التخصص: الفيزياء

التخصص الدقيق: علوم المواد وفيزياء النانو

المستخلص: تُعد أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون ضرورية للعمليات الصناعية ومراقبة جودة الهواء الداخلي، ولكن تطوير أجهزة استشعار منخفضة التكلفة وفعالة تعمل في درجة حرارة الغرفة لا يزال يمثل تحديًا .تتناول هذه الدراسة استكشاف الكشف عن ثاني أكسيد الكربون باستخدام أغشية نحاس أكسيد النحاس المُطعمة بالصوديوم (CuO:Na) والباريوم (CuO:Ba) والإربيوم (CuO:Er) والفاناديوم (CuO:V)، والتي تم تصنيعها بتقنية الطلاء الدوار وتم تلدينها عند 500 درجة مئوية. جميع الأغشية أظهرت بنية مونوكلينيك تنوريت، مع أحجام بلورية تتراوح بين 23.8 و59.5 نانومتر، وفجوات طاقة زادت من 1.7 إلكترون فولت لأكسيد النحاس النقي إلى 2.1 إلكترون فولت لأكسيد النحاس المُطعم بالفاناديوم (CuO:V).من بين أجهزة الاستشعار المختلفة، قدم أكسيد النحاس المُطعم بالفاناديوم (CuO:V) أفضل أداء، حيث أظهر استجابة بنسبة 248.3% لتركيز 11100 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون عند 30 درجة مئوية و45% رطوبة نسبية .كما كانت لديه وقت استجابة 7.4 ثانية ووقت استرداد 7.5 ثانية. وعند نسبة رطوبة 25%، تحسنت الاستجابة إلى 401.2%، لتصل إلى 1220% عند 140 درجة مئوية و45% رطوبة نسبية .تُبرز هذه النتائج الإمكانيات الكبيرة لأكسيد النحاس المُطعم بالفاناديوم (CuO:V) للكشف الفعّال عن ثاني أكسيد الكربون، مما يقدم إسهامات قيمة لمراقبة البيئة والجهود المبذولة للتخفيف من تغير المناخ.

Abstract: Carbon dioxide sensors are crucial for industrial processes and monitoring indoor air quality, but developing low-cost, high-performance sensors that operate at room temperature remains challenging. This study explores carbon dioxide detection using copper oxide thin films doped with sodium (CuO:Na), barium (CuO:Ba), erbium (CuO:Er), and vanadium (CuO:V), which were fabricated through spin-coating and annealed at 500 °C. All the films displayed a monoclinic tenorite structure, with crystallite sizes ranging from 23.8 to 59.5 nm, and band gaps that increased from 1.7 eV for pure copper oxide to 2.1 eV for copper oxide doped with vanadium (CuO:V). Among the various sensors, copper oxide doped with vanadium (CuO:V) exhibited the best performance, with a 248.3% response to 11100 ppm carbon dioxide at 30 °C and 45% relative humidity. It also had a response time of 7.4 s and a recovery time of 7.5 s. At 25% relative humidity, the response improved to 401.2%, reaching 1220% at 140 °C and 45% relative humidity. These findings highlight the potential of copper oxide doped with vanadium (CuO:V) for energy-efficient carbon dioxide detection, offering valuable contributions to environmental monitoring and efforts to mitigate climate change.

الحالة: محكم ومنشور

جهة التحكيم:

دار النشر: Elsevier

سنة النشر: 2025