Аннотация:Полупроводниковые газовые сенсоры – это датчики, в качестве чувствительного материала которых используются полупроводниковые оксиды металлов. Их принцип работы заключается в детектировании аналитического сигнала, которым зачастую является изменение сопротивления материала. Этот электрохимический эффект обусловлен процессами сорбции-десорбции кислорода и реакциями между хемосорбированным кислородом с детектируемыми газами на поверхности материала.
Одним из популярных материалов для полупроводниковых газовых сенсоров является диоксид олова, который, несмотря на доступность и простоту синтеза, имеет низкую чувствительность и селективность. Устранение недостатков материалов на основе SnO2 осуществляется за счет химической модификации материала каталитическими оксидами. В данной работе рассмотрено влияние на сенсорные свойства материала модификации диоксида олова оксидами марганца.
Материалы SnO2/MnOx¬ с атомным содержанием марганца [Mn]/[Mn+Sn]: 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 и 1,5 ат. % получены методом пропитки оксида олова (IV) спиртовым раствором ацетилацетоната марганца (III) с последующим отжигом на воздухе при 600ºС. Методом рентгенофазового анализа подтверждено наличие одной кристаллической фазы – тетрагонального SnO2. По данным рамановской спектроскопии и определенным по записанным с германиевым стандартом рентгенограммам порошков материалов можно судить также об образовании твердого раствора SnO2-MnOx на основе SnO2: при увеличении массовой доли марганца, объем ячейки уменьшается от 71,54(2) Å3 для чистого вещества до 71,360(2) Å3 при содержании марганца 1,5%. Это может быть связанно с замещением в октаэдрической позиции Sn(IV) на высокоспиновый Mn(III), который имеет несколько меньший в сравнении со Sn4+ ионный радиус.
Сенсорные свойства материалов изучали по отношению к бензолу в режиме изменения температуры и циклическом изменении состава газовой фазы.
При рассмотрении температурной зависимости, характер кривой для марганецсодержащих материалов отличается от чистого диоксида олова при температурах выше 230 ºС, при пониженной температуре величины сигналов практически не различимы. Сенсорный сигнал для материалов с низким (0,1, 0,25 и 0,5) содержанием марганца имеют в среднем большее значение, чем материалы с высоким (1,0 и 1,5) содержанием марганца. Зависимость величины сигнала от концентрации бензола практически линейна в диапазоне 0,25 – 2 м.д., причем по значению сигнала материалы SnO2/MnOx превосходят немодифицированный SnO2, а материалы с низким (0,1 и 0,25) содержанием марганца оказываются по сенсорным характеристикам лучше материалов с высоким (0,5, 1,0 и 1,5) содержанием марганца.
Таким образом, модифицированный оксидами марганца диоксид олова приводит к улучшению сенсорного отклика по отношению к бензолу в сравнении с немодифицированным SnO2 при температурах 320–410°С в диапазоне концентраций бензола 0,1–2 м.д. в сухом воздухе.
