การศึกษาสมบัติการตรวจวัดแก๊สไฮโดรเจนและเอทานอลของฟิล์มเซนเซอร์ซิงก์ออกไซด์ ที่เจือด้วยแพลเลเดียม

Abstract

งานวิจัยนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาแก๊สเซนเซอร์ (gas sensors) ที่ประดิษฐ์จากสารกึ่ง-ตัวนำโลหะออกไซด์ (metal oxide semiconductor) สำหรับนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดแก๊สไฮโดรเจน (H2) และเอทานอล (C2H5OH) โดยเลือกใช้อนุภาคซิงก์ออกไซด์ และอนุภาคซิงก์ออกไซด์ที่เจือด้วยแพลเลเดียม ในปริมาณ 0.25, 0.50, 0.75 และ 1.0 mol% ซึ่งได้จากการสังเคราะห์ด้วยเทคนิคเฟลมสเปรย์ไพโรลิซิส (flame spray pyrolysis: FSP) ในส่วนของฟิล์มเซนเซอร์เตรียมได้จากการนำส่วนผสมระหว่างอนุภาคนาโนและตัวเชื่อมประสาน (binder) ไปสปินโคตติง (spin coating) ลงบนซับสเตรทอะลูมินาที่พิมพ์ลายอิเล็กโทรดด้วยทอง และทำการควบคุมความหนาของฟิล์มเซนเซอร์จากจำนวนครั้งของการสปินโคตติง หลังจากนั้น ทำการทดสอบแก๊สไฮโดรเจนและเอทานอล ภายใต้อุณหภูมิดำเนินการ (operating temperature) 200-350oC เพื่อหาปริมาณสารเจือแพลเล-เดียมและความหนาของฟิล์มที่เหมาะสมต่อการตรวจวัดแก๊สทั้งสองชนิด โดยการเปรียบเทียบค่าสภาพความไว (sensitivity) ของเซนเซอร์ซิงก์ออกไซด์และเซนเซอร์ซิงก์ออกไซด์ที่เจือด้วยแพลเล-เดียม ที่ความหนาต่าง ๆ จากผลการวิจัยพบว่า เซนเซอร์ที่มีความหนาของชั้นฟิล์มน้อยที่สุดเท่ากับ 11 µm มีค่าสภาพความไวต่อแก๊สได้ดีที่สุด อีกทั้ง การเจือแพลเลเดียมในปริมาณที่เหมาะสม สามารถเพิ่มค่าสภาพความไวของเซนเซอร์ในการตรวจวัดแก๊สไฮโดรเจนและเอทานอล โดยพบว่า เซนเซอร์ซิงก์ออกไซด์ที่เจือด้วยแพลเลเดียมในปริมาณ 0.75 mol% แสดงค่าสภาพความไวในการตรวจวัดแก๊สไฮโดรเจนและ เอทานอลได้สูงที่สุด

In this research aimed to develop Hydrogen and Ethanol sensors which were fabricated from metal oxide semiconductor. Pure ZnO and Palladium (Pd) doped ZnO nanoparticles containing 0.25, 0.50, 0.75 and 1.0 mol% of Pd were successfully synthesized by flame spray pyrolysis (FSP) for hydrogen and ethanol sensing applications. The sensing films were fabricated by coating nanoparticles with organic paste composed of terpineol and ethyl cellulose as a vehicle binder on Al2O3 substrate interdigitated with gold electrodes. The film thicknesses were varied by controlling the numbers of coating. Moreover, response time and sensitivity of these sensors towards hydrogen and ethanol were evaluated under operating temperatures ranging from 200-350°C in dry air. Finally, the optimum amount of doping Pd and film thickness were investigated. The results showed that the minimum film thickness (11 µm) showed the highest sensitivity. Moreover, the appropriate amount of Pd doping could greatly enhance H2 and C2H5OH sensitivity of ZnO sensors. In addition, 0.75 mol% Pd doping on ZnO sensor shows the highest H2 and C2H5OH sensitivities.