Χημικοί αισθητήρες νανοσωματιδίων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την κατασκευή και την διερεύνηση της ικανότητας ανίχνευσης αισθητήρων με μεταλλικά νανοσωματίδια που παρασκευάστηκαν μέσω ενός συστήματος ιοντοβολής υπό κενό. Κύριο ενδιαφέρον της εργασίας αποτελεί η επιλεκτικότητα που παρουσιάζουν οι διατάξεις σε διάφορες αέριες χημικές ουσίες. Η επιλεκτικότητα του κάθε αισθητήρα εξαρτάται από το πολυμερές που έχει εναποτεθεί ως ανιχνευτικό μέσω με τη βοήθεια του εκτυπωτή ψεκασμού μελάνης. Η εργασία αποτελείται κυρίως από τρία τμήματα, το εισαγωγικό, το κατασκευαστικό και το πειραματικό. Στο πρώτο μέρος (κεφάλαιο πρώτο) γίνεται μια προσπάθεια ταξινόμησης και ανάλυσης όλων των κατηγοριών των αισθητήρων, εστιάζοντας περισσότερο στους χημικούς αισθητήρες, αφού αυτοί αποτελούν αντικείμενο μελέτης της παρούσας εργασίας. Επίσης παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων και των πολυμερών, δύο κατηγορίες υλικών που χρησιμοποιήθηκαν στις διατάξεις και αποτελούν την βάση της αρχής λειτουργίας τους. Στο κατασκευαστικό τμήμα (κεφάλαιο δεύτερο) γίνεται αναφορά των στόχων της εργασίας, βάση των οποίων σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν οι αισθητήρες. Εν συνεχεία ακολουθεί εκτενής ανάλυση βήμα προς βήμα της κατασκευής των διατάξεων, των διεργασιών που πραγματοποιήθηκαν και τα κριτήρια επιλογής των υλικών. Στο τελευταίο κομμάτι του δευτέρου κεφαλαίου δίνεται έμφαση στην περιγραφή των μηχανισμών αγωγιμότητας που διέπουν τα φαινόμενα μεταφοράς φορτίου μεταξύ νανοσωματιδίων και στην αρχή λειτουργίας των αισθητήρων. Στο τρίτο και τελευταίο μέρος της εργασίας, το πειραματικό (τρίτο κεφάλαιο), γίνεται λόγος για όλες τις πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιήθηκαν και όλες τις πειραματικές διαδικασίες που ακολουθήθηκαν. Τέλος παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις μετρήσεις όπως επίσης και η μέθοδος επεξεργασίας τους που ακολούθησε. Η εργασία ολοκληρώνεται με μία σύνοψη των συμπερασμάτων αλλά και προτάσεις για μελλοντικές εργασίες.

This diploma thesis deals with the fabrication and investigation of detection capability of sensors with metallic nanoparticles that were prepared by means of a vacuum sputtering system. The main interest of this thesis is the selectivity of devices in various gaseous analytes. The selectivity of each sensor depends on the polymer that has been deposited as a detection film using the inkjet printing technique. The thesis is organized in three parts, the introduction, fabrication and experiments. In the first part (chapter one) a classification and analysis of all categories of sensors is presented, focusing mainly on chemical sensors, as they are the subject of this work. Also the main characteristics of nanoparticles and polymers are presented, since they are two categories of materials that will be used in the sensors and constitute the basis of the principle of operation. In the second chapter (fabrication) we are refering to the goals of this work, which form the basis for the design and construction the sensors. Afterwards follows an extensive step-by-step analysis of the construction of the devices and processes that took place as well as the selection of materials. The last piece of the second chapter focuses on the description of conductivity mechanisms governing the charge transfer phenomena between nanoparticles and the principle of operation of the sensors. The third and final part of the thesis refers to the experimental devices that were used and the experimental procedures that were followed. Finally the results of the measurements as well as their processing method is presented and commented upon. The thesis is concluded with a summary of the results and proposals for future work. Keywords: metal nanoparticles, poly