Details

Работа посвящена исследованию электрофизических характеристик газочувствительных элементов на основе оксида никеля. Для проведения экспериментов разработана проточная газораспределительная установка, обеспечивающая подачу смесей с заданными параметрами расхода и концентрации. Дополнительно выполнено гидродинамическое моделирование измерительной ячейки в среде COMSOL Multiphysics, которое подтвердило равномерное обтекание сенсора и отсутствие застойных зон. В ходе работы экспериментально исследован кинетический отклик структур на пары этанола при различных значениях относительной влажности. Установлено, что процесс формирования сигнала имеет выраженный двухстадийный характер. Показано, что повышение уровня влажности приводит к росту базового сопротивления чувствительного слоя NiO. Данный эффект обусловлен процессами конкурентной адсорбции молекул воды на поверхности материала. Для количественного анализа экспериментальных данных применена одномерная кинетико-диффузионная математическая модель, учитывающая адсорбцию, десорбцию и перенос молекул в пористой структуре. Выполненная численная аппроксимация кинетических кривых показала высокое соответствие расчетных и экспериментальных зависимостей. Полученные результаты подтверждают адекватность выбранной модели и доказывают необходимость учета влажности при анализе характеристик металлооксидных сенсоров.

This work is devoted to investigating the electrophysical characteristics of gas-sensitive elements based on nickel oxide. To conduct the experiments, a flow-through gas delivery system was developed, ensuring the supply of gas mixtures with specified flow rate and concentration parameters. Additionally, hydrodynamic modeling of the measuring cell was performed in COMSOL Multiphysics, confirming uniform gas flow around the sensor and the absence of dead zones. The kinetic response of the structures to ethanol vapors was experimentally investigated under various relative humidity conditions. It was established that the signal formation process exhibits a pronounced two-stage character. It was shown that an increase in humidity leads to an increase in the baseline resistance of the sensitive NiO layer. This effect is attributed to the competitive adsorption of water molecules on the materials surface. For the quantitative analysis of experimental data, a one-dimensional kinetic-diffusion mathematical model was applied, taking into account adsorption, desorption, and molecular transport within the porous structure. The numerical approximation of the kinetic curves demonstrated a high degree of agreement between the calculated and experimental dependencies. The obtained results confirm the adequacy of the selected model and prove the necessity of accounting for humidity when analyzing the characteristics of metal oxide sensors.