Yüksek Performanslı Dikey Nano-Duvarlı Mos2-Moo3 Tabanlı Hidrojen Gaz Sensörü Geliştirilmesi


Gür E. (Executive)

TUBITAK Project, 2021 - 2022

  • Project Type: TUBITAK Project
  • Begin Date: November 2021
  • End Date: November 2022

Project Abstract

Bir kimyasal gaz sensörü, aygıt olarak düşük konsantrasyondaki kimyasal bir bilgiyi analitik olarak kullanışlı bir sinyale çeviren kimyasal sensördür (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC tanımı). Bu sinyallerdeki değişimleri sensörlerin algılaması bir kaç dakika kadar sürerken, aygıttan gaz uzaklaştırıldıktan sonra tersinir özellik göstererek eski haline geri dönmelidir (bazı durumlarda aygıtın eski haline dönmesi birkaç saatten birkaç güne kadar sürebilir). Elde edilen malzemenin doğasına bağlı olarak her sensör bir veya birkaç gaz grubu için duyarlı olabilir. Gaz sensörlerinin birçok alanda kullanımları mümkündür; maden çalışmalarında, hava kalitesi kontrolünde, uzay teknolojisinde, muhtemel atmosferdeki gazların konsantrasyon tespitinde, sağlık sektöründe, otomotiv uygulamalarında vs. Gaz sensörleri özellikle avrupa ülkeleri gibi gelişmiş ülkelerde hava kalitesinin belirlenmesi ve hava kirliliklerin sürekli tespit edilmesi için önemli role sahiptirler. Ayrıca çevresel endişelerin artması, sağlık ve güvenlik yasalarının ön plana çıkılması ile sensörlerin kullanımı ve geliştirilmesinin önemi her geçen gün artmaktadır.

İdeal bir gaz sensöründe yüksek duyarlılık, seçicilik, daha kısa tepki zamanı, kararlılık ve iyi bir çözünürlük, düşük çalışma sıcaklığı, düşük kendine gelme süresi, düşük algılama limiti ve iyi bir doğrusallık göstermesi beklenmektedir. Ancak bütün bu özellikler aynı zamanda tek bir sensörde olması çok mümkün olmayabilir ve genellikle uygulama alanına göre bazı karakteristik özellikler seçilerek onlar iyileştirilir. Mesela çevre uygulamalarında daha düşük algılama limiti tercih edilirken, endüstri alanında gaz sensöründen beklenen özellik daha hızlı tepkime zamanıdır (Bochenkov and Sergeev 2010).

Araştırmacılar onlarca yıldır fosil yakıtların tükenmesinden sonra alternatif enerji kaynaklarını kullanmak için yeni yöntemler geliştirmektedirler (Ritchey 1998). Hidrojen en ümit verici temiz enerji taşıyıcılarından biri olarak geleneksel fosil enerji kaynaklarına bir alternatif olarak kabul edilmektedir ve küresel enerji sistem geçişi Şekil 1’de gösterilmektedir. Şekil 1’de sürdürülebilir bir ekonomik büyümenin Hidrojen gibi güvenilir ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı ile elde edilebileceği belirtilmektedir. Bunlarla birlikte Hidrojen molekülü çok küçük olduğundan, üretim, depolama ve taşınma sırasında sızıntıya uğrayabilecek ve patlama ve yangın tehlikesi oluşturabilecek potansiyeli olan bir gazdır. Hidrojen gazı renksiz ve kokusuzdur. Bunun yanında düşük yoğunluklu (0.0899 kg/m3), düşük minimum tutuşma enerjili (0.017 mJ), havada hacimce geniş aralık boyunca (%4-75) yanıcı özelliklere sahip bir gazdır (Momirlan and Veziroglu 2005; Hu et al. 2016). Bu nedenlerden dolayı güvenilir, hızlı tepkili, iyi seçicilik ve uzun süreli stabilite ile Hidrojen gaz sensörü geliştirmek önemlidir. Bugüne kadar optik fiber, elektrokimyasal, Metal Oksit Yarıiletken (MOY) gibi çeşitli Hidrojen gazı için sensörler geliştirilmiştir (Korotcenkov, Han, and Stetter 2009; Gu, Wang, and Hu 2012; Ngene et al. 2014). Ancak metal oksit gaz sensörleri düşük maliyet, mükemmel stabilite ve birçok alanda basit kullanım nedenlerinden dolayı ilgi odağı olmuştur. (Buttner et al. 2011; Shirahata et al. 2004; Al-Hardan, Abdullah, and Aziz 2010; Şennik et al. 2010; Adamyan, Adamyan, and Aroutiounian 2009; Du et al. 2002). Ayrıca yine bu malzemelerin, kimyasal ortama yüksek duyarlılık göstermelerinin yanında, çevre koşullarına daha dayanıklı olmaları da tercih edilmelerinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu bağlamda gaz sensörlerinde kullanımları adına güvenilir malzemelerdir ve sanayide tercih edilmektedirler.