Олена АКСІМЕНТЬЄВА1, Богдан ЦІЖ2, Роман ГОЛЯКА3
1Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна е-mail: aksimen@ukr.net
2Львівський національний університет ветеринарної медицини і біотехнологій імені С. З .Гжицького вул. Пекарська, 50, Львів,79010, Україна e-mail: tsizhb@ukr.net
3Національний університет «Львівська політехніка», вул. С. Бандери, 12, Львів, 79013, Україна e-mail: roman.l.holiaka@lpnu.ua
СУЧАСНІ ТЕНДЕНЦІЇ У КОНСТРУЮВАННІ ЧУТЛИВИХ ШАРІВ ДЛЯ ОПТИЧНИХ СЕНСОРІВ ТОКСИЧНИХ РЕЧОВИН
DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2024.75.144
Проаналізовано основні тенденції у створенні чутливих елементів газових сенсорів для детектування токсичних речовин на забруднених територіях, у виробничих приміщеннях та атмосфері. Викладено принципи роботи та нові тенденції в галузі технологій сенсорів газу на основі тонких плівок полімерів, їх наноструктур і композитів з напівпровідниковими матеріалами різного типу. Подано принципи побудови багатофункціональних сенсорів газу. Запропоновано конструкцію газового сенсора, інформаційний сигнал якого зумовлюється елективним поглинанням оптичного середовища, що взаємодіє з газом. Для отримання спектральних характеристик використовують оптопари, які складаються з керованих джерел оптичного випромінювання та фоточутливих елементів.
Література:
-
1. Pandey S. Highly sensitive and selective chemiresistor gas/vapor sensors based on polyaniline nanocomposite: A
comprehensive review. J. Sci.: Advanced Materials and Devices. 2016. Vol. 1. P. 431–453.
(https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2016.10.005).
2. Tsizh B., Aksimentyeva O., Holyaka R., Chokhan M. Gas sensors for analysis of food products: a monograph. Lviv.
SPOLOM, 2021. – 236 p. (in Ukrainian).
3. Gardner J.W. Review of Conventional Electronic Noses and Their Possible Application to the Detection of
Explosives. J.W. Gardner and J.Yinon (eds.). Electronic Noses & Sensors for the Detection of Explosives NATO
Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, 2004. Vol 159. Springer, Dordrecht.
(https://doi.org/10.1007/1-4020-2319-7_1).
4. Snopok B. A., Kruglenko I. V. Multisensor systems for chemical analysis: state-of-the art in Electronic Nose
technology and new trends in machine olfaction. Thin Solid Films. 2002. Vol. 418(1). P. 21–41.
(https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)00581-3).
5. Burlachenko Yu. V., Snopok B. A. Multisensor arrays for gas analysis based on photo-sensitive organic
materials: An increase in the discriminating capacity under selective illumination conditions. J. Anal. Chem.
2008. Vol. 63(6). P. 557–565. (https://doi.org/10.1134/S1061934808060087).
6. Meng D., Fan J., Ma J., Du S., Geng J. The preparation and functional applications of carbon
nanomaterial/conjugated polymer composites. Compos. Commun. 2019. Vol. 12. P. 64–73.
(https://doi.org/10.1016/j.coco.2018.12.009).
7. Aksimentyeva O.I., Tsizh B.R., Horbenko Yu.Yu., Stepura A.L. Detection of organic solvent vapors by the optical
gas sensors based on polyaminoarenes. Scientific Messenger LNUVMB. Series: Food Technologies. 2021. Vol. 23(95).
P. 20–24. (https://doi.org/10.32718/nvlvet-f9504).
8. Yuan C. L., Chang C. P., Hong Y. S., Sung Y. Fabrication of MWNTs–PANI composite – a chemiresistive sensor
material for the detection of explosive gases. Mater. Sci.-Pol. 2016. Vol. 27(2). P. 509–520.
(https://doi.org/10.2478/s13536-013-0160-2).
9. To C. K., Ben-Jaber S., Parkin I.P. Developments in the Field of Explosive Trace Detection. ACS Nano. 2020.
Vol. 14(9). P. 10804–10833. (https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01579).
10. Ricci P. P., Gregory O. J. Free standing thin‑film sensors for the trace detection of explosives. Scientific
Reports. 2021. Vol. 11. P. 6623. (https://doi.org/10.1038/s41598-021-86077-6).
11. Nynaru V., Jayamani E., Srinivasulu M. et al. Short review on conductive polymer composites as functional
materials. Key Eng. Mater. 2019. Vol. 796. P. 17–21. (https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.796.17).
12. Zhou T., Xie X., Cai J. et al. Preparation of poly(o-toluidine)/TiO2 nanocomposite films and application for
humidity sensing. Polym. Bull. 2016. Vol. 73. P. 621–633. (https://doi.org/10.1007/s00289-015-1509-y).
13. Khan A.A., Shaheen S. Electrical conductivity, isothermal stability and amine sensing studies of a synthetic
poly-o-toluidine/multiwalled carbon nanotube/Sn(IV) tungstate composite ion exchanger doped with p-toluene
sulfonic acid. Anal. Methods. 2015. Vol. 7. P. 2077–2086. (https://doi.org/10.1039/C4AY02911A).
14. Dunst K., Karczewski J., Jasiński P. Nitrogen dioxide sensing properties of PEDOT polymer films. Sens.
Actuators B. 2017. Vol. 247. P. 108–113. (https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.003).
15. Xu H., Ju D., Li W. et al. Low-working-temperature, fast-response-speed NO2 sensor with
nanoporous-SnO2/polyaniline double-layered film. Sens. Actuators B. 2016. Vol. 224. P. 654–660.
( https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.10.076).
16. Aksimentyeva O.I., Horbenko Y.Y. The method of obtaining a sensitive element of an optical sensor of nitrogen
dioxide. Patent of Ukraine N 152270. Publ. 11.01.2023 (in Ukrainian).
17. Horbenko Yu., Aksimentyeva,O., Ivaniuk H. Structure, optical and sensory properties of
poly-3,4-ethylenedioxythiophene films doped with graphene oxide. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2021. Vol. 718(1). P.
36–41. ( https://doi.org/10.1080/15421406.2020.1861519).
18. Olenych I. B., Aksimentyeva O. I., Horbenko Y. Y., Tsizh B. R. Electrical and sensory properties of
silicon–graphene nanosystems. Appl. Nanosci. 2022. Vol. 12(3). P. 579–584.
( https://doi.org/10.1007/s13204-021-01698-7).
19. Olenych I. B., Aksimentyeva O. I., Tsizh B. R. et al. Poly(3,4-ethylenedioxy-thiophene)/carbon-based
nanocomposite for gas sensing. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2020. Vol. 701(1). P. 98–105.
( https://doi.org/10.1080/15421406.2020.1732567).
20. Horbenko Yu, Tsizh B., Dzeryn M. et al. Sensitive Elements of Gas sensors Based on Poly-o-toluidine/Silica
Nanoparticles Composite. Acta Physica Polonica A. 2022. Vol. 141(4). P. 386–389.
(https://doi.org/10.12693/APhysPolA.141.386).
21. Tsizh B., Aksimentyeva O., Horbenko Y., Holyaka R. Combined Polymer Nanostructures for Selective Gas Sensors .
Molec. Cryst. & Liq. Cryst. 2023. Vol. 767(1). P. 159–166. (https://doi.org/10.1080/15421406.2023.2224982).
22. Tsizh B., Aksimentyeva O. Ways to improve the parameters of optical gas sensors of ammonia based on
polyaniline. Sens. Actuator А Phys. 2020. Vol. 315. P. 112273. (https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112273).
23. Tsizh B.R., Aksimentyeva O.I. A method of ensuring selectivity control of an optical ammonia gas sensor in
modeling an optocoupler with a different spectral range. Patent of Ukraine № 146947. Publ. 31.03.2021 (in
Ukrainian).
24. Tsizh B.R., Aksimentyeva O.I., Chokhan M.I. A method of increasing the sensitivity of an optical ammonia gas
sensor. Patent of Ukraine № 131536. Publ.25.01.2019 (in Ukrainian).
25. Di Zazzo L., Magna G, Lucentini M., Stefanelli M., Paolesse R., Di Natale C. Gas Sensors Embedded in Face
Masks: a Proof of Concept Study. Chemosensors. 2021. Vol. 9. P. 356. (https://doi.org/10.3390/chemosensors9120356).
26. Chen Z. S., Chen Z., Song, Z. L., Ye W. H., Fan Z. Y. Smart gas sensor arrays powered by artificial
intelligence. J. Semicond. 2019. Vol. 40(11). P. 111601. (http://doi.org/10.1088/1674-4926/40/11/111601).
27. Zhu Y., Wu Y., Wang G., Wang Z., Tan Q. et al. A flexible capacitive pressure sensor based on an electrospun
polyimide nanofiber membrane. Organic Electronics. 2020. Vol. 84, P. 105759.
(https://doi.org/10.1016/j.orgel.2020.105759).
28. Kumar H., Shanmugam H. Nanosensors in food safety. Agri-India TODAY. 2024. Vol. 04(02). P. 88–98.
(https://doi.org/10.1016/B978-0-323-99546-7.00015-X).
29. Vistak M., Sushynskyi O., Mykytyuk Z., Aksimentyeva O., Semenova Y. Sensing of carbon monoxide with porous
Al2O3 intercalated with Fe3O4 nanoparticles-doped liquid crystal. Sens. Actuators A: Phys. 2015. Vol.235(1). P.
165–170.( https://doi.org/10.1016/j.sna.2015.10.001).
30. Toal S., Trogler W.C. Polymer sensors for nitroaromatic explosives detection. J. Mater. Chem. 2006. Vol. 16.
P. 2871–2883. ( https://doi.org/10.1039/B517953J).
31. Ghoorchian A., Alizadeh N. Chemiresistor gas sensor based on sulfonated dye-doped modified conducting
polypyrrole film for highly sensitive detection of 2,4,6-trinitrotoluene in air. Sens. Actuators B: Chem. 2018.
Vol. 255(1). P. 826–835. ( https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.093).
Як цитувати:
АКСІМЕНТЬЄВА О., ЦІЖ Б., ГОЛЯКА Р. СУЧАСНІ ТЕНДЕНЦІЇ У КОНСТРУЮВАННІ ЧУТЛИВИХ ШАРІВ ДЛЯ ОПТИЧНИХ СЕНСОРІВ ТОКСИЧНИХ РЕЧОВИН. Праці НТШ. Хім. Наук. 2024. Т. LXXV. С. 144-151.