التخصص: الفيزياء

التخصص الدقيق: علوم المواد وفيزياء النانو

المستخلص: أبرزت الحاجة المُلِحّة لمواجهة تغيّر المناخ أهمية أجهزة استشعار الغاز القادرة على مراقبة جودة الهواء في درجة حرارة الغرفة (RT) وقياس تراكيز أكاسيد الكربون (CO2 وCO) في البيئة بدقة .تتناول هذه الدراسة تطوير جهاز استشعار غاز CO2 فائق الحساسية باستخدام أغشية رقيقة من Co3O4 المُطعمة بالقصدير والمحضّرة بتقنية الطلاء الدوار، والذي يعمل في درجة حرارة 30 مئوية ورطوبة نسبية 43 %.أثبتت تقنيات التوصيف المكثفة، بما في ذلك حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)، والتقنيات البصرية (UV–Vis)، تأثير التطعيم بالقصدير على مورفولوجيا السطح ونقاء الطور وتقليل ملحوظ في فجوة الطاقة المزدوجة للأغشية الرقيقة .تم إجراء قياسات استشعار الغاز في درجة حرارة الغرفة باستخدام تركيزات مختلفة من غاز CO2. وحقق الفيلم الأكثر حساسية، Co3O4 المُطعم بنسبة 10% بالقصدير، استجابة بلغت 796.81% عند تركيز 9990 جزء في المليون من غاز CO2. كما تم اختبار مستويات مختلفة من الرطوبة النسبية بنسبة CO2 ثابتة قدرها 9990 جزء في المليون، وكُشف عن مستوى رطوبة مثالي بنسبة 43 % في درجة حرارة الغرفة .أظهرت التحليلات أن جهاز الاستشعار بنسبة 10% Sn-Co3O4 عرض حساسية مُعزّزة تجاه CO2، متفوقًا على استجابته للغازات الأخرى مثل N2 وH2 وNH3وتبرز الحدود المكتشفة للكشف والقياس دقة الجهاز وموثوقيته في قياس تركيزات غاز CO2..تؤكد نتائجنا الإمكانات الكبيرة لأغشية Co₃O₄ المُطعمة بالقصدير كأجهزة استشعار لغاز CO₂ فائقة الحساسية. تقدم هذه الأغشية حلاً واعدًا للكشف عن مستويات CO₂ المرتفعة في درجة حرارة الغرفة، مما يساهم في جهود التخفيف من تغير المناخ

Abstract: The urgency to address climate change has highlighted the need for gas sensors capable of monitoring air quality at room temperature (RT) and accurately measuring the concentrations of carbon oxides (CO2 and CO) in the environment. This study details the development of a highly sensitive CO2 gas sensor using spin-coated Sn-doped Co3O4 thin films, operating at a room temperature of 30⁰C and a relative humidity (RH%) of 43 %. Extensive characterization employing XRD, SEM, EDX, FTIR, and UV–Vis optical techniques verified the impact of Sn doping on the surface morphology, phase purity, and a notable reduction in the dual-band gap of the thin films. Gas sensing measurements were conducted at RT using varying CO2 gas concentrations. A sensor response of 796.81 % was obtained for the optimally sensitive film, 10 % Sn-doped Co3O4, at a CO2 concentration of 9990 ppm. Additionally, a range of RH % levels was examined at a constant CO2 gas concentration of 9990 ppm, revealing an optimal humidity level of 43 % at RT. Further analysis revealed that the 10 % Sn-Co3O4 sensor displayed enhanced sensitivity to CO2, surpassing its response to N2, H2, and NH3 gases. The determined limits of detection and quantification underscore the sensor's precision and reliability in quantifying CO2 gas concentrations. Our findings demonstrate the excellent potential of Sn-doped Co₃O₄ thin films as highly sensitive CO₂ gas sensors. These films provide a promising solution for detecting elevated CO₂ levels at room temperature, aiding climate change mitigation efforts.

الحالة: محكم ومنشور

جهة التحكيم: Elsevier

دار النشر: Elsevier

سنة النشر: 0