Газовый датчик, основанный на пьезоэлектрическом резонаторе с поперечным электрическим полем и газочувствительной пленке хитозана

Б. Д. Зайцев, А. П. Семенов, Ф. С. Федоров, А. А. Теплых, И. А. Бородина, А. К. Гребенко, А. Г. Насибулин, Г. И. Фильков, А. В. Трофименко

Аннотация


В работе исследованы сенсорные свойства датчика, представляющего собой структуру «стеклянная подложка – пленка хитозана – воздушный зазор – резонатор с поперечным возбуждающим электрическим полем (ПЭП)». Резонатор изготовлен из пластины пьезокерамики ЦТС-19 толщиной 2,54 мм и поперечными размерами 20×18 мм2 с двумя прямоугольными алюминиевыми электродами с размерами 20×7 мм2 и зазором между ними 4 мм. Полярная ось была ориентирована перпендикулярно зазору между электродами. В качестве газочувствительных пленок использовались пленки лактата хитозана и гликолята хитозана, сорбционные свойства которых изучались по отношению к парам воды, этанола и водного раствора аммиака (10 %). Установлено, что для обоих типов пленок в присутствии паров указанных жидкостей резонансная частота параллельного резонанса и максимальное значение реальной части электрического импеданса исследуемой структуры существенно уменьшаются и полностью восстанавливаются после удаления паров из камеры.


Зайцев Б. Д., Семенов А. П., Федоров Ф. С., Теплых А. А., Бородина И. А., Гребенко А. К., Насибулин А. Г., Фильков Г. И., Трофименко А. В. Газовый датчик, основанный на пьезоэлектрическом резонаторе с поперечным электрическим полем и газочувствительной пленке хитозана. Ural Radio Engineering Journal. 2019;3(3):286–295. DOI: 10.15826/urej.2019.3.3.005



Ключевые слова


газовые датчики; пьезоэлектрический резонатор с поперечным электрическим полем; пленки хитозана; резонанс; электрический импеданс

Полный текст:

PDF

Литература


Hu Y., French L. A., Jr., Radecsky K., Pereira da Cunha M., Millard P., Vetelino J. F. A lateral field excited liquid acoustic wave sensor. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2004;51(11):1373–1379. DOI: 10.1109/tuffc.2004.1367475

McCann D. F., McCann J. M., Parks J. M., Frankel D. J., Pereira da Cunha M., Vetelino J. F. A lateral-field-excited LiTaO3 high frequency bulk acoustic wave sensor. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2009;56(4):779–787. DOI: 10.1109/ TUFFC.2009.1100

Vetelino J. F. A lateral field excited acoustic wave sensor platform. In: Proc. IEEE Ultrasonics Symp. 2010, pp. 2269–2272.

Zaitsev B. D., Kuznetsova I. E., Shikhabudinov A. M., Ignatov O. V., Guliy O. I. Biological Sensor Based on a Lateral Electric Field Excited Resonator. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2012;59(5):963–969. DOI: 10.1109/TUFFC.2012.2281

Zaitsev B. D., Shikhabudinov A. M., Teplykh A. A., Kuznetsova I. E. Liquid sensor based on a piezoelectric lateral electric field-excited resonator. Ultrasonics. 2015;638:179–183. DOI: 10.1016/j.ul- tras.2015.07.009

Suginta W., Khunkaewla P., Schulte A. Electrochemical biosensor applications of polysaccharides chitin and chitosan. Chemical Reviews. 2013;113:5458–5479. DOI: 10.1021/cr300325r

Kumar M. N. V. R. A review of chitin and chitosan applications. Reactive and Functional Polymers. 2000;46(1):1–27. DOI: 10.1016/S1381- 5148(00)00038-9

Nasution T. I., Nainggolan I., Hutagalung S. D., Ahmad K. R., Ahmad Z. A. The sensing mechanism and detection of low concentration acetone using chitosan-based sensors. Sensors and Actuators B: Chemical. 2013;177:522–528. DOI: 10.1016/j.snb.2012.11.063

Pauliukaite R., Ghica M. E., Fatibello-Filho O., Brett C. M. A. Electrochemical impedance studies of chitosan-modified electrodes for application in electrochemical sensors and biosensors. Electrochimica Acta. 2010;55(21):6239–6247. DOI: 10.1016/j.electacta.2009.09.055

Feng D., Wang F., Chen Z. Electrochemical glucose sensor based on one-step construction of gold nanoparticle – chitosan composite film. Sensors and Actuators B: Chemical. 2009;138(2):539–544.

Lian W., Liu S., Yu J., Li J., Cui M., Xu W., Huang J. Electrochemical sensor using neomycin-imprinted film as recognition element based on chitosan-silver nanoparticles/graphene-multiwalled carbon nanotubes composites modified electrode. Biosens Bioelectron. 2013;44:70–76. DOI: 10.1016/j.bios.2013.01.002

Liu Y., Gaskell K. J., Cheng Z., Yu L. (Lucy), Payne G. F. Chitosancoated electrodes for bimodal sensing: selective post-electrode film reaction for spectroelectrochemical analysis. Langmuir. 2008;24(14):7223–7231. DOI: 10.1021/la800180y

Li W., Jang D. M., An S. Y., Kim D., Hong S.-K., Kim H. Polyaniline-chitosan nanocomposite: High performance hydrogen sensor from new principle. Sensors and Actuators B: Chemical. 2011;160(1):1020– 1025. DOI: 10.1016/j.snb.2011.09.020

Bouvree A., Feller J.-F., Castro M., Grohens Y., Rinaudo M. Conductive polymer nano-biocomposites (CPC): Chitosan-carbon nanoparticle a good candidate to design polar vapour sensors. Sensors and Actuators B: Chemical. 2009;138(1):138–147. DOI: 10.1016/j. snb.2009.02.022

Ayad M. M., Minisy I. M. Detection and kinetics of methylamine on chitosan film coated quartz crystal microbalance electrode. Progress in Organic Coatings. 2016;100:76–80. DOI: 10.1016/j. porgcoat.2016.01.012




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2019.3.3.005

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


URAL RADIO ENGINEERING JOURNAL

2020