Influencia del tamaño de las nanopartículas y la temperatura de operación de recubrimientos de NiO en el cambio de la conductancia eléctrica cuando es expuesta a diferentes concentraciones de H2S y del NO2

Abstract

En el presente trabajo se han obtenido recubrimientos de nanopartículas de NiO por la técnica de vaporización reactiva avanzada a partir del Níquel. Esta técnica consiste en producir un vapor por la evaporación o sublimación del material, este vapor es enfriado por los choques con las moléculas de un gas reactivo obteniéndose un estado supersaturado donde se produce la nucleación y crecimiento de partículas, posteriormente estas partículas producen un recubrimiento sobre un sustrato. El Ni fue evaporado a una temperatura de aproximadamente 1350 °C en una atmósfera de He y 02 a una presión de 30 mbar. El oxígeno reacciona con el Ni formando el NiO. Los recubrimientos de nanopartículas de NiO fueron obtenidas sobre sustratos de alúmina (Al203) que tenían impreso electrodos de oro con una separación de 300 um para estudiar sus propiedades eléctricas. El espesor del recubrimiento de NiO fue de 5 um. Se fabricaron varias muestras con las mismas condiciones, y posteriormente se sometieron a tratamientos térmicos por 1 h a diferentes temperaturas (100 °C, 200 °C, 300°C y 400°C}. La estructura cristalina de las muestras fue estudiada por difracción de rayos X (DRX), la morfología de los recubrimientos de NiO fueron estudiadas por microscopia electrónica de barrido (MEB) y por microscopia de fuerza atómica (MFA). La estructura cristalina del óxido de níquel antes y después del tratamiento es cúbica de cara centrada similar a la del cloruro de sodio, solo se observa que el tamaño de los cristales se incrementa de 9,9 nm a 14 nm en función de la temperatura de tratamiento térmico. La morfología de los recubrimientos está compuesta por conglomerados de nanopartículas. La conductancia normalizada de los sensores de NiO tienen buena respuesta ante la presencia del gas H2S y N02. Los sensores detectan ambos gases a temperatura ambiente, además para cada gas se tienen temperaturas óptimas de operación en los cuales tanto la conductancia normalizada como la sensibilidad de los sensores aumentan para las diferentes concentraciones de H2S y N02. Siendo las respuestas más significativas en el caso del gas H2S que del n02. Palabras claves: Sensor, propiedades eléctricas y sensibilidad.

In the present work, NiO nanoparticles films have been obtained by reactive advanced vaporization technique from Nickel. Reactive vaporization technique consists in vapor production from material evaporation or sublimation, this vapor is cooled by molecular collisions of reactive gas reaching a supersatured state that nucleation and growing of particles takes place, after that these particles are deposited at the substrate. Nickel was evaporated at approximately 1350 C in presence of He and 0 2, at 30 mbar of pressure. Oxigen reacts with Ni producing NiO. The NiO nanoparticles films were obtained on AI203 substrates with gold electrodes printed, that are separated by 300 ¡.tm for study their electrical properties. The thickness of NiO films was 5 um. Several samples were prepared with the same conditions, and then a thermal treatment by one hour at different temperatures (100 °C, 200 °C, 300°C y 400°C}. Crystalline structure of the samples was studied by X ray diffraction (XRD), morphology of NiO films were studied by Scanning Electron Microscope (SEM) and by Atomic Force Microscope (AFM). Crystalline structure of nickel oxide is face centered cubic (FCC) as sodium chloride before and after the thermal treatment, but their crystallite size is increased from 9 nm to 14 nm with temperature of the thermal treatment. Morphology of the films is agglomerated of nanoparticles. Normalized conductance sensors have good response in the presence of H2S and N02 gases. The sensors detect both gases at room temperature, each gas have optimum operating temperatures where both normalized conductance and sensitivity of the sensors increase for the different concentrations of H2S and N02 gases. The most significant response occurs in the case of H2S than N02 gases.

Keywords: sensors, electrical properties, and sensibility.