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

عنوان مقاله [English]

Investigation and fabrication of palladium-copper composite layer as an adsorbent layer of tapered fiber optic hydrogen gas sensor

نویسندگان [English]

  • محمد mohammadnezhad 1
  • mohammadreza zamani meymian 2
  • mohammad vahedi 3
1 مشهد کاشمر
2 Solid State Department, Faculty of Physics, Iran University of Science and Technology, Tehran
3 Elm-o-sanat
چکیده [English]

In this research, the effect of adsorbent layer on the hydrogen gas sensing of tapered optical fiber sensors has been investigated. First, the taperd optical fiber is prepared by heating and pulling a single mode optical fiber. Then, by using magnetic sputtering method, two samples of palladium and palladium-copper layers were deposited on one-side of the surface of the fiber as an adsorbent layer. The results of X-ray energy dispersion spectroscopy analysis (EDX) showed that the ratio of palladium to copper in the sample area is 97. 53 to 2. 47%. Sensor operation tests for different percentages of hydrogen gas showed that the palladium-copper composite layer (Pd97. 53Cu2. 47) demonstrates lower sensitivity in comparison to the palladium layer Typically, the percentage change in output power in the presence of 3% hydrogen gas was 3. 38% for sensors with palladium-copper adsorbent layer and 16. 77% for sensors with palladium adsorbent layer. But anyway the response of the composite layer to different hydrogen precentages exposure is linear, in contrast to the palladium layer which shows a nonlinear behavior.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogen sensor
  • Tapered optical fiber
  • Optical sensor
  • Fiber sensor
  • Absorbent layer
  • Palladium-copper
  • Magnetic sputtering

مراجع

[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.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 10، شماره 2 - شماره پیاپی 25
شماره پیاپی 25، دوفصلنامه پاییز و زمستان
آبان 1401
صفحه 139-145

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 آذر 1400
  • تاریخ بازنگری: 20 اسفند 1400
  • تاریخ پذیرش: 15 تیر 1401
  • تاریخ انتشار: 01 آبان 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار