes
has been established such functional groups: carboxylic,
carboxylic acid anhydride, lactone, phenolic, etheric, car-
bonyl and hinone. It is shown that after thermal heating
of the samples in inert atmosphere at 800 оC carboxylic,
carboxylic acid anhydride and lactone functional groups
have been disappeared. The residual number of oxygen
was discovered as carbonyl and hinone functional groups
in the heated at 1200 оC carbon nanotubes.
1. Daniel S ., Rao T .P., Rao K.S. et al. // Sensors and
Actuators. -2007. -122, № 2. -P. 672—682.
2. Shen J., Huang W ., W u L et al. // Composites Pt
A: Appl. Science and Manufacturing. -2007. -38, №
5. -P. 1331—1336.
3. Liang Y ., Z hang H., Y i B. et al. // Carbon. -2005.
-43. -P. 3144—3152.
4. Ke G., Guan C.W ., Tang C.Y . et al. // Chinese Chem.
Lett. -2007. -18, № 3. -P. 361—364.
5. Vermisoglou E.C., Georgakilas V ., Kouvelos E. et al.
// Microporous and Mesoporous Materials. -2007.
-99, № 1–2. -P. 98—105.
6. Бричка С.Я., Белякова Л.А ., Приходько Г.П . Роик
Н .В. // Изв. Акад. YFY. Сер. Хим. -2006. -№ 10.
-С. 1712—1715.
7. Туров В.В., Приходько Г.П ., Бричка С.Я., Цапко
М .Д. // Журн. физ. химии. -2006. -80, № 4. -С.
689—694.
8. Grobert N. // Materials Today. -2007. -10, № 1–2.
-P. 28—35.
9. Ahn J.H., Shin H.S., Kim Y .J., Chung H. // J. Alloys
and Comp. -2007. -434–435. -P. 428—432.
10. Y ang D., Hu J., W ang C . // Carbon. -2006. -44, №
15. -P. 3161—3167.
11. Katok K.V., Tertykh V .A ., Brichka S.Y a., Prikhod’ko
G.P. // J. Thermal Anal. and Calorimetry. -2006.
-86, № 1. -P. 109—114.
12. Katok K.V., Tertykh V .A ., Brichka S.Y a., Prikhod’ko
G.P . // Mater. Chem. Phys. -2006. -96, № 2–3.
-P. 396—401.
13. Barret E.P., Joyner L .G., Halenda P.P. // J. Amer.
Chem. Soc. -1951. -73. -P. 373—380.
14. Кислюк М .У., Розанов В.В. // Кинетика и катализ.
-1995. -36. -С. 89—98.
15. Brichka S.Y a., Prikhod’ko G.P., Sementsov Y u.I. et al.
// Carbon. -2004. -42, № 12–13. -P. 2581—2587.
16. Belin T ., Epron F. // Mater. Science and Engineer.
B. -2005. -119. -P. 105—118.
17. Бричка С.Я., Приходько Г.П ., Бричка А .В. и др. //
Журн. физ. химии. -2004. -78, № 1. -С. 133—138.
18. Бричка С.Я., Приходько Г.П ., Бричка А .В., Кислый
Ю.А . // Неорган. материалы. -2004. -40, № 12. -С.
1455—1458.
19. Gomes H.T ., Samant P.V., Serp Ph. et al. // Appl.
Catal. B: Environmental. -2004. -54. -P. 175—182.
20. Pawelec B., Parola V .La., Navarro R.M . et al. //
Carbon. -2006. -44. -P. 84—98.
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Поступила 07.02.2008
НАН Украины, Киев
УДК 543.272.2
И.П. Матушко, В.К. Яцимирский, Н.П. Максимович,
Н.В. Никитина, В.Б. Ищенко, П.М. Силенко, В.П. Ручко, Г.И. Сколяр
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К МОНООКСИДУ УГЛЕРОДА ПРОМОТИРОВАННЫХ
3d-МЕТАЛЛАМИ СЕНСОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ SnO2
Изучена чувствительность к СО сенсорных материалов на основе диоксида олова с добавками кобальта,
никеля, железа или меди. Показано, что чувствительность проходит через максимум при увеличении кон-
центрации каждой из добавок. Пo влиянию добавок 3d-металла на чувствительность сенсоры образуют сле-
дущий ряд: Co > F e ≥ N i > Cu.
Для измерения концентрации горючих и то-
ксичных газов в воздухе широкое распростра-
нение получили адсорбционно-полупроводни-
ковые сенсоры на основе оксидов металлов [1].
При высоких температурах сенсоры реагируют
на присутствие газа изменением своей проводимо-
сти, что связано с протеканием на поверхности
полупроводника -оксида гетерогенно-каталити-
ческих окислительных реакций с участием анали-
зируемого газа [2, 3].
© И .П . Матушко, В.К . Яцимирский, Н .П . Максимович, Н .В. Никитина, В.Б . Ищенко, П .М . Силенко,
В.П . Ручко, Г.И . Сколяр , 2008
82 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 10
Цель настоящей работы — исследование чув-
ствительности к монооксиду углерода сенсорных ма-
териалов на основе диоксида олова, легированнo-
го сурьмой, с добавками 3d-металлов (Co, Cu, Ni, Fe).
Сенсорные материалы готовили соосаждени-
ем гидроксидов олова и сурьмы с последующим вы-
сушиванием и спеканием осадка на воздухе при
973 К. Осадок тщательно растирали до размеров
зерна 40 мкм. Далее образцы пропитывали соляно-
кислыми растворами хлоридов кобальта, железа,
никеля или меди разных концентраций (1.6⋅10–2
—10⋅10–2 моль/л для Co, 1.6⋅10–2—6⋅10–2 моль/л
для Fe, 0.025⋅10–2—0.4⋅10–2 моль/л для Cu и 0.05⋅
10–2—1.5⋅10–2 моль/л для Ni) и спекали при 863 К
на воздухе. Содержание переходного металла в
образцах определяли методом атомно-абсорбци-
онной спектроскопии. Величину удельной поверх-
ности образцов (Sуд) устанавливали методом теп-
ловой десорбции аргона. Рентгенофазовый ана-
лиз показал наличие только фазы SnO2.
Из данных, приведенных в табл. 1, видно,
что Sуд исследованных образцов приблизительно
одинаковы (20—22 м2/г) и близки к Sуд сенсор-
ного материала без добавок (22 м2/г). С ростом
концентрации пропиточного раствора (С) коли-
чество металла (g) в образцах увеличивается. Это
увеличение имеет тенденцию к насыщению (gm).
Расчет величины gm показал, что она отвечает не-
скольким процентам заполнения поверхности SnO2.
Конструктивно сенсор представлял собой пло-
скую керамическую плату с платиновым нагрева-
телем и измерительными электродами, между
которыми находился газочувствительный слой
[4] на основе пасты из мелкодисперсного порош-
ка сенсорного материала. Пасту наносили на пла-
ты с последующим спеканием при 863 К в атмос-
фере воздуха.
В качестве меры чувствительности сенсоров
в работе использован “отклик сенсорного покры-
тия” (RO/RCO) — отношение электрического со-
противления сенсора на воздухе (RO) к его сопро-
тивлению в смеси воздуха с монооксидом углеро-
да (RCO) при постоянной концентрации СО в
воздухе (1000 ± 50 ррm). Данная характеристика
(RO/RCO) является распространенной [1, 2, 5, 6]
для сравнения чувствительности адсорбционно-
полупроводниковых сенсоров. Ею можно пользо-
ваться при условии, что между отношением сопро-
тивлений и концентрацией определяемого газа су-
ществует линейная завмсимость, что и выполняется
в наших условиях. Для исследования отклика сен-
соров применяли специально приготовленные в
баллонах под давлением и аттестованные в Ук-
раинском национальном центре стандартизации,
метрологии и сертификации газовые смеси.
Изменение RO/RCO в зависимости от содер-
жания добавки в сенсорном материале 3d-метал-
ла изучали на электрическом испытательном стен-
де при значениях мощности нагревателя сенсора
0.3—0.45 Вт и постоянном содержании СО в воз-
духе 0.1 % об. Для получения достоверных ре-
зультатов с учетом естественного разброса харак-
теристик полупроводниковых сенсоров одного
состава для каждой концентрации пропиточного
раствора было исследовано не менее 5 сенсоров.
Масса газочувствительного материала сенсоров
была одинакова и составляла в среднем 3⋅10–4 г.
Для определения доли кислорода, участвую-
щего в формировании величины RO, сенсор про-
гревали в течение 1 ч в атмосфере воздуха при
рабочей температуре Т1, отвечающей мощности
нагревателя сенсора 0.4 Вт, и измеряли величину
его электрического сопротивления. Далее замеща-
ли воздух азотом особой чистоты и снова измеря-
ли сопротивление сенсора. Изменение электричес-
кого сопротивления сенсора (λ1) рассчитывали по
Т а б л и ц а 1
Содержание металла в исследованных образцах (g, %
мас.) в зависимости от концентрации пропиточного
раствора (С⋅102, моль/л) и величина удельной поверхнос-
ти (Sуд, м
2/г) образцов
Добавка Oбра-
зeц
Sуд,
м2/г
С⋅102,
моль/л
g gm
% мас.
Без
добавок
1 22.0 0 0 0
Кобальт 2 20.8 1.6 0.086 0.300
3 21.7 3.2 0.111
4 24.8 6.0 0.153
5 22.4 10.0 0.225
Никель 6 22.2 0.05 0.004 0.120
7 21.7 0.2 0.014
8 21.4 0.8 0.044
9 24.8 1.5 0.065
Железо 10 20.3 1.6 0.176 0.600
11 20.2 3.2 0.261
12 20.8 4.0 0.313
13 21.1 6.0 0.366
Медь 14 21.2 0.025 0.018 0.093
15 20.4 0.10 0.034
16 21.1 0.15 0.039
17 20.1 0.40 0.083
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 10 83
следующей формуле:
λ1 =
R O
T 1
R
N 2
T 1
, (1)
где R O
T 1 и R N 2
T 1 — электрическое сопротивление
сенсора в воздухе и в азоте соответственно при тем-
пературе Т1.
Процесс замещения газовой среды осущест-
вляли не менее 5 раз для подтверждения стацио-
нарности величин R O
T 1 и R N 2
T 1 .
Для доказательства полноты десорбции кис-
лорода с поверхности сенсора при замене воздуха
на азот сенсор прогревали в азоте при более вы-
сокой температуре (Т2) до установления посто-
янного значения сигнала сенсора и затем возвра-
щали его в предыдущий температурный режим.
Изменение электрического сопротивление сенсо-
ра (λ2) рассчитывали в этом случае по формуле:
λ2 =
R N 2
T 1
R
N 2
T 2
, (2)
где R N 2
T 2 — сопротивление сенсора в азоте при тем-
пературе Т2.
Опыты повторяли не менее 5 раз для выясне-
ния равновесности сигналов сенсора при смене тем-
пературного режима его работы.
На рисунке представлены зависимости чувст-
вительности сенсоров к монооксиду углерода от
количества введенных в них добавок Co, Fe (ри-
сунок, а) и Ni, Cu (б). Видно, что добавки 3d-
металлов увеличивают чувствительность сенсоров
к СО по сравнению с материалом без добавок,
при этом зависимость чувствительности от количе-
ства каждой из введенных добавок проходит
через максимум. Следует отметить, что максимум
наблюдается при всех рабочих температурах сен-
соров (при всех значениях мощности тока, потреб-
ляемого нагревателями сенсоров). Кроме того,
при повышении температуры сенсоров чувствите-
льность их к СО также проходит через максимум
для каждой из введенных добавок 3d-металлов.
По чувствительности к монооксиду углерода
наиболее активным является сенсор с добавкой Со,
а наименее активным — с добавкой Cu. Наиболее
чувствительные в концентрационных пределах дан-
ной добавки сенсоры образуют следующий ряд:
Со>Fe ≥ N i>Cu.
Установлено также, что введение добавок Со,
Ni и Fe увеличивает величину RO по сравнению с
сенсором без добавок. При этом величина RO про-
ходит через максимум при увеличении количества
каждой из этих добавок.
Экспериментальные данные, полученные при
исследовании сенсоров, можно объяснить следующим
образом. Количество кислорода в поверхностном
слое сенсора отражается на величине RO. Резуль-
таты опытов, в которых воздушное окружение на-
ходящегося в рабочем режиме сенсора заменяли на
азот особой чистоты, приведены в табл. 2. Измене-
ние электрического сопротивления сенсора (λ1 и
λ2) фиксировали в зависимости от количества
введенных добавок. Установлено, что величина λ2
повторялась с циклами прогрева сенсоров и, как
это видно из табл. 2, имела небольшое значение
по сравнению с λ1. Этo позволяeт утверждать, что
Зависимость чувствительности сенсоров (RO/RCO) к СО от содержания добавок Co (1), Fe (2) (a) и Ni (3),
Cu (4) (б) в составе сенсорного материала при мощности нагревателя сенсора 0.4 Вт.
84 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 10
величина λ1 действительно коррелирует с количе-
ством кислорода в поверхностном слое сенсоров.
Приведенные в табл. 2 данные свидетельству-
ют о следующем: количество кислорода, хемосор-
бированное поверхностью сенсора с кобальтом,
железом и никелем при любом количестве добав-
ки больше, чем для сенсора без добавок; при уве-
личении количества добавки в сенсорном материа-
ле величина λ1 проходит через максимум и симбат-
но с ней изменяется величина RO и чувствитель-
ность сенсоров к СО.
Поскольку сенсор реагирует на кислород, уда-
ленный из матрицы (SnO2) [7], то решающую роль
в чувствительности сенсоров должна играть гра-
ница раздела фаз между матрицей диоксида оло-
ва и частицами нанесенных оксидов переходных
металлов. Именно эта граница является наиболее
благоприятным местом для хемосорбции кисло-
рода [8], который вступает в реакцию с СО на по-
верхности сенсорного материала. Повышение коли-
чества кислорода в поверхностном слое способ-
ствует увеличению сопротивления сенсоров
и возрастанию скорости реакции окисления
СО, что приводит, соответственно, к повы-
шению чувствительности сенсора (табл. 2).
Наблюдаемый максимум на кривых зави-
симости RO и чувствительности сенсора от
количества добавок Co, Ni и Fe можно
объяснить изменением длины границы раз-
дела фаз межу зернами введенного оксида
металла и диоксида олова. При введении до-
бавок начальное увеличение длины грани-
цы раздела фаз вызывает увеличение коли-
чества реакционноспособного кислорода,
что отражается в увеличении величины RO
и чувствительности сенсоров к СО. При да-
льнейшем увеличении количества добавки
возможна агрегация зерен нанесеной до-
бавки, что должно уменьшать длину грани-
цы и приводить как к уменьшению RO, так
и к снижению чувствительности сенсоров к
СО, что и наблюдается эксперименталь-
но. Возможность уменьшения чувствитель-
ности сенсоров под влиянием укрупнения
размеров зерен чувствительного материала
сенсора отмечали и другие исследователи
[9]. Факт влияния количества добавок на
размеры зерен и, соответственно, на длину
границ между ними и зернами SnO2 был
установлен нами на примере образцов с до-
бавками оксидов кобальта при исследова-
нии их микроструктуры.
Экспериментально установлено, что для
сенсоров с добавками меди величина RO умень-
шается при добавлении Cu, а чувствительность
сравнительно мало зависит от содержания введен-
ной меди (табл. 2). Aномальное поведение сенсо-
ров с добавками меди становится понятным, если
учесть возможность замещения медью ионов олова
в регулярной решетке SnO2 при прибавлении
меди и последующем высокотемпературном спе-
кании материала. Эта возможность возникает, пре-
жде всего, из-за близости размеров ионов меди
(+2) и олова (+4), радиусы которых равны 0.72 и
0.71 Ao соответственно. При этом, поскольку ва-
лентность меди (+2) меньше, чем валентность
олова (+4), в процессе замещения освобождаются
свободные электроны, которые увеличивают элек-
трическую проводимость материала, что наблю-
дается и в нашей работе, и в работах других ав-
торов [10]. Большая проводимость сенсора делает
его нечувствительным к электронным процессам
на поверхности, вследствие чего сенсоры с добав-
ками меди обладают самой малой чувствитель-
Т а б л и ц а 2
Электрическое сопротивление сенсоров в воздухе (RO), изме-
нение электрического сопротивления сенсоров (λ1, λ2) и чув-
ствительность (R O/R CO) к СО сенсоров на основе SnO2 с добав-
ками оксидов 3d-металлов
Добавка Образeц g*, %
мас.
Среднее
RO,
кОм
Среднее, % Среднее
RO/R COλ1 λ2
Без
добавок
1 0 12 28 1.1 2.2
Кобальт 2 0.086 26 57 1.1 5.6
3 0.111 225 110 1.3 7.5
4 0.153 220 100 1.3 5.8
5 0.225 27 70 1.1 5.2
Никель 6 0.004 18 34 1.2 3.2
7 0.014 31 62 1.2 5.4
8 0.044 51 70 1.1 6.4
9 0.065 38 55 1.4 4.9
Железо 10 0.176 790 53 1.4 5.6
11 0.261 940 87 1.5 6.6
12 0.313 780 80 1.6 6.8
13 0.366 640 55 1.4 6.2
Медь 15 0.034 8 25 1.4 4.5
17 0.083 7 21 1.1 3.7
* g — содержание добавки в сенсорном материале.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 10 85
ностью к СО из всех исследованных.
Прохождение чувствительности сенсора че-
рез максимум при увеличении температуры, что
наблюдалось для всех введенных добавок 3d-
металлов (рисунок), можно объяснить тем, что с
увеличением температуры скорость реакции оки-
сления монооксида углерода возрастает настоль-
ко, что процесс окисления сосредоточивается на
внешней поверхности газочувствительного мате-
риала, не затрагивая при этом внутреннюю актив-
ную поверхность материала-полупроводника. За
счет этого при повышении температуры чувствите-
льность сенсора уменьшается. Аналогичное пове-
дение сенсоров было отмечено и в работе [11].
РЕЗЮМЕ. Вивчено чутливість до СО сенсорних ма-
теріалів на основі діоксиду олова з добавками кобаль-
ту, нікелю, заліза або міді по відношенню до карбон
монооксиду. Показано, що чутливість проходить через
максимум при збільшенні концентрації кожної з доба-
вок. За впливом добавки 3d-металу на чутливість сен-
сори утворюють такий ряд: Co>Fe ≥ Ni>Cu.
SUMMARY. Carbon monoxide sensitivity of SnO2-
based sensor materials doped with Co, Ni, Fe or Cu was
investigated. It was shown that the sensitivity of sensor
materials passed through the maximum with increasing
of the quantity of each doped elements. Corresponding
the influence of the doped 3d-metals the sensors formed
the following series of their sensitivity: Co>Fe ≥ Ni>Cu.
1. Prudenziati M . // Handbook of sensors and actuators
1. -Elsevier Science, 1994.
2. Ivanovskaya M ., Kotsikau D., Faglia G. et al. // Sensors
and Actuators. -2003. -B93. -P. 422—423.
3. Vorotyntsev V ., M ax imovich N., Y eremina L . et al.
// Ibid. -1996. -B35–36. -P. 333—337.
4. M aksymovych P., M aksymovych N . // Ibid. -2000.
-B65. -P. 310—311.
5. Ивановская М .И ., Орлик Д.П . // Журн. физ. химии.
-1995. -69, вып. 5. -C. 1827—1830.
6. Яцимирский В.К., Максимович Н .П., Болдырева О.Ю.
и др. // Теорет. и эксперим. химия. -2005. -41, вып.
5. -С. 302—306.
7. M aximovich N . // Sensors and Actuators. -1993. -
B13–14. -Р. 600—601.
8. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. -М .: Академ-
книга, 2004. -С. 679.
9. Kaplere J., Barsan N., W eimar U. et al. // Fresenius
J. Anal. Chem. -1998. -361. -Р. 110—114.
10. Pagnier T ., Boulova M ., Galerie A . et al. // Sensors
and Actuators . -2000. -B71. -Р. 134—139.
11. Hiroyki Y amaura, Koji M oriya, Norio M iura, Noboru
Y amazoe // Ibid. -2000. -B65. -Р. 39—40.
Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко Поступила 24.01.2008
Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев
86 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 10
|