Sensori per gas a base di semiconduttori

nanostrutturati

Cesare Malagù

I sensori per gas chemoresistivi sono dispositivi basati su semiconduttori che variano la conduttanza come risultato di una interazione chimica con l’ ambiente gassoso.

In un solido esistono delle bande di energia permesse, separate tra loro da bande proibite, nelle quali cioè non esistono livelli di energia permessi per gli elettroni.

• Il cristallo si comporta come un metallo, se, allo zero assoluto, una o più bande sono parzialmente piene (fra il 10 e il 90%).

• Il cristallo si comporta come un isolante se le bande di energia permesse sono, allo zero assoluto tutte piene, fino all’ultima banda detta banda di valenza, in modo che gli elettroni non possano muoversi nel cristallo

Semiconduttori

Le regioni proibite sono chiamate gap di energia o band gap e derivano dall’interazione degli elettroni di conduzione con gli ioni del cristallo.

Sensori per gas chemi-resistiviSono costituiti di nanoparticelle di semiconduttori che legano atomi di ossigeno dell’ atmosfera allo loro superficie in modo reversibile.

50nm

0

SqV

kTG G e−

=Conduttanza

Quando un gas riducente (come il CO) viene a contatto con la superficie, esso si lega agli ioni ossigeno adsorbiti, liberando elettroni che tornano in banda di conduzione aumentando la conducibilità.

2 eCO O CO− −→+ +¬

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

09:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00

SnO2

tempo

Gg

as/G

aria

Risposta elettrica

1.0

1.5

2.0

2.5

0 20 40 60 80

Ti-650Ti-800 Ti-850

Time (min)

Gg

as/G

air

Le risposte al gas dei sensori di biossido di titanio sono fortemente dipendenti dalla dimensione delle particlelle

1.0

1.5

2.0

2.5

0 20 40 60 80

Ti-650Ti-800 Ti-850

Time (min)

Gg

as/G

air

650 °C

800 °C

850 °C

1 µm

1 µm

1 µm

substrato

Elettrodi d’oro

Controllo di temperatura

Riscaldatore in platino

Come è fatto un sensore di gas

STAZIONE DI MONITORAGGIO BASATA SU SENSORI A STATO SOLIDO

Foto attivazione

AriaNO

Camera di reazione

Camera Sensori

Analizzatore NOx

SENSORI: DIAGNOSI DEL CANCRO AL COLON-RETTO

SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI

LISTA DEI "VOC" MARCATORI TUMORALI

SENSORI A BASE DI OSSIDI SEMICONDUTTORI E SETUP SPERIMENTALE

Principali collaborazionicon aziende

Lamborghini Auto SpaStudio di fattibilità riguardante un metodo di separazionefra differenti specie di gas emessi dallo scarico di un motorealimentato a bioetanolo.

ENI SpaApplicazioni di materiali ibridi ECS (ibridi organo silicati) alla sensoristica.

GPIII S.r.l.Impianto per la deposizione di film nanostrutturati autopulenti su materiali ceramici e vetrosi.

Sacmi S.r.l.Studio delle qualità sensoristiche di materiali chemoresistivifinalizzati alla realizzazione di micro sensori per il monitoraggioambientale.