Mg-doped ZnO one-dimensional (1D) nanostrutures were synthesized by using a thermal evaporation technique. The morphology, crystal structure, and sensing properties of the Mg-doped ZnO nanostructures functionalized with Pt to CO gas at $100^{\circ}C$ were examined. The diameters of the 1D nanostructures ranged from 80 to 120 nm and that the lengths were up to a few tens of micrometers. The gas sensors fabricated from multiple networked Mg-doped ZnO nanowires functionalized with Pt showed enhanced electrical response to CO gas. The responses of the nanowires were improved by approximately 70, 69, 111, and 81 times at CO concentrations of 10, 25, 50, and 100 ppm, respectively. Both the response and recovery times of the nanowire sensor for CO gas sensing were not nearly changed by Pt functionalization. It also appeared that the Mg doping concentration did not influence the sensing properties of ZnO nanowires as strongly as Pt-functionalization. In addition, the mechanism for the enhancement in the CO gas sensing properties of Mg-doped ZnO nanowires by Pt functionalization is discussed.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제13권1호
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pp.27-30
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2012
This paper proposes a micro gas sensor for measuring $H_2S$ gas. This is based on a $SnO_2$-CuO multi-layer thin film. The sensor has a silicon diaphragm, micro heater, and sensing layers. The micro heater is embedded in the sensing layer in order to increase the temperature to an operating temperature. The $SnO_2$-CuO multi layer film is prepared by the alternating deposition method and thermal oxidation which uses an electron beam evaporator and a thermal furnace. To determine the effect of the number of layers, five sets of films are prepared, each with different number of layers. The sensitivities are measured by applying $H_2S$ gas. It has a concentration of 1 ppm at an operating temperature of $270^{\circ}C$. At the same total thickness, the sensitivity of the sensor with multi sensing layers was improved, compared to the sensor with one sensing layer. The sensitivity of the sensor with five layers to 1 ppm of $H_2S$ gas is approximately 68%. This is approximately 12% more than that of a sensor with one-layer.
Light-activated metal oxide gas sensors have been investigated in recent decades. Light illumination enhances the sensing attributes, including the operational temperature, sensitivity, and selectivity. Unfortunately, high operating temperature is a major problem for gas sensors because of the huge energy consumption. Therefore, the importance of light-activated room-temperature sensing has increased. This paper reviews recent light-activated sensors and their sensing mechanisms with a specific focus on metal oxide gas sensors. Studies use the outstanding ZnO and SnO2 sensors to research photoactivation when illuminated by various sources such as ultraviolet (UV), halogen lamp, or monochromatic light. Photon induction generates electron-hole pairs that increase the number of adsorption sites of gas molecules and ions improving the sensor's sensing properties.
In this short review, we explore the recent progress in metal-based gas-sensing techniques. The strong interaction between the metal films and hydrogen gas can be considered to play a considerably important role in the gas-sensing technique. The physical and chemical reactions in Pd-Pd hydride systems were studied in terms of the phase transition and lattice expansion of the metals. Two types of represented detection, electrical and optical, were introduced and discussed along with their advantages.
피치계 활성탄소섬유의 유해가스 감응특성을 알아보고자 피치계 활성탄소섬유와 폴리비닐알코올(PVA)을 이용하여 가스센서용 전극을 제조하였다. 제조된 가스센서용 활성탄소섬유 전극의 물리화학적 특성은 주사전자현미경(SEM) 및 비표면적 측정기(BET)를 이용하여 분석하였다. 또한, 전극의 유해가스 감응특성은 $NH_3$, NO 및 $CO_2$와 같은 여러 유독가스를 이용하여 확인하였다. 가스센서용 활성탄소섬유 전극의 비표면적은 바인더인 PVA에 의하여 활성탄소섬유보다 33% 감소하였지만, 전극의 기공크기분포는 PVA에 의하여 크게 영향을 받지 않았다. 가스센서용 활성탄소섬유 전극은 반도체 기반 가스센서와는 다르게 전자도약에 의해서 유해가스를 감응하였다. 본 연구에서, 활성탄소섬유 전극의 저항은 100 ppm의 $NH_3$ 유해가스에 대하여 7.5% 감소하였으며, 그 $NH_3$ 가스 감응특성이 다른 유해가스보다 뛰어남을 확인하였다.
We report the nitrogen monoxide (NO) gas sensing properties of p-type CuO-nanorod-based gas sensors. We synthesized the p-type CuO nanorods with breadth of about 30 nm and length of about 330 nm by a hydrothermal method using an as-deposited CuO seed layer prepared on a $Si/SiO_2$ substrate by the sputtering method. We fabricated polycrystalline CuO nanorod arrays at $80^{\circ}C$ under the hydrothermal condition of 1:1 morality ratio between copper nitrate trihydrate [$Cu(NO_2)_2{\cdot}3H_2O$] and hexamethylenetetramine ($C_6H_{12}N_4$). Structural characterizations revealed that we prepared the pure CuO nanorod array of a monoclinic crystalline structure without any obvious formation of secondary phase. It was found from the gas sensing measurements that the p-type CuO nanorod gas sensors exhibited a maximum sensitivity to NO gas in dry air at an operating temperature as low as $200^{\circ}C$. We also found that these CuO nanorod gas sensors showed reversible and reliable electrical response to NO gas at a range of operating temperatures. These results would indicate some potential applications of the p-type semiconductor CuO nanorods as promising sensing materials for gas sensors, including various types of p-n junction gas sensors.
Oxide semiconductor gas sensors are widely used for detecting toxic, explosive, and flammable gases due to their simple structure, cost-effectiveness, and potential integration into compact devices. However, their reliable gas detection is hindered by a longstanding issue known as humidity dependence, wherein the sensor resistance and gas response change significantly in the presence of moisture. This problem has persisted since the inception of oxide semiconductor gas sensors in the 1960s. This paper explores the root causes of humidity dependence in oxide semiconductor gas sensors and presents strategies to address this challenge. Mitigation strategies include functionalizing the gas-sensing material with noble metal/transition metal oxides and rare-earth/rare-earth oxides, as well as implementing a moisture barrier layer to prevent moisture diffusion into the gas-sensing film. Developing oxide semiconductor gas sensors immune to humidity dependence is expected to yield substantial socioeconomic benefits by enabling medical diagnosis, food quality assessment, environmental monitoring, and sensor network establishment.
Semiconductor gas sensors based on metal oxide are widely used in a number of applications, from health and safety to energy efficiency and emission control. Nanomaterials including nanowires, nanorods, and nanoparticles have dominated the research focus in this field owing to their large number of surface sites that facilitate surface reactions. Recently, metal oxide hollow structures using soft templates have been developed owing to their high sensing properties with large-area uniformity. Here, we provide a brief overview of metal oxide hollow structures and their gas-sensing properties from the aspects of template size, morphology, and additives. In addition, a gas-sensing mechanism and perspectives are presented.
A sub-ppm level MEMS gas sensor that can be used for the detection of formaldehyde (HCHO) is presented. It is realized by using a zinc oxide (ZnO) thin-film material with a Ni-seed layer as a sensing material and by bulk micromachining technology. To enhance sensitivity of the MEMS gas sensor with Ni-seed layer was embedded with ZnO sensing material and sensing electrodes. As experimental results, the changed sensor resistance ratio for HCHO gas was 9.65 % for 10 ppb, 18.06 % for 100 ppb, and 35.7 % for 1 ppm, respectively. In addition, the minimum detection level of the fabricated MEMS gas sensor was 10 ppb for the HCHO gas. And the measured output voltage was about 0.94 V for 10 ppb HCHO gas concentration. The noise level of the fabricated MEMS gas sensor was about 50 mV. The response and recovery times were 3 and 5 min, respectively. The consumption power of the Pt micro-heater under sensor testing was 184 mW and its operating temperature was $400^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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