Κατασκευή και χαρακτηρισμός χημικών αισθητήρων βασισμένων σε νανοδομές οξειδίου του ψευδαργύρου

Abstract

Το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) αποτελεί ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για μικρο- και νανο-ηλεκτρονικές διατάξεις και πλείστες εφαρμογές στη νανοτεχνολογία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, το οξείδιο του ψευδαργύρου διαθέτει ένα μοναδικό συνδυασμό ιδιοτήτων τόσο ηλεκτρικών, όσο και πιεζοηλεκτρικών, οπτοηλεκτρονικών, θερμοηλεκτρικών ιδιοτήτων καθώς και ιδιοτήτων αίσθησης. Επιπρόσθετα, το οξείδιο του ψευδαργύρου μπορεί να αναπτυχθεί με διάφορες μεθόδους σε μια πληθώρα νανοδομών, όπως νανοραβδία, νανοκαλώδια και νανοέλικες. Η ποικιλομορφία των νανοδομών και ο συνδυασμός των ιδιοτήτων του καθιστούν το οξείδιο του ψευδαργύρου ως ένα ιδιαίτερα πολυπροσμαρμοστικό και ελκυστικό υλικό για μια πληθώρα εφαρμογών. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία αναπτύχθηκαν νανοδομές οξειδίου του ψευδαργύρου μέσω της υδροθερμικής μεθόδου/sol gel πάνω σε υποστρώματα πυριτίου και χαρτιού. Στη συνέχεια οι διατάξεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν σε πειράματα αίσθησης αερίων, συγκεκριμένα υδρογόνου και υγρασίας, ενώ στην περίπτωση των διατάξεων σε υπόστρωμα πυριτίου πραγματοποιήθηκε και νόθευση λιθίου με σκοπό τη διερεύνηση της επίδρασής του στον μηχανισμό αίσθησης. Συγκεκριμένα, για τις διατάξεις σε πυρίτιο, παρατηρήθηκε εξάρτηση της μορφολογίας των διατάξεων από την συγκέντρωση του διαλύματος παρασκευής και αντίστοιχη μείωση της ευαισθησίας των αισθητήρων, της τάξης του x/10, με την αύξηση της συγκέντρωσης από 40mM σε 100mM. Με την ενσωμάτωση λιθίου στις διατάξεις παρατηρήθηκε αντίστοιχη μείωση της ευαισθησίας. Τέλος, για τις διατάξεις σε υπόστρωμα χαρτιού, παρατηρήθηκε εξάρτηση της αντίστασης και απόκρισης στην υγρασία από την μορφολογία της επιφάνειας του χαρτιού: το λιγότερο πυκνό χαρτί εμφάνισε μεγαλύτερη απόκριση και γρηγορότερους χρόνους απόκρισης και επαναφοράς. Επίσης η εναπόθεση διαδοχικών στρωμάτων ZnO στις διατάξεις οδήγησε σε αντίστοιχα μειούμενη απόκριση, έως και πλήρη ουδετεροποίηση σε περιβάλλον υγρασίας.