Date of Award

6-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Physics

First Advisor

Saleh Thaker Mahmoud

Second Advisor

Naser Qamhieh

Abstract

The rapid increase in environmental pollution has become a major concern, and its monitoring has evolved into a priority for human health. This fact has directed the researchers to make more efforts to find new techniques for the detection of gases hazardous to the environment and human health. With the tremendous advances in technology, gas-sensing devices have become popularly used in environmental applications to detect various toxic gases at very low concentrations.

This work aims at developing high-performance gas sensors with enhanced sensitivity, selectivity, low response time, and low operating temperature. The proposed sensors are fabricated based on the integration of nanotechnology and conducting polymer technology. A polymer solution comprised of polyvinyl alcohol (PVA) and ionic liquid (IL) has been blended once with zinc oxide nanoparticles (ZnO Nps) and another with the copper-based metal-organic framework (Cu-MOF) to obtain two distinct flexible membranes. These membranes were assessed for their performance against hazardous gases at room temperature (RT=23°C). The ZnO/PVA/IL and Cu-MOF/PVA/IL membranes showed high sensitivity toward hydrogen sulfide (H2S) gas with a detection limit of 15 ppm and 1 ppm, and low time response of 24 s and 12 s respectively at RT.

Considering this low operating temperature, external heating elements are not required hence the fabrication and operational costs are reduced. The sensors also showed excellent repeatability, long-term stability, and selectivity toward H2S gas among other gases. Therefore, this study demonstrates the potential of fabricating high-performance gas sensors for monitoring H2S gas in real-time with high efficiency.

Comments

أصبح التلوث البيئي المتزايد يشكل مصدر قلق كبير، ومراقبته باتت ضرورة لضمان الحفاظ على صحة الإنسان هذه الحقيقة قد وجهت الباحثين لبذل المزيد من الجهود لابتكار تقنيات جديدة للكشف عن الغارات الخطرة على البيئة وصحة الإنسان، ومع التقدم الهائل في التكنولوجيا، أصبحت أجهزة استشعار الغير شائعة الاستخدام في التطبيقات البيئية لاكتشاف الغازات السامة المختلفة بتراكيز منخفضة جدا.

تهدف هذه الدراسة إلى تطوير مستشعرات غاز ذات حساسية عالية، وزمن استجابة منخفض، ودرجة حرارة تشغيل منخفضة. هذه المستشعرات قد تم تصنيعها بناء على تكامل تكنولوجيا النانو وتكنولوجيا البوليمر عن طريق مزج كحول عضوي (PVA) معالج بسائل أيوني(IL) ، مع مادتين مختلفتين ZnO Nps) و (Cu-MOF) للحصول على أغشية مرنة ‏(ZnO/PVA/IL) و (Cu-MOF/PVA/IL) ؛ بهدف استخدامها في تصنيع وتقييم كفاءة أجهزة استشعار الغازات الخطرة في درجة حرارة الغرفة .(RT) وقد أظهرت هذه المستشعرات حساسية عالية تجاه غاز كبريتيد الهيدروجين (HS) تصل إلى 15 جزء من المليون وزمن استجابة مقداره 24 ثانية في الجهاز الأول (ZnO/PVA/IL)، وحساسية تصل إلى 1 جزء من المليون وزمن استجابة مقداره 12 ثانية في الجهاز الثاني (CU-MOF/FVA/IL) في درجة حرارة الغرفة.

وما يميز هذه المستشعرات إلى جانب كونها ذات حساسية عالية وزمن استجابة منخفض هي درجة حرارة التشغيل المنخفضة، ما يعني عدم الحاجة إلى أجزاء إضافية لتسخين الجهاز، والذي بدوره يقلل من تكاليف تصنيع وتشغيل الجهاز. وكذلك أظهرت نتائج هذه الدراسة درجة عالية من الانتقائية لغاز كبريتيد الهيدروجين، بالإضافة إلى إمكانية استعمالها بشكل متكرر وبنتائج دقيقة وثابتة على المدى الطويل. وبناء على ما سبق، فإن هذه الدراسة تقدم نتائج جديدة تمكن من تصنيع مستشعرات غاز عالية الأداء للكشف عن غاز كبريتيد الهيدروجين بكفاءة عالية

Download

Included in

Physics Commons

COinS