Synthesis and gas sensing properties of inorganic semiconducting, p-n heterojunction nanomaterials

Abstract

En aquesta tesis utilitzant principalment Aerosol Assited Chemical Vapor Deposition, AACVD, com a metodologia de síntesis d'òxid de tungstè nanoestructurat s'han fabricat diferents sensors de gasos. Per tal d'estudiar la millora en la selectivitat i la sensibilitat dels sensors de gasos basats en òxid de tungstè aquest s'han decorat, via AACVD, amb nanopartícules d'altres òxids metàl·lics per a crear heterojuncions per tal d'obtenir un increment en la sensibilitat electrònica, les propietats químiques del material o bé ambdues. En particular, s'han treballat en diferents sensors de nanofils d'òxid de tungstè decorats amb nanopartícules d'òxid de níquel, òxid de cobalt i òxid d'iridi resultant en sensors amb un gran increment de resposta i selectivitat cap al sulfur d'hidrogen, per a l'amoníac i per a l'òxid de nitrogen respectivament a concentracions traça. A més a més, s'han estudiat els mecanismes de reacció que tenen lloc entre les espècies d'oxigen adsorbides a la superfície del sensor quan interactua amb un gas. I també s'ha treballat en intentar controlar el potencial de superfície de les capes nanoestructurades per tal de controlar la deriva en la senyal al llarg del temps, quan el sensor està operant, a través d'un control de temperatura.

En esta tesis utilizando principalmente Aerosol Assited Chemical Vapor Deposition, AACVD, como metodología de síntesis de óxido de tungsteno nanoestructurado se han fabricado diferentes sensores de gases. Para estudiar la mejora en la selectividad y la sensibilidad de los sensores de gases basados en óxido de tungsteno estos se han decorado, vía AACVD, con nanopartículas de otros óxidos metálicos para crear heterouniones para obtener un incremento en la sensibilidad electrónica, las propiedades químicas del material o bien ambas. En particular, se han trabajado en diferentes sensores de nanohilos de óxido de tungsteno decorados con nanopartículas de óxido de níquel, óxido de cobalto y óxido de iridio resultante en sensores con un gran incremento de respuesta y selectividad hacia el sulfuro de hidrógeno, para el amoníaco y para el óxido de nitrógeno respectivamente a concentraciones traza. Además, se han estudiado los mecanismos de reacción que tienen lugar entre las especies de oxígeno adsorbidas en la superficie del sensor cuando interactúa con un gas. Y también se ha trabajado en intentar controlar el potencial de superficie de las capas nanoestructuradas para controlar la deriva en la señal a lo largo del tiempo, cuando el sensor está trabajando, a través de un control de temperatura.

In this thesis, using mainly Aerosol Assited Chemical Vapor Deposition, AACVD, as a synthesis methodology for nanostructured tungsten oxide, different gas sensors have been manufactured. To study the improvement in the selectivity and sensitivity of gas sensors based on tungsten oxide, they have been decorated, via AACVD, with nanoparticles of other metal oxides to create heterojunctions to obtain an increase in electronic sensitivity, in the chemical properties of the material or at the same time in both. Particularly, we have worked on different tungsten oxide nanowire sensors decorated with nanoparticles of nickel oxide, cobalt oxide and iridium oxide resulting in sensors with a large increase in response and selectivity towards hydrogen sulfide, for ammonia. and for nitrogen oxide respectively at trace concentrations. In addition, the reaction mechanisms that take place between oxygen species adsorbed on the sensor surface when it interacts with a gas have been also studied. Furthermore, efforts have been put on trying to control the surface potential of the nanostructured layers to control the drift in the signal over time, when operating the sensors, through temperature control.