WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

такая незначительная добавка никеля как 3% резко меняет не только величину, но и знак / и C11/C11. На 5. Обсуждение результатов рис. 7 для той же пленки представлены временные изме нения ПАВ ”отклика” при кратковременных инъекциях Приведенные выше результаты показывают, что пригазовой смеси 1% H2+N2. Из рисунка видно, что по мере менение ПАВ для детектирования газов позволяет поувеличения продолжительности времени взаимодействия лучать высокую чувствительность и уникально в смысле пленки и водорода форма ”отклика” испытывает сущевозможности управления величиной, знаком, крутизной, спадом и ”старением” ПАВ ”отклика”. Этим свойством не обладает ни один из других известных типов газовых датчиков. Макеты ПАВ датчиков водорода с газочувствительными пленками Pd, которые мы изготовили, работают в диапазоне концентрации водорода 0.1–2%, время срабатывания 30 s, время восстановления 3 min, повторяемость значений последовательных измерений ±10% и старение 14% в течение 8 месяцев. Вместе с тем высокая чувствительность ПАВ к любым возмущениям поверхности играет отрицательную роль, когда речь заходит о повторяемости результатов и о ”старении”датчика. Даже незначительные количества примесей, адсорбированных пленкой в период между двумя последовательными эксРис. 7. Изменения ”отклика” ПАВ при коротковременных позициями или в результате продолжительного контакта инъекциях тестируемой газовой смеси. Пленка Pd0.97Ni0.03, с окружающей средой, способны заметно исказить рабосмесь 1% H2 + N2. Продолжительность инъекции s: 1 — 20, 2 — 65, 3 — 125, 4 — 185. чие характеристики датчика.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 80 В.И. Анисимкин, И.М. Котелянский, Э. Верона зовых смесей, состоящих из различных газов различных концентраций, то использование термокондуктометрического датчика на ПАВ возможно только для определения концентраций каждого из заранее известных газов, составляющих бинарную смесь.

Детектирование газов с помощью ПАВ может осуществляться и на основе калориметрического принципа [27]. Конструкция такого ПАВ датчика практически не отличается от конструкции кондуктометрического ПАВ датчика (рис. 8): здесь также отсутствует газочувствительное покрытие, и детектирование основаРис. 8. Конструкция кондуктометрического и калориметри- но на фиксации изменения фазы (частоты) ПАВ из-за ческого ПАВ датчиков. 1 — встречно-штыревые электромеха- изменения скорости ПАВ в звукопроводе, связанного нические преобразователи, 2 — пьезоэлектрическая подложка, с изменением его температуры. Однако в конструк3 — тонкопленочный нагреватель, 4 — электроды для приции калориметрического ПАВ датчика (рис. 8) тонколожения постоянного электрического напряжения, 5 —ПАВ, пленочный нагреватель изготавливается из материала, 6 —газ.

обратимо меняющего электрическое сопротивление при наличии тестируемого газа в окружающей среде. Так как к такому нагревателю прикладывается постоянное по величине напряжение, то изменение его сопротивления Традиционный путь преодоления этого недостатка соR под воздействием тестируемого газа приводит послестоит в разработке избирательных, чувствительных и довательно к изменениям тока, выделяемой мощности одновременно стабильных во времени тонкопленочных и температуры звукопровода. Калориметрическому ПАВ покрытий. Однако, несмотря на многолетние усилия датчику присущи все достоинства и недостатки обычных большого числа исследователей, этот путь оказывается резистивных детекторов газа. Их принципиальное отлималоэффективным, за редкими исключениями. Отмеченчие состоит в виде выходного сигнала: если для резиная выше возможность оптимизации материала и/или стивного датчика выходной сигнал представляет собой кристаллографического среза подложки несколько оботносительное изменение сопротивления пленки R/R, легчает решение этой задачи.

то для ПАВ датчика — относительное изменение фазы Другой путь заключается в исключении газочувстви/ или частоты f / f. Поэтому калориметрический тельного покрытия на пути распространения волны и, датчик на ПАВ одновременно с детектированием газа следовательно, его дестабилизирующего влияния [24,25] осуществляет фактически аналого-цифровое преобразо(рис. 8). В этом случае исследуемая газовая смесь вание типа R/R- f / f со всеми вытекающими отсюда подается в измерительную камеру, в которой имеетпреимуществами.

ся обычная линия задержки, нагретая до температуры примерно на 50 выше окружающей среды. Если состав газовой смеси изменяется, то последовательно Выводы меняются теплопроводность среды, теплоотвод от нагретой линии задержки, ее температура T и скорость Преимущества использования ПАВ для детектировараспространения ПАВ V в звукопроводе. Изменения скония газов связаны с их очень высокой чувствительностью рости ПАВ фиксируются по изменениям фазы (частоты).

к изменениям плотности и модулей упругости среды Величина термокондуктометрического ПАВ ”отклика” распространения (/ Ci j/Ci j 5 · 10-5), возпропорциональна изменению теплопроводности газовой можностью измерения с высокой точностью изменений смеси и температурному коэффициенту скорости скорости распространения ПАВ, происходящих из-за ПАВ материала звукопровода. Поэтому для таких дат- изменений / и Ci j/Ci j, путем фиксации изменения чиков звукопроводы надо изготавливать из материалов с фазы (частоты) сигнала и получения ПАВ ”отклика” в большой величиной температурного коэффициента ско- частотном виде.

рости ПАВ. Выбирая рабочую температуру и материал У ПАВ датчиков с выбранным газочувствительным подложки, можно увеличивать, уменьшать, ”занулять” покрытием для тестируемого газа можно подбором маи инвертировать величину ”отклика”. Также можно териала подложки и/или кристаллографического среза проводить селекцию одного тестируемого газа на фоне управлять величиной, знаком, крутизной (спадом) ПАВ другого [25].

”отклика”, а также уменьшать ”старение” датчика со вреТермокондуктометрическая регистрация газов мето- менем. Но большая чувствительность ПАВ к изменениям дом ПАВ свободна от недостатков обычных ПАВ датчи- плотности и модулей упругости среды распространения ков с газочувствительными покрытиями. Однако, как и приводит, к сожалению, и к большой проблеме — необв случае термокондуктометрических ячеек резистивного ходимости изготовления газочувствительных покрытий типа [26], она обладает ограниченной применимостью. с воспроизводимыми и стабильными во времени плотноПоскольку тепловой эффект может быть одинаков у га- стьюи модулями упругости.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Анализ газов и индуцируемых ими поверхностных процессов... Большей воспроизводимостью и меньшим ”старени- [12] Kepley L.J., Crooks R.M., Ricco A.J. // Anal. Chem. 1992.

Vol. 64. P. 3191–3193.

ем” во времени обладают газовые ПАВ датчики тер[13] Sun L., Thomas R.C., Crooks R.M., Ricco A.J. // J. Amer.

мокондуктометрического и калориметрического типов, Chem. Soc. 1991. Vol. 113. P. 8550–8552.

которые не используют газочувствительных покрытий на [14] Bucur R.V., Mecea V.M., Flanagan T.B. // Surf. Sci. 1976.

пути распространения волны. Но использование калоVol. 54. P. 477–488.

риметрического ПАВ датчика ограничено бинарными и [15] Bucur R.V. // J. Catalysis. 1981. Vol. 70. P. 92–101.

лишь в редких случаях тройными соединениями заранее [16] Cristofides C., Mandelis A. // J. Appl. Phys. 1989. Vol. 66.

известных газов. А область применения калориметриN 9. P. 3986–3992.

ческих ПАВ датчиков, к сожалению, ограничена не[17] Cristofides C., Mandelis A. // J. Appl. Phys. 1990. Vol. 68.

большим числом известных материалов для нагревателя, N 6. P. R1–R30.

способных обратимо менять свое электросопротивление [18] Lewis F.A. // The Palladium Hydrogen System. London:

под воздействием тестируемого газа. New York: Acad. Pres. 1967. 178 p.

[19] Lundstrom I. // Sensors and Actuators. 1981. Vol. 1. P. 403– Высокая чувствительность ПАВ к изменениям плотно426.

сти и модулей упругости среды распространения делает [20] Lundstrom I. // Sensors and Actuators. 1981/1982. Vol. 2.

перспективным их использование для исследования таP. 105–137.

ких поверхностных эффектов, как адсорбция и десорбция [21] Hughes R.C., Taylor P.A., Ricco A.J., Rye R.R. // J.

их газовой фазы. По величине относительного измеElectrochem. Soc. 1989. Vol. 136. N 9. P. 2653–2661.

нения плотности можно определять количество атомов [22] Литовченко В.Г., Лисовский И.П., Ефпемов А.А. и др. // (молекул), адсорбировавшихся на поверхности с точноПоверхность. 1995. № 10. C. 5–17.

стью 1014 cm-2, изменения числа адсорбированных [23] Анисимкин В.И., Котелянский И.М., Верона Э. // (десорбированных) частиц за времена 10-8 s, а по Поверхность. 1996. № 11. C. 20–27.

температурным зависимостям этих изменений — об [24] Anisimkin V.I., Penza M., Osipenko V.A., Vasanelli L. // IEEE Trans. 1995. Vol. UFFC-42. N 6. P. 978–980.

энергии адсорбции (десорбции) с точностью не хуже [25] Anisimkin V.I., Penza M., Maksimov S.A., Vasanelli L. // 0.2 eV. По изменению температуры среды респростраProc. IEEE Ultrasonic Sump. Seattle, 1995. P. 481–484.

нения ПАВ, которая может быть измерена с точностью [26] Виглеб Г. Датчики. Пер. с нем. М.: Мир, 1989. 196 с.

10-4C, можно определять энергии химических поверх[27] Anisimkin V.I., Kotelyanskii I.M., Maximov S.A., Penza M. // ностных реакций. Возможность раздельного определения Proc. Intern. Symp. on Accounstoelectronics, Frequency временных изменений плотности и модулей упругости Control and Signal Generation. Moscow, 1996. P. 70.

позволяет раздельно исследовать поверхностные процессы, происходящие в объеме среды. По относительным изменениям модулей упругости можно моделировать различного рода потенциалы межкристаллитного взаимодействия.

Список литературы [1] Verona E., Caliendo C., D’Amico A. SAW Gas Sensors / Ed.

G. Sberveglieri. London: Kluwer. 1992. 281 p.

[2] Auld B.A. Acoustic Fields and Waves in Solids. New York;

London; Sydney; Toronto: Wiley Interscience Publication, 1973. Vol. 2. 416 p.

[3] Анисимкин В.И., Котелянский И.М., Верарди П., Верона Э. // ФТТ. 1994. Т. 36. Вып. 2. С. 428–435.

[4] Анисимкин В.И., Котелянский И.М. // ЖТФ. 1985. Т. 55.

Вып. 12. С. 2420–2421.

[5] Анисимкин В.И., Котелянский И.М. // ЖТФ. 1992. Т. 62.

Вып. 2. С. 200–202.

[6] Anisimkin V.I., Kotelyanskii I.M., Fedosov V.I. et al. // Proc.

IEEE Ultrason. Symp. Seattle, 1995. P. 515–518.

[7] Mecea V.M. // Sensors and Actuators. 1994. Vol. A40. P. 1–27.

[8] Anisimkin V.I., Kotelyanskii I.M., Verardi P., Verona E. // Sensors and Actuators. 1995. Vol. B23. P. 203–208.

[9] Martin S.J., Ricco A.J., Ginley D.S., Zipperian T.E. // IEEE Trans. 1987. Vol. UFFC-34. N 2. P. 143–147.

[10] Ricco A.J., Frye G.C., Martin S.J. // Langmuir. 1989. Vol. 5.

P. 273–276.

[11] Glaves C.L., Frye G.C., Smith D.M. et al. // Langmuir. 1989.

Vol. 5. P. 459–466.

6 Журнал технической физики, 1998, том 68, №

Pages:     | 1 | 2 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.