• در صنعت الکترونیک می توان به تولید انواع حافظه ها, ترانزیستورهای انتشار میدانی, ترانزیستورهای تک الکترونی جدید, سلول های خورشیدی با بهره بالا, آنتن و مدارات مخابراتی, سیم ها و اتصالات درون مداری و خازن هایی با توانایی ذخیره انرژی بالا اشاره کرد.

نانو لوله های کربنی گزینه جذابی برای سنسورهای شیمیایی خصوصا سنسور گاز در مقیاس نانو می باشند. توسعه سنسورهای گاز بر این مبنا به دلیل پاسخ بالا, توان مصرفی کم, اندازه کوچک و دمای کار پایین توجه بسیار زیادی را در چندین سال گذشته به خود جلب کرده است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

اغلب سنسور های نانو لوله کربنی در ساختار شبکه ای و یا ادواتFET ^[۲۱] هستند. نانو لوله ها به عنوان ماده حساس بوده و در آنها رسانایی نانو لوله زمانی که در معرض گاز قرار میگیرد مورد بررسی است.
۳-۲ روش ساخت سنسور مورد مطالعه در این پایان نامه
برای ساخت سنسور در این پایان نامه از روش کاملا جدیدی که تا کنون هیچ مشابه داخلی یا خارجی نداشته است استفاده شده است. جهت قرار دادن نانو لوله کربنی در ساختار پایه سنسور در اینجا از روش CVD و خالص سازی درون خطی استفاده شده است. پایه اولیه سنسور, لوله ای به قطر تقریبی یک سانتیمتر از جنس شیشه می باشد. جهت نشاندن بخار نانو لوله کربنی بر روی جداره داخلی این لوله از سیستمی با ساختار شماتیکی نشان داده شده در شکل (۳-۸) استفاده شده است.
خطوط تولید و خالص سازی, شامل یک لوله کوارتز به قطر یک سانتیمتر و در مجموع طول چهار متر می باشد.
شکل(۳-۸) نمای سیستم CVD استفاده شده در این پایان نامه
لوله کوارتز از سه کوره, یک تابش دهنده فرابنفش و یک اجاق مایکروویو عبور میکند. لرزش دهدنده های متعدد و مگنت هایی نیز همانطور که در شکل (۳-۸) نشان داده شده است به خط متصل شده اند. توده های نانو لوله کربنی سنتز شده در حین جریان به طرف قسمت انتهایی خط تولید CVD و آرگون به طور منظم روی دیواره داخلی لوله شیشه ای پوشیده می شوند.
دستورالعمل سنتز و خالص سازی درون خطی نانو ساختارهای کربن به این ترتیب است که استیلن به عنوان منبع کربن, در محلول فروسن و تیوفن در بنزن ترکیب شده با هیدروژن و آرگون, حباب می شود و به خط فرستاده می شود. جریان تمام گازها به طور اتوماتیک با شیرهای برقی کنترل شده است. تمام سیستم نیز توسط نرم افزار کامپیوتری ویژوال بیسیک تحت نظارت و کنترل است. پارامترهایی مثل دمای کوره ها, وضعیت شیرهای برقی, میزان تابش اشعه فرابنفش و اجاق مایکروویو توسط نرم افزار قابل تغییر هستند.
پس از اتمام مرحله رونشانی قطعاتی از سنسور با طول های متفاوت توسط سنگ برش شیشه به صورت خشک جدا گردید . شکل (۳-۹)
پس از آماده شدن اصلی ترین قسمت سنسور, جهت اندازه گیری تغییرات اهمی نانو لوله های کربنی, دو انتهای لوله از سمت داخل به اندازه تقریبی پنج میلیمتر به چسب نقره آغشته گردید.
شکل (۳-۹) تصویر سنسور ساخته شده به روش CVD
بعد از خشک شدن کامل چسب, صفحاتی از جنس مس که به صورت استوانه های هم قطر با لوله شیشه ای در آمده بودند به صورت مماس به روی چسب نقره قرار داده شد و دو سیم به انتهای لوله های مسی لحیم گردید. در نهایت برای ثابت شدن کامل الکترود ها از چسب دوقلوی شفاف استفاده شد.
با بهره گرفتن از روش گفته شده, نمونه های مختلف ساختارهای کربنی شاملSWCNT , MWCNT, CNF^[22], Activated carbon, و ترکیب هریک با نمک کلرید لیتیوم به عنوان ماده جاذب رطوبت به شکل SWCNT/LiCl, MWCNT/ LiCl و CNF/ LiCl تحت شرایط کنترل شده برای سنسور رطوبت ساخته شد.
نانو لوله کربنی سنتز شده با بهره گرفتن از تکنیک های میکروسکوپ الکترونی مثل میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM, XL-30 FEG SEM, Philips, 20Kv) , میکروسکوپ انتقال الکترونی (AFM , DME-SPM , version 2.0.0.9) ترسیم شده است.
ساختار توده های SWCNT پوشش داده شده بر دیواره داخلی لوله شیشه ای بر اساس SEM, AFM و تصویر ولتاژی در شکل (۳-۱۰) نشان داده شده است.
شکل(۳-۱۰) (a) تصویر SEM (b) تصویر AFM © نمودار ولتاژ
۳-۳ شماتیک مداری سیستم های اندازه گیری
جهت اندازه گیری تغییرات اهمی سنسور و کالیبره آن و همچنین برای بدست آوردن مشخصات کامل سنسور مانند محدوده خطی, زمان پاسخ و برگشت, پایداری و حساسیت سنسور و رفتار دمایی آن احتیاج به سیستمی با قابلیت تنظیم دما و رطوبت می باشد که به این منظور در مراحل مختلف پروژه از دستگاه های مختلفی استفاده شد. اجزای تشکیل دهنده هر یک و نحوه عملکرد آنها در این بخش آورده شده است. در مرحله ابتدایی کار از دستگاه اندازه گیری شماره یک: دستگاه دست سازی برای ایجاد محیط متعادل و رطوبت های مختلف جهت تست عکس العمل اولیه نمونه ها استفاده شد. پس از اطمینان به سالم بودن نمونه ها از دستگاه اندازه گیری شماره دو: سیستم تست سنسور گاز در پژوهشکده فن آوری نانو دانشگاه شیراز که امکان تنظیم دما و رطوبت به طور همزمان را میدهد جهت تست عکس العمل رطوبتی و رفتار دمایی سنسور استفاده گردید. در بخش سوم جهت اندازه گیری تغییرات سنسور در معرض مزاحمت های گازی و همچنین محاسبه حد تشخیص سنسور از دستگاه اندازه گیری شماره سه: سیستم دست ساز دیگری که جزییات آن آورده خواهد شد استفاده نمودیم. در نهایت برای کالیبره نهایی و قابل استناد سنسور در رطوبت های مختلف با دستگاه اندازه گیری شماره چهار دستگاه تولید کننده رطوبت مرجع, تست های نهایی انجام شد.
۳-۳-۱ دستگاه اندازه گیری شماره یک
سیستم اولیه که با ساده ترین امکانات موجود ساخته شده در شکل (۳-۱۱) آورده شده است.
با توجه به نمای دستگاه در شکل (۳-۱۲) می بینیم که ابتدا هوای خشک با رطوبت نسبی کمتر از ۱ % به یک عدد فلومتر وارد می شود. هدف از قرار دادن فلومتر در مسیر هوای خشک ورودی کنترل میزان هوای وارد شده به حباب ساز می باشد چرا که با قرار دادن حباب ساز در مسیر ورودی, هوای عبور داده شده از حباب ساز مرطوب شده و میزان رطوبت آن وابسته به ارتفاع آب موجود در حباب ساز و سرعت عبور هوا از این مسیر است. با توجه به ثابت بودن ارتفاع آب در این سیستم تنها فاکتور تعیین کننده در میزان رطوبت هوای خروجی, فلوی هوا در آب می باشد که توسط فلومتر در ورودی کنترل می شود.
شکل (۳-۱۱) سیستم دست ساز شماره ۱
قابل ذکر است که سیستم حباب ساز از یک ارلن مایر دو ورودی تشکیل شده است که تا ارتفاع مشخصی از آن از آب پر شده است. هوای ورودی توسط یک رگولاتور فشار در فشار ثابتی تنظیم شده است و این فشار باعث ایجاد جریان در هوا و پیدایش حباب می شود.
اهم متر دیجیتال
نمایشگر رطوبت
خروج
سنسور مرجع
سنسور CNT
محفظه
حباب ساز
SCF
فلومتر
منبع هوای خشک
شیر هوایی
شکل (۳-۱۲) نمای دستگاه اندازه گیری شماره یک
هوای مرطوب ایجاد شده قبل از ورود به محفظه از یک شیر کنترل نیوماتیکی با قدرت درزگیری بالا عبور می کند و به محفظه وارد می شود. علت قرار دادن این شیر, کنترل میزان هوای وارد شده به محفظه می باشد و همچنین با بستن این شیر و شیر همتای آن در مسیر خروجی محفظه می توان محفظه را در یک رطوبت ثابت ساعت ها در حالت تعادل ثابت نمود.
در جداره محفظه, که یک قوطی پلاستیکی معمولی می باشد, حفره هایی برای جاسازی سنسور مورد مطالعه و سنسور مرجع ایجاد شده است. حفره ها کنار هم تعبیه شده اند که از هم رطوبت بودن محل اندازه گیری دو سنسور اطمینان حاصل شود. پس از قرار دادن دو سنسور در محفظه از ماده ای به نام صنعتی کامپوند درزگیری^[۲۳] برای درزگیری کردن کامل درون و بیرون محفظه استفاده شده است. کامپوند در واقع ماده ای خمیری شکل که مزیت آن حفظ شکل خمیری در دماهای مختلف و با گذشت زمان است. به این شکل که به راحتی می توان کامپوند را از دور سنسور باز کرد و سنسور دیگری را جایگزین و مجددا آن را به شکل ثابت تعبیه نمود.
مرجع اندازه گیری رطوبت در این قسمت دستگاه GCH-2018 از شرکت لوترون الکترونیک^[۲۴] می باشد دقت اندازه گیری دستگاه برابر۱/۰% رطوبت نسبی و رنج خطی آن ۱۰% تا ۹۵% رطوبت نسبی معرفی شده است.
جهت اندازه گیری تغییرات مقاومت سنسور مورد مطالعه از اهم متری با دقت ۰۱/۰ کیلو اهم استفاده شده است.
با بهره گرفتن از این همبندی تغییرات سنسور در برابر تغییرات رطوبت و همچنین ثبات سنسور در یک رطوبت خاص به مدت طولانی بررسی گردید, که در فصل مربوط به نتایج آزمایشات آورده شده است. قابل ذکر است که در این سیستم, فرایند کنترل کاملا به صورت حلقه باز انجام گردیده و با وجود دقت بسیار زیاد در زمان اجرای آزمایشات با سیستم های کنترل بسته که در ادامه آورده می شود قابل مقایسه نمی باشد.
۳-۳-۲ دستگاه اندازه گیری شماره دو
سیستم دومی که استفاده شد نسبت به سیستم دست ساز اول دارای مزیت های بیشتری می باشد. تصویر واقعی و نمایی آن در شکل (۳-۱۳) و (۳-۱۴) قابل مشاهده می باشد.
در این سیستم ابتدا گاز خشک ازت از قسمت حباب ساز که مشابه با سیستم قبل از یک ارلن مایر دو ورودی تشکیل شده است که تا ارتفاع مشخصی از آن از آب پر شده عبور می کند. پس از عبور از حباب ساز و مرطوب شدن گاز, از یک شیر کنترل که توسط کنترل کننده دستگاه باز و بسته می شود عبور کرده و وارد محفظه می شود.
درون محفظه سنسورهای مرجع دما و رطوبت وجود دارد. سنسور دمایی از جنس RTD (PT-100) می باشد و با سنسور رطوبت در یک بسته بندی قرار گرفته اند. محدوده تشخیص سنسور رطوبت طبق کاتالوگ آن ۵ تا ۹۰ درصد رطوبت نسبی می باشد. و سیگنال خروجی آن جریان ۴ تا ۲۰ میلی آمپر می باشد که مستقیما به دستگاه کنترلر th500 متصل می شود.
شکل (۳-۱۳) تصویر اصلی از دستگاه اندازه گیری شماره ۲
متناسب با رطوبت موجود در محفظه و مقداری که به عنوان setpoint در کنترلر ثبت شده, فرمان قطع یا وصل به روی شیر کنترلی که در مسیر ورودی هوای مرطوب قرار دارد میرود.