بررسی و ساخت لایه ترکیبی پالادیوم-مس به عنوان لایه جاذب حسگر گاز هیدروژن مبتنی بر فیبر نوری نازک شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده فیزیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده فیزیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 نویسنده مسئول: استادیار، دانشکده فیزیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش به بررسی تأثیر پارامتر لایه جاذب بر روی حساسیت حسگر گاز هیدروژن مبتنی بر فیبر نوری نازک شده پرداخته شده است. ابتدا با استفاده از فیبر نوری تک مد و با روش کشش و شعله، فیبر نوری نازک شده تهیه شد. سپس با استفاده از روش کندوپاش مغناطیسی دو نمونه لایه پالادیوم و پالادیوم-مس به عنوان لایه جاذب بر روی فیبرها به صورت یکطرفه لایه‌نشانی شد. نتایج آنالیز طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDX) نشان داد که درصد نسبت پالادیوم به مس در سطح نمونه 53/97 به 47/2 درصد است. انجام تست حسگری برای درصدهای مختلف گاز هیدروژن نشان داد که لایه ترکیبی پالادیوم-مس (Pd97. 53Cu2. 47) به عنوان لایه جاذب حساسیت کمتری در مقایسه با لایه جاذب پالادیوم تنها دارد و به طور نوعی درصد تغییرات توان خروجی در حضور 3 درصد گاز هیدروژن برای حسگرهایی با لایه جاذب پالادیوم-مس 38/3 % و برای حسگرهایی با لایه جاذب پالادیوم 77/16 % به دست آمد. اما در هر حال، تغییرات پاسخ لایه ترکیبی پالادیوم-مس بر خلاف لایه پالادیوم، نسبت به مقدار هیدروژن محیط خطی بود.

کلیدواژه‌ها


[1]    B. Wang, Y. Zhu, Y. Chen, H. Song, P. Huang, and D. V. Dao, “Hydrogen Sensor Based on Palladium-Yttrium Alloy Nanosheet,” Materials Chemistry and Physics, vol. 194, pp. 231-235, 2017. 
[2]    A. M. Valadez, C. A. Lana, S. I. Tu, M. T. Morgan, and A. K. Bhunia, “Evanescent Wave Fiber Optic Biosensor for Salmonella Detection in Food,” Sensors, vol. 9, pp. 5810–5824, 2009. 
[3]    J. D. Love and W. M. Henry, “Quantifying Loss Minimisation in Single-Mode Fiber Tapers,” Electronics Letters, vol. 22, pp. 912–914, 1986. 
[4]    Y. n. Zhang, H. Peng, X. Qian, Y. Zhang, G. An and Y. Zhao.  , “Recent Advancements in Optical Fiber Hydrogen Sensors,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 244, p. 393, 2017. 
[5]    A. Hosoki, M. Nishiyama, H. Igawa, A. Seki, Y. Choi and K. Watanabe, “A Surface Plasmon Resonance Hydrogen Sensor Using Au/Ta2O5/Pd Multi-Layers on Hetero-Core Optical Fiber Structures,” Sensors and Actuators B Chemical 185: p. 53-58, 2013. 
[6]    R. Tabassum and B. D. Gupta, “Fiber Optic Hydrogen Gas Sensor Utilizing Surface Plasmon Resonance and Native Defects of Zinc Oxide by Palladium,” Journal of Optics, vol. 18, p. 015004, 2015. 
[7]    R. Tabassum and B. D. Gupta, “Fiber Optic Hydrogen Gas Sensor Utilizing Surface Plasmon Resonance and Native Defects of Zinc Oxide by Palladium,” Journal of Optics, vol. 18, p. 015004, 2015. 
[8]    J. Villatoro, A. Diez, J. L. Cruz and M. V. Andrés, “Highly Sensitive Optical Hydrogen Sensor Using Circular Pd-Coated Singlemode Tapered Fibre,” Electronics Letters, vol. 37, pp. 1011-1012, 2001. 
[9]    S. Sekimoto, H. Nakagawa, S. Okazaki, K. Fukuda, S. Asakura, T.Shigemori and S. Takahashi, “A fiber-Optic Evanescent-Wave Hydrogen Gas Sensor Using Palladium-Supported Tungsten Oxide,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 66, pp. 142-145, 2000. 
[10]  Y. Liu, Y. P. Chen, H. Song and G. Zhang, “Modeling Analysis and Experimental Study on the Optical Fiber Hydrogen Sensor Based on Pd-Y Alloy Thin Film,” Review of Scientific Instruments, vol. 83, p. 075001, 2012. 
[11]  Y. Liu and L. YanLi, “Signal Analysis and Processing Method of Transmission Optical Fiber Hydrogen Sensors with Multi-Layer Pd–Y Alloy Films,” International Journal of Hydrogen Energy, vol. 44, pp. 27151-27158, 2019. 
[12]  Y. Liu and L. YanLi,  “Signal Analysis and Processing Method of Transmission Optical Fiber Hydrogen Sensors with Multi-Layer Pd–Y Alloy Films,” International Journal of Hydrogen Energy, vol. 44, pp. 27151-27158, 2019. 
[13]  T. Mak, R. J. Westerwaal, M. Slaman, H. Schreuders, A. W. Van Vugt, M. Victoria, C. Boelsma and B. Dam, “Optical Fiber Sensor for the Continuous Monitoring of Hydrogen in Oil,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 190, pp. 982-989, 2014. 
[14]  K. S. Park, Y. H. Kim, J. B. Eom, S. J. Park, M. S. Park, J. H. Jang, and B. H. Lee, “Compact and Multiplexible Hydrogen Gas Sensor Assisted by Self-Referencing Technique,” Optics express, vol. 19, pp. 18190-18198, 2011. 
[15]  S. Tang, B. Zhang, Z. Li, J. Dai, G. Wang and M. Yang, “Self-Compensated Microstructure Fiber Optic Sensor to Detect High Hydrogen Concentration,” Optics Express, vol. 23, pp. 22826-22835, 2015. 
[16]  C. Wang, L. Yin, L. Zhang, D. Xiang and R. Gao, “Metal Oxide Gas Sensors: Sensitivity and Influencing Factors,” Sensors, vol. 10, 2088-2106, 2010. 
[17]  A. I. Ayesh, “Linear Hydrogen Gas Sensors Based on Bimetallic Nano Clusters,” Journal of Alloys and Compounds, vol.  689, pp. 1-5, 2016. 
[18]  A. I.Ayesh, “Linear Hydrogen Gas Sensors Based on Bimetallic Nano Clusters,” Journal of Alloys and Compounds, vol.  689, pp. 1-5, 2016. 
[19]  R. P. Domingues, M. S. Rodrigues, C. Lopes, P. Pedrosa, E. Alves, N. P. Barradas, J. Borges and F. Vaz, “Thin Films Composed of Metal Nanoparticles (Au, Ag, and Cu) Dispersed in AlN: The Influence of Composition and Thermal Annealing on the Structure and Plasmonic Response,” Thin Solid Films, vol. 676, pp. 12-25, 2019. 
[20]  R. Tabassum,  K. M. Satyendra and D. G. Banshi, “Surface Plasmon Resonance-Based Fiber Optic Hydrogen Supplied Gas Sensor Utilizing Cu–ZnO Thin Films,” Physical chemistry Chemical physics, vol. 15, pp. 11868-11874, 2013. 
[21]  R. Tabassum,  K. M. Satyendra, and D. G. Banshi, “Surface Plasmon Resonance-Based Fiber Optic Hydrogen Supplied Gas Sensor Utilizing Cu–ZnO Thin Films,” Physical chemistry Chemical physics, vol. 15, pp. 11868-11874, 2013.