Date of Award

6-2019

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Physics

First Advisor

Saleh Thaker Mahmoud

Second Advisor

Dr. Falah Awwad

Third Advisor

Yaser Greish

Abstract

Low power consumption, low limits of detection, and low cost are the compelling demands in the world of gas sensors development that motivate the search for new materials. Recently, gas sensors based on organic-inorganic nanocomposite materials have attracted much attention due to their high performance and low working temperatures in comparison with the commercial sensors for Hydrogen sulfide (H₃S) gas. The development of H₂S gas sensors is vital because H₂S is one of the major air pollutants produced in large quantities in petroleum/natural gas drilling and refining. H₂S gas is extremely toxic, corrosive, and potentially lethal at low concentrations. The focus of this thesis project was to fabricate new gas sensors with high sensitivity and low working temperatures to reduce power consumption. The aim of this work is basically to develop H₂S gas sensors with enhanced flexibility, low operating temperature, and high sensitivity and selectivity. The proposed sensor is fabricated based on the integration of nanotechnology and conducting polymer technology. Indeed, the sensor is fabricated using metal oxide semiconducting nanoparticles (NPs) such as Tungsten Oxide (WO₃) and Copper Oxide (CuO), embedded in a newly developed organic polymer (Chitosan) with controllable conductivity. The metal oxide nanoparticles are mixed with the organic solution at certain concentrations to produce the sensing elements membranes using the casting method. The electrical and gas sensing properties of the organic-inorganic hybrid membranes formed by the casted doped solution have been investigated. The results of this study show that the proposed sensors possess very good sensing properties and a reasonable average response time, which is in good agreement with previously reported work in the field of H₂S gas sensing applications. The best response of all the sensors to H₂S gas was obtained at 40°C, yet a reasonable response was noticed at low operating temperatures of 20°C. This reduction in operating temperature saves the power consumed by the heater to heat up the sensor. In addition to the aforementioned qualities, the sensors are characterized by their ease of fabrication, flexibility, good detection limit, and low power consumption. Thus, this sensor has a promising potential to be utilized for monitoring H₂S gas in many industrial premises

Comments

إن خفض استهلاك الطاقة، والحدود المنخفضة للكشف، والتكلفة المنخفضة - هي مطالب ملحة في عالم تطوير أجهزة استشعار الغاز وقد أدت الى تحفيز البحث عن مواد جديدة. في الآونة الأخيرة، جذبت أجهزة استشعار الغاز التي تعتمد على مركبات مواد النانو العضوية وغير العضوية، الكثير من الاهتمام بسبب أدائها العالي وانخفاض درجات حرارتها التشغيلية بالمقارنة مع أجهزة الاستشعار التجارية لغاز كبريتيد الهيدروجين H₂S . يعد تطوير مستشعرات غاز كبريتيد الهيدروجين أمرًا حيويًا لأن كبريتيد الهيدروجين هو أحد ملوثات الهواء الرئيسية التي تنتج بكميات كبيرة في عمليات التنقيب والكشف عن البترول / الغاز الطبيعي وتكريره. إن غاز كبريتيد الهيدروجين هو مادة شديدة السمية، مسببة للتآكل، وقد تكون مميتة حتى عندما تكون بتراكيز منخفضة. لذلك ينصب التركيز في هذا المشروع على تصنيع أجهزة استشعار جديدة للغاز بحساسية عالية و درجات حرارة عمل منخفضة من أجل تقليل استهلاك الطاقة. الهدف الاساسى من هذا العمل هو تطوير أجهزة استشعار غاز كبريتيد الهيدروجين بتحسين مرونتة، و درجة حرارة تشغيل منخفضة، وحساسية و انتقائية عالية. سيتم تصنيع المستشعر المقترح بناءً على تكامل تكنولوجيا النانو و تكنولوجيا البوليمر. سيتم تصنيع المستشعر باستخدام المواد الشبه موصلة من أكاسيد المعادن النانوية (Metal Oxide Semiconductors NPs) مثل أكسيد التنغستن ( ₃(WO و أكسيد النحاس (CuO) , والمضمنة في بوليمر عضوي طور حديثًا،( Chitosan ) مع .(Ionic liquid) تم خلط جزيئات أكسيد المعادن النانوية بالمحلول العضوي بتركيزات معينة لإنتاج أغشية عناصر الاستشعار باستخدام طريقة الصب (Casting) وتم التحقق من خواصها الكهربائية. أوضحت نتائج هذه الدراسة أن المستشعرات المقترحة تمتلك خواص استشعار جيدة للغاية ومتوسط زمن استجابة سريع ، وهو ما يتفق جليا مع الأعمال التى تم تسجيلها سابقًا في مجال تطبيقات استشعار غار كبريتيد الهيدروجين. تم الحصول على أفضل استجابة لجميع أجهزة الاستشعار لغاز كبريتيد الهيدروجين عند 40 درجة مئوية ، ولكن لوحظ استجابة معقولة في درجة حرارة التشغيل المنخفضة على 20 درجة مئوية. هذا الانخفاض في درجة حرارة التشغيل يوفر الطاقة التي يستهلكها السخان لتسخين المستشعر .بالإضافة إلى الصفات المذكورة أعلاه ، تتميز هذه المستشعرات بسهولة التصنيع والمرونة والحدود الجيدة للكشف واستهلاك الطاقة المنخفض. وبالتالي ، فإن هذا المستشعر لديه إمكانية واعدة لاستخدامه في الكشف عن غار كبريتيد الهيدروجين في العديد من المنشآت الصناعية.

Download

Included in

Physics Commons

COinS