Gi-Seung Shin;Dong-Seog Kim;Tuong Van Tran;Geun-Jae Oh;Seok-Yong Hong;Ho-Geun Song;Yeon-Tae Yu
Journal of Sensor Science and Technology
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v.33
no.5
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pp.288-297
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2024
Currently, numerous studies are being conducted on metal oxide semiconductor (MOS) gas sensors for hydrogen detection, using Palladium (Pd) and Pd-based alloy nanoparticles (NPs) owing to their hydrogen absorption ability. Furthermore, several studies have reported that Pd-Iridium (Ir) alloys possess high hydrogen absorption capabilities in their bulk state. However, Ir growth is limited to above 2 nm and it does not mix extensively with other metals. Furthermore, as the hydrogen absorption capacity decreases with the reduction in particle size, it is necessary to synthesize nanoparticles of an appropriate size. Therefore, the synthesis of Pd-Ir alloy NPs larger than 10 nm is challenging. In this study, we report the synthesis of Pd-Ir NPs with an average diameter of 19 nm using a hydrothermal technique for the first time and fabricated Pd-Ir alloy NPs through calcination at 500℃ in Ar and air. To confirm alloy formation and oxidation behavior, X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were performed. In addition, we synthesized Pd-Ir@CeO2 core-shell nanoparticles (CSNPs) as hydrogen gas-sensing materials. The Pd-Ir core was partially oxidized during heat treatment at 500℃ in air, and Pd-Ir@CeO2 CSNPs were finally changed into Pd-Ir(alloy)/PdO-IrO2@CeO2 CSNPs, which exhibited higher sensitivity and selectivity toward H2 gas compared to totally oxidized PdO-IrO2@CeO2 CSNPs and pure CeO2 NPs. The enhanced gas-sensing performance was attributed to the hydrogen absorption effect of the Pd-Ir(alloy) NPs.
Ihn, Gwon Shik;Kim Jeong-Suk;Jeon Young Guk;Kim Bong Weon
Journal of the Korean Chemical Society
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v.35
no.1
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pp.38-45
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1991
The cytidine bio-sensors have been constructed by immobilizing the bacterium Proteus mirabilis and organelle on an ammonia gas sensor. The bacterial sensor was investigated for the effects of pH, temperature, buffer solution, bacterial amounts, interferences and lifetime. The bacterial sensor had linearity in the range of 5.0 ${\times}$ 10$^{-4}$M ∼ 1.0 ${times}$ 10$^{-2}$M cytidine with a slope of 56 mV/decade at pH 7.8, 30$^{\circ}C$ and 3 mg in 1.0 M phosphate buffer solution. This bacterial sensor was compared with it's organelle sensor.
Thick film formaldehyde (HCHO) gas sensors were fabricated by using $La_1_{-x}Sr_xMO_3$ (M= Fe, Co, Mn) ceramics. The powders of $La_1_{-x}Sr_xMO_3$ (M=Fe, Co, Mn) were synthesized by conventional solid-state reaction method. By using the $La_1_{-x}Sr_xMO_3$ (M=Fe, Co, Mn) paste, the thick-film formaldehyde sensors were prepared on the alumina substrate by silkscreen printing method. The experimental results revealed that $La_1_{-x}Sr_xMO_3$ (M= Fe, Co, Mn) ceramic powder has a perovskite structure and the thick-film sensor shows excellent gas-sensing characteristics to formaldehyde gas (sensitivity of $La_{0.8}Sr_{0.2}FeO_3$, S= 14.7 at operating temperature of $150^{\circ}C$ in 50 ppm HCHO ambient).
Fluorinated polymeric membranes were prepared by direct surface modification of PDMS with fluorine gas ($50{\sim}2000\;{\mu}mol/mol$ in nitrogen). The formed fluorinated polymeric membranes were characterized by FT-IR spectroscopy, GC (Gas chromatography), atomic force microscopy, and scanning electron microscopy. Direct fluorination resulted in the change of permeability and selectivity of various gases (pure gases such as $CO_2$, $O_2$, $N_2$, $C_2H_4$, mixture of He, Ne, Kr, Xe) through PDMS membranes. Fluorination resulted in the maximum 50% increase of selectivity through PDMS membrane.
Experimental studies have been carried out to study the principle operation of the conductive type wire-mesh tomography sensor and analyse the wire-mesh tomography sensor for the liquid/gas two-phase flow interface and void fraction distribution in a process column. The measurement of the two-phase flows in the process column is based on the cross-sectional local instantaneous conductivity. The sensor consists of two planes of parallel electrode wires with 16 electrodes each and was placed orthogonally with each plane. The sensor electrode wires were made of tinned copper wire with an outer diameter of 0.91 mm which stretched over the sensor fixture. Therefore, this result in the mesh grid size with 5.53×5.53mm2. The wire-mesh sensor was tested in a horizontal liquid/gas two-phase flows process column with nominal diameter of 95.6 mm and the sampling frequency of 5882.3529 Hz. The tomogram results show that the wire-mesh tomography provides significant results to represent the void fraction distribution in the process column and estimation error was found in the liquid/gas interface level
In this study, heterogeneous ZnO/CNTF composites were developed to improve the NO2-sensing response, facilitated by the self-heating property. Highly conductive and mechanically stable CNTFs were prepared by a wet-spinning process assisted by the liquid crystal (LC) behavior of CNTs. Metal-organic frameworks (MOFs) of ZIF-8 were precipitated on the surface of the CNTF (ZIF-8/CNTF) via one-pot synthesis in solution. The subsequent calcination process resulted in the formation of the ZnO/CNTF composites. The calcination temperatures were controlled at 400, 500, and 600 ℃ in an N2 atmosphere to confirm the evolution of the microstructures and NO2-sensing properties. Gas sensor characterization was performed at 100 ℃ by applying a DC voltage to induce Joule heating through the CNTF. The results revealed that the ZnO/CNTF composite after calcination at 500 ℃ (ZnO/CNTF-500) exhibited an improved response (Rair/Rgas = 1.086) toward 20 ppm NO2 as compared to the pristine CNTF (Rair/Rgas = 1.063). Selective NO2-sensing properties were demonstrated with negligible responses toward interfering gas species such as H2S, NH3, CO, and toluene. Our approach for the synthesis of MOF-driven ZnO/CNTF composites can provide a new strategy for the fabrication of wearable gas sensors integrated with textile materials.
Catalytic combustion type gas sensor was fabricated by using ${\gamma}-Al_{2}O_{3}$, Pd catalyst and some binders for metane and propane detection. Using the gas sensor, digital gas meter was manufactured and tested for sensing performance. The fabricated sensor had power consumption of 700mW with applied voltage of dc 2V and the output voltage of the sensor was about 700mV for propane of 1,000ppm and 500mV for methane of 1,000ppm. In 10 cycle injection of the gases of 2,400ppm, The digital meter showed good sensitivity, linearity, and reproductivity with precision of ${\pm}25ppm({\pm}1%)$.
The effects of substrate temperature, RF power, and $NH_{3}/SiH_{4}$ gas flow ratio on the dielectric constant and optical bandgap of amorphous silicon nitride (a-SiNx:H) thin films prepared by PECVD method using RF glow discharge decomposition of $SiH_{4}$ and $NH_{3}$ gas mixtures have been studied. The dielectric constant and optical bandgap of a-SiNx:H thin films were greatly exchanged as by increasing substrate temperature, RF power, and $NH_{3}/SiH_{4}$ gas flow ratio. The dielectric constant of a-SiNx:H films was increased and optical bandgap of a-SiNx:H films was decreased as the substrate temperature was increased. When the substrate temperature, RF power, gas pressure, $NH_{3}/SiH_{4}$ gas flow ratio, and thickness were $250^{\circ}C$, 20 W, 500 mTorr, 10 and $1500\;{\AA}$, respectively, the dielectric constant, breakdown field and optical bandgap of a-SiNx:H film were 4.3, 1 MV/cm, and 2.9 eV, respectively.
As an ozone gas sensor, the semiconductor gas sensor which is cheap, portable and simple in use and has a high sensitivity and an excellent selectivity, has been known as an alternative. In the present study, ITO ($In_2O_3 95%,\;SnO_2$ 5%) thin films were deposited on the alumina substrate by using R.F. magnetron sputtering method. The substrate temperature was 300$^{\circ}C$ and 500$^{\circ}C$, respectively and then some specimens were annealed at 500$^{\circ}C$ for 4h in air. ITO gas-sensing films formed crystallines before and after annealing. As results of gas sensitivity measurements to an ozone gas, the sensor deposited at 300$^{\circ}C$ and then annealed has the highest sensitivity (sensible below 1 ppm). As the operating temperature increased gradually, the sensitivity decreased but the response time and stability improved.
VOCs (Volatile Organic Compound) sensors were fabricated using $SnO_2$nanowires-based thin films and its gas sensing behaviors were studied. The $SnO_2$ nanowires synthesized from a thermal evaporation process were dispersed in a solution and the sensor film was prepared by dropping the slurry on the substrate with the electrodes and an embedded heater. The gas response (Ra/Rg, Ra: resistance in air, Rg: resistance in gas) to $30{\sim}40$ ppm Benzene, Ethyl Benzene, o-xylene were in the range of $39{\sim}42$, which were significantly higher than those to 50 ppm of CO, $CH_4$ and $C_3H_8$ ($12{\sim}19$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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