اسم الباحث:

ايناس ممتاز احمد

اسم المشرف:د. عبلة الزعبي

العنوان:تصنيع حساسات غازية نانوية من المحاليل الصلبة    ودراسة خصائصها البنيوية والإلكتروكيميائية

العنوان باللغة الإنكليزية:

Synthesis of Nano Gas Sensors from  Solid Solution and Studying their Structural and Electrochemical Properties

العام:2025

القسم:الفيزياء

الملخص:

تم في هذا البحث تصنيع مركبات نانوية من الفريتات نوع الاسبنيل ذات الصيغة  وتم تصنيع المحاليل الصلبة لهذه المركبات  و بطريقة الاصطناع الصلب، لاستخدامها كحساسات غازية للكشف عن أبخرة المركبات العضوية (بخار الإيثانول وبخار الأسيتون) وتؤثر بشكل سلبي على حياتنا بسبب التضخم السكاني الكبير وانتشار المخلفات الصناعية.

تمت دراسة الخصائص البنيوية للفريتات المحضرة والمحاليل الصلبة  و انطلاقاً من مركب فريت النحاس وفريت الكوبالت وصولاً لمركب فريت الزنك وبنسب مختلفة ضمن المجال   بخطوة 0.2 بطريقة الاصطناع الصلب، وتمت دراسة تأثير شوارد العنصر الثنائي المستبدل على البنية البلورية والخصائص البنيوية للمركبات المحضرة بحالتها النقية والمستبدلة باستخدام تقنية انعراج الأشعة السينية (XRD).

بينت دراسة انعراج الأشعة السينية أن مركب فريت الكوبالت الملدن عند درجة حرارة تلدين  يتبلور ببنية مكعبية متمركزة الوجوه FCC من نمط الاسبنيل وينتمي لمجموعة التناظر الفراغية () وأن المركب المتشكل من محلوله الصلب  يحافظ على البنية المكعبية للنسب المحضرة وصولاً لمركب فريت الزنك الملدن عند درجة حرارة تلدين  الذي يتبلور وفق بنية مكعبية متمركزة الوجوه وينتمي لمجموعة التناظر الفراغية () كما تبين أن ثوابت الشبكة البلورية وحجم وحدة الخلية الأساسية للعينات المحضرة تزداد بازدياد تركيز شوارد الزنك.

تبين أن مركب فريت الزنك يتبلور ببنية مكعبية متمركزة الوجوه وينتمي لمجموعة التناظر الفراغية () وأن المركب المتشكل من محلوله الصلب  يحافظ على البنية المكعبية حتى القيمة 0.8، ويتبلور مركب فريت النحاس ببنية رباعية وينتمي إلى مجموعة التناظر الفراغية .

تم حساب ثوابت الشبكة البلورية وحجم وحدة الخلية الأساسية للعينات المحضرة ووجد أنها تتناقص بازدياد تركيز شوارد النحاس، وازدادت قيم الكثافة النظرية لمركبات المحلول الصلب مع زيادة قيمة x، وازداد الحجم الوسطي للحبيبات البلورية مع ازدياد قيمة x ضمن المجال .

وجد من دراسة الخصائص الكهربائية لمركبات الفريتات نوع الاسبنيل بطورها النقي والمحضرة بطريقة الاصطناع الصلب أنها تسلك سلوك مادة نصف ناقلة ضمن المجال الحراري من  نتيجة تناقص المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة، وتم حساب طاقة التنشيط لمركبات فريت الكوبالت النانوي وفريت النحاس النانوي وفريت الزنك النانوي وكانت قيمها  ،  ،  على الترتيب، وتبين أنه بازدياد نسبة الزنك في المحاليل الصلبة المحضرة تزداد طاقة التنشيط.

تمت دراسة الخصائص التحسسية لمركبات الفريت النانوية ولمحاليلها الصلبة تجاه كل من بخاري الإيثانول والأسيتون بتركيز قدره ، وتمت دراسة تغيرات المقاومة مع درجة الحرارة بوجود الهواء ومن ثم بوجود بخاري الإيثانول والأسيتون، وقد أظهرت دراسة منحنيات الحساسية للفريتات النقية أن أفضل حساسية كانت لفريت الزنك بقيمة حساسية 10.731 عند درجة حرارة التشغيل    من أجل بخار الإيثانول وبقيمة 10 لبخار الأسيتون والتي توافق لدرجة حرارة التشغيل    من أجل كل من بخار الإيثانول والأسيتون على الترتيب، وتم حساب أزمنة الاستجابة والاسترجاع لكل من الفريتات المحضرة تجاه بخاري الإيثانول والأسيتون، وقد أبدى فريت الزنك أفضل زمن استجابة واسترجاع من بين الفريتات الأخرى المحضرة.

تم تحسين الخصائص التحسسية لفريت النحاس وذلك باستبدال الزنك بالنحاس في المحلول الصلب ، و سجلت أفضل نتائج حساسية  للنسبة .

تبين أيضاً أنه يمكن تحسين الخصائص التحسسية لفريت الكوبالت وذلك باستبدال الزنك بالكوبالت، ووجد أن أفضل نسبة تعطي خصائص تحسسية أعلى كانت للنسبة .

سجلت أفضل درجة حرارة تشغيل للحساس المحضر من  من أجل تركيز قدره  من بخار الإيثانول عند   بقيمة حساسية 10.254 وعند  لتركيز مماثل من بخار الأسيتون بقيمة للحساسية 11.505، وكانت قيم أزمنة الاستجابة s8.09 0 و11.13s والاسترجاع 110.5s و118.53s من أجل بخار الإيتانول والأسيتون على الترتيب.

يعتبر فريت الزنك النانوي وفريت الكوبالت المستبدل بالزنك وفق النسبة  من أفضل المرشحات للكشف عن بخار الإيثانول والأسيتون وبدرجة حرارة أقل.

تبين أن استبدال عنصر ثنائي التكافؤ ببنية فريت الاسبنيل بعنصر آخر وبنسب معينة يحقق خصائص تحسسية واستقرارية جيدة واستجابة عالية، وأظهرت الدراسة أن عنصر الزنك المستبدل يبدي أفضل خصائص تحسسية.

الكلمات المفتاحية:

حساس غازي

طاقة تنشيط

حجم حبيبات نانوي

حساسية واستجابة

زمن استجابة وزمن استعادة

تحميل البحث