In this study, we propose an array-type gas sensor with high selectivity and response using multiple oxide semiconductors. The sensor array was composed of SnO2 and In2O3, and the detection characteristics were improved by using Pt, Au, and Pd catalysts. All samples were deposited directly on the Pt interdigitated electrode (IDE) through the e-beam evaporator glancing angle deposition (GAD) method. They grew in the form of well-aligned nanorods at off-axis angles. The prepared SnO2 and In2O3 nanorod samples were exposed to CH3COCH3, C7H8, and NO2 gases in a 300℃ dry condition. Au-decorated SnO2, Au-decorated In2O3, and Pd-decorated In2O3 exhibited high selectivity for CH3COCH3, C7H8, and NO2, respectively. They demonstrated a high detection limit of the sub ppb level computationally. In addition, measurements from each sensor were executed in the 40% relative humidity condition. Although there was a slight reduction in detection response, high selectivity and distinguishable detection characteristics were confirmed.
The early detection of hydrogen gas leaks is crucial because of their high explosion risk. Current oxide-semiconductor-based hydrogen sensors are reliant on electrical circuits that may fail during accidents and require high temperatures, thereby raising safety concerns. Thus, there is an urgent need for the development of simpler and more intuitive sensors that can operate at room temperature. This study proposed a hydrogen sensor based on Pd-MoO3 nanowires. The sensor exhibited a visible color change upon exposure to hydrogen at room temperature. The Pd-MoO3 nanowires were synthesized by decorating the surface of hydrothermally produced MoO3 nanowires with 1-5 wt.% Pd. Upon exposure to 5% hydrogen gas at room temperature, all Pd-MoO3 nanowires exhibited distinct color changes (∆E). In particular, the MoO3 nanowires with 3 wt.% Pd (3Pd-MoO3) yielded an exceptionally high ∆E value of over 15 within 10 min. Further, the 3Pd-MoO3 nanowires exhibited a noticeable color change (∆E > 1.6) within 2 min, demonstrating their potential for highly sensitive and rapid hydrogen detection. The outstanding color change of the 3Pd-MoO3 nanowires was attributed to valence changes in both Mo (Mo6+ and Mo5+) and Pd (Pd2+ and Pd0) upon exposure to hydrogen.
Choi, In Young;Baik, Sung Hoon;Lim, Jae Young;Cha, Jung Ho;Kim, Jin Ho
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.29
no.3
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pp.119-125
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2018
Hydrogen gas is an important and promising energy resource that has no emissions of pollutants during power generation. However, hydrogen gas is very dangerous because it is colorless, odorless, highly flammable, and explosive at low concentration. Conventional techniques for hydrogen gas detection are very difficult for measuring the hydrogen gas distribution at long distances, because they sample the gas to measure its concentration. Raman lidar is one of the techniques for remotely detecting hydrogen gas and measuring the range of the hydrogen gas distribution. A Raman lidar system with an on-axis optical receiver was developed to improve the range of hydrogen gas detection at long distance. To verify the accuracy and improvement in the range of detecting the hydrogen gas, experiments measuring the hydrogen gas concentration are carried out using the developed on-axis Raman lidar system and a gas chamber, to prevent explosion of the hydrogen gas. As a result, our developed on-axis Raman lidar system can measure a minimum hydrogen gas concentration of 0.66 volume percent at a distance of 50 m.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1998.11a
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pp.163-166
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1998
The mechanism of methane sensing by Pd-SiC diode was investigated over the temperature range of 400~$600^{\circ}C$. The effects or methane gas reaction on the parameters such as barrier height, initial rate of methane gas reaction are investigated. The methane gas reaction kinetics on the device are also discussed. The physical and chemical mechanism responsible for methane detection are proposed. Analysis of steady-state reaction kinetics using I-V method confirmed that methane gas reaction processes are responsible for the barrier height change in the diode.
At present, Metal Oxide gas Sensors (MOXs) are widely used in gas detection because of its advantages, including high sensitivity and low cost. However, MOX presents well-known problems, including lack of selectivity and environment effect, which has motivated studies on different measurement strategies and signal-processing algorithms. In this paper, we present an artificial neural network (ANN) that models an MOX sensor (TGS822) used in a dynamic environment. This model takes into account dependence in relative humidity and in gas nature. Using MATLAB interface in the design phase and optimization, the proposed model is implemented as a component in an electronic simulator library and accurately expressed the nonlinear character of the response and that its dependence on temperature and relative humidity were higher than gas nature.
We report a simple method for fabricating ZnO gas sensors via a sonochemical route and their $H_2$ gas sensing properties. Vertically aligned ZnO nanorod arrays as a sensing material were synthesized on a Pt-electrode patterned alumina substrate under ambient conditions. The advantage of the proposed method is a high speed of processing. The gas sensor based on ZnO nanorod arrays with large specific surface area showed a high response to $H_2$ and a detection limit of 70 ppm at $250^{\circ}C$. Also, their response and recovery time were relatively short and a complete regeneration was observed. A mechanism for sensing $H_2$ gas on the surface of ZnO nanorods is proposed.
Long term stability, sensitization in air, and gas sensing behaviors of tin oxide films were investigated with doping of antimony and palladium. The tin oxide films were prepared on a Corning glass by reactive rf sputtering method and tested for detection of hydrogen gas. Sb-doping improved a long-term stability in the base resistance of $SnO_2$ film sensor. A small amount of Pd doping caused the optimum sensor operating temperature to reduce and also enhanced the gas sensitivity, compared with the undoped $SnO_2$ film. Gas sensitivity depended largely on the film thickness. The important sensitization reactions for sensor operating were $(O_{2ads})+e^-\;{\rightarrow}\;2(O_{ads})^-$ on the surface of $SnO_2$ film at elevated temperature in air and a followed reaction of hydrogen atoms with $(O_{ads})^-$ ions.
Chlorine dioxide is very effective gas for sterilization or disinfection (in manufacturing), and does not produce harmful by-products after use. However, if its concentration exceeds 10 %, it become explosive and cannot be compressed or stored. Therefore, it is necessary to measure its concentration. In this study, the concentration of chlorine dioxide with a high oxidizing strength was measured using a metal oxide sensor. The sensor was a commercially available TGS series from Figaro. The sensitivity of the sensor was inversely proportional to a low concentration of chlorine dioxide gas below 6 ppm and returned to the initial resistance at about 6 ppm. When the gas concentration reached multiples of 10 ppm, resistance of the sensor increased to several megaohms.
The gas sensor is essential to monitoring dangerous gases in our environment. Metal oxide (MO) gas sensors are primarily utilized for flammable, toxic and organic gases and $O_3$ because of their high sensitivity, high response and high stability. Tungsten oxides ($WO_3$) have versatile applications, particularly for gas sensor applications because of the wide bandgap and stability of $WO_3$. Nanosize $WO_3$ are synthesized using the hydrothermal method. As-prepared $WO_3$ nanopowders are in the form of nanorods and nanorulers. The crystal structure is hexagonal tungsten bronze ($MxWO_3$, x =< 0.33), characterized as a tunnel structure that accommodates alkali ions and the phase stabilizer. A gas detection test reveals that $WO_3$ can detect acetone, butanol, ethanol, and gasoline. This is the first study to report this capability of $WO_3$.
We present the detection characteristics of nitrogen monoxide(NO) gas using p-type copper oxide(CuO) thin film gas sensors. The CuO thin films were fabricated on glass substrates by a sol-gel spin coating method using copper acetate hydrate and diethanolamine as precursors. Structural characterizations revealed that we prepared the pure CuO thin films having a monoclinic crystalline structure without any obvious formation of secondary phase. It was found from the NO gas sensing measurements that the p-type CuO thin film gas sensors exhibited a maximum sensitivity to NO gas in dry air at an operating temperature as low as $100^{\circ}C$. Additionally, these CuO thin film gas sensors were found to show reversible and reliable electrical response to NO gas in a range of operating temperatures from $60^{\circ}C$ to $200^{\circ}C$. It is supposed from these results that the p-type oxide semiconductor CuO thin film could have significant potential for use in future gas sensors and other oxide electronics applications using oxide p-n heterojunction structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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