دوره 22، شماره 1 - ( مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران - جلد 22 شماره 1 1404 )
جلد 22 شماره 1 صفحات 90-79 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Cheshmehkhavar S, Molaeezadeh S F. Theoretical Design and Characterization of Borophene-based Nanosensors for Detecting Toxic Gases. Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers 2025; 22 (1) :79-90
URL: http://jiaeee.com/article-1-1614-fa.html
URL: http://jiaeee.com/article-1-1614-fa.html
چشمه خاور شادی، مولایی زاده سیده فاطمه. طراحی نظری و مشخصه یابی نانوحسگرهای مبتنی بر بروفن برای شناسایی گازهای سمی. نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران. 1404; 22 (1) :79-90
دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول
چکیده: (188 مشاهده)
تشخیص و حذف گازهای سمی خصوصاً در غلظت‌های کم با حساسیت بسیار بالا امری مهم به شمار می‌آید. در این پژوهش، جذب مولکول گاز NO2 بر روی نانوصفحات دوبُعدی و نانوریبون‌های یک‌بُعدی دو فاز پایدار ϰ3 و β12 بروفن بررسی و تاثیر جذب بر ساختار الکترونی و ترابرد نانوریبون‌های بروفن مطالعه می‌شود. شبیه‌سازی محاسباتی نانوساختارهای بروفن در چهارچوب نظریه تابعی چگالی (DFT) و نظریه تابع غیرتعادلی گرین (NEGF) و با بهره‌گیری از بسته‌‌ی نرم‌افزاری VNL-ATK انجام می‌شود.
نتایج نشان می‌دهد عملکرد حسگری به ساختار هندسی بروفن، موقعیت‌های جذب گاز و جهت ترابرد بار الکتریکی وابسته است. بیشترین بازه تغییرات نسبی جریان در دستگاههای مبتنی بر نانوریبون آرمچیر ϰ3 و نانوریبون زیگزاگ β12 قبل و بعد از جذب گاز در محدوده 0.1 تا 1.5 ولت به ترتیب 62% و 38% است. تغییرات نسبی جریان در ولتاژ 0.1 ولت برای هر دو دستگاه مذکور تقریبا با هم برابر و حدود 32 % است. بالا بودن تغییرات نسبی جریان در نتیجه جذب NO2 در ولتاژهای کم نشان می‌دهد که سنسورهای مبتنی بر نانوریبون آرمچیر بروفن فاز ϰ3 حساسیت و انتخاب‌پذیری بالایی را برای آشکارسازی مولکول‌های کوچک گاز NO2 دارند.
نتایج نشان می‌دهد عملکرد حسگری به ساختار هندسی بروفن، موقعیت‌های جذب گاز و جهت ترابرد بار الکتریکی وابسته است. بیشترین بازه تغییرات نسبی جریان در دستگاههای مبتنی بر نانوریبون آرمچیر ϰ3 و نانوریبون زیگزاگ β12 قبل و بعد از جذب گاز در محدوده 0.1 تا 1.5 ولت به ترتیب 62% و 38% است. تغییرات نسبی جریان در ولتاژ 0.1 ولت برای هر دو دستگاه مذکور تقریبا با هم برابر و حدود 32 % است. بالا بودن تغییرات نسبی جریان در نتیجه جذب NO2 در ولتاژهای کم نشان می‌دهد که سنسورهای مبتنی بر نانوریبون آرمچیر بروفن فاز ϰ3 حساسیت و انتخاب‌پذیری بالایی را برای آشکارسازی مولکول‌های کوچک گاز NO2 دارند.
واژه‌های کلیدی: فازهای ϰ3 و β12 بروفن، نانوریبون‌های آرمچیر و زیگزاگ، حسگر گاز، خصوصیات ترابرد، رفتارهای جذبی، نظریه تابعی چگالی (DFT)، نظریه تابع غیرتعادلی گرین (NEGF)، مولکول گاز NO2.
چکیده مبسوط [PDF 286 KB] (7 دریافت)
فهرست منابع
1. [1] Singh, E., Meyyappan, M., Nalwa, H. S. "Flexible Graphene-Based Wearable Gas and Chemical Sensors," ACS applied materials & interfaces, vol. 9, no. 40, pp. 34544-34586, 2017. [DOI:10.1021/acsami.7b07063]
2. [2] Hao, T., Chiang, K.S, "Graphene-Based Ammonia-Gas Sensor Using In-Fiber Mach-Zehnder Interferometer," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 29, no. 23, pp. 2035-2038, 2017. [DOI:10.1109/LPT.2017.2761981]
3. [3] Fiori G, Bonaccorso F, Iannaccone G, Palacios T, Neumaier D, Seabaugh A, Banerjee SK, Colombo L., "Electronics based on two-dimensional materials," Nature nanotechnology, vol. 9, no. 10, pp. 768-779, 2014. [DOI:10.1038/nnano.2014.207]
4. [4] Tang, X., Du, A., Kou, L.,"Gas sensing and capturing based on two‐dimensional layered materials: Overview from theoretical perspective," Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science, vol. 8, no. 4, 2018. [DOI:10.1002/wcms.1361]
5. [5] Mannix, A.J., Zhou, X.F., Kiraly, B., Wood, J.D., Alducin, D., Myers, B.D., Liu, X., Fisher, B.L., Santiago, U., Guest, J.R., Yacaman, M.J., "Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs," Science, vol. 350, no. 6267, pp. 1513-1516, 2015. [DOI:10.1126/science.aad1080]
6. [6] Zhong, Q., Kong, L., Gou, J., Li, W., Sheng, S., Yang, S., Cheng, P., Li, H., Wu, K., Chen, L., "Synthesis of borophene nanoribbons on Ag (110) surface," Physical Review Materials, vol. 1, no. 2, 2017. [DOI:10.1103/PhysRevMaterials.1.021001]
7. [7] Li, D., Gao, J., Cheng, P., He, J., Yin, Y., Hu, Y., Chen, L., Cheng, Y., Zhao, J.,"2D Boron Sheets: Structure, Growth, and Electronic and Thermal Transport Properties," Advanced Functional Materials, vol. 30, no. 8, p. 1904349, 2019. [DOI:10.1002/adfm.201904349]
8. [8] Cui, H., Zhang, X., Chen, D, "Borophene: a promising adsorbent material with strong ability and capacity for SO2 adsorption," Applied Physics A, vol. 124, no. 636, pp. 0947-8396, 2018. [DOI:10.1007/s00339-018-2064-9]
9. [9] Feng, B., Zhang, J., Zhong, Q., Li, W., Li, S., Li, H., Cheng, P., Meng, S., Chen, L., Wu, K., "Experimental realization of two-dimensional boron sheets," Nature chemistry, vol. 8, no. 6, pp. 563-568, 2016. [DOI:10.1038/nchem.2491]
10. [10] Ranjan, P., Sahu, T.K., Bhushan, R., Yamijala, S.S., Late, D.J., Kumar, P., Vinu, A., "Freestanding Borophene and Its Hybrids,"Advanced Materials, vol. 31, no. 27, p.1900353, 2019. [DOI:10.1002/adma.201900353]
11. [11] Vishkayi, S.I., Tagani, M.B., "Freestanding χ3-Borophene Nanoribbons: A Density Functional Theory Investigation," Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 20, no. 15, pp. 10493-10501, 2018. [DOI:10.1039/C7CP08671G]
12. [12] Molaeezadeh, S.F., Lakmehsari, M.S., Arabieh, M. and Azar, Y.T., "Unraveling the effect of the defect and adsorbate on the magnetic properties of χ3 borophene nanoribbons: an in-silico study," Physica Scripta, vol. 96, no. 1, p. 015812, 2020. [DOI:10.1088/1402-4896/abcc9c]
13. [13] Yogi, R., Jaiswal, N.K., "First-principle study of NO2 adsorption and detection on the edges of zigzag nitride nanoribbons," Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, vol. 114, pp. 1386-9477, 2019. [DOI:10.1016/j.physe.2019.113575]
14. [14] Shukla, V., Warna, J., Jena, N.K., Grigoriev, A., Ahuja, R., "Toward the Realization of 2D Borophene Based Gas Sensor," The Journal of Physical Chemistry C, vol. 121, no. 48, pp. 26869-26876, 2017. [DOI:10.1021/acs.jpcc.7b09552]
15. [15] Ta, T.L., Pham, T.L., Dinh, V.A., "Toxic Gases on β12 Borophene: the Selective Adsorption," VNU Journal of Science: Mathematics-Physics, vol. 36, no. 2, pp. 66-73, 2020. [DOI:10.25073/2588-1124/vnumap.4463]
16. [16] Fazilaty, M., Pourahmadi, M., Shayesteh, M.R., Hashemian, S., "χ3 -borophene-based detection of Hydrogen Sulfide via gas nanosensors," Chemical Physics Letters, vol. 741, p.137066, 2019. [DOI:10.1016/j.cplett.2019.137066]
17. [17] Li, J., Chen, X., Yang, Z., Liu, X., Zhang, X., "Highly Anisotropic Gas Sensing of Atom-thin Borophene: A first-principles," Journal of Materials Chemistry C, vol 9, no 3, pp.1069-1076, 2021. [DOI:10.1039/D0TC04691D]
18. [18] Huo, Y., Liu, R., Sun, Q., Yang, Z., Xu, L.C. and Liu, X., "Inorganic gas sensing performance of χ3-borophene and the van der Waals heterostructure," Applied Surface Science, vol. 581, no. 2, p.151906, 2022. [DOI:10.1016/j.apsusc.2021.151906]
19. [19] Parr, R. G., Yang, W., Density-functional theory of atoms and molecules. New York, Ny Oxford Univ. Press, 1994. [DOI:10.1093/oso/9780195092769.001.0001]
20. [20] Supriyo Datta, Quantum transport : atom to transistor, Cambridge, Uk ; New York: Cambridge University Press, 2005. [DOI:10.1017/CBO9781139164313]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY NC 4.0) قابل بازنشر است. |
