پایان نامه ساخت سنسور رطوبت با استفاده از نانو لوله های کربنی

فهرست:

1 مقدمه......................................................................................................................................................... 1

 واحدهای اندازه گیری رطوبت...................................................................................................... 2

ارتباط بین واحدهای مختلف......................................................................................................... 3

فصل 2 انواع سنسورهای رطوبت................................................................................................ 6

2-1- مکانیزم های مختلف شناسایی رطوبت ...................................................................................... 6

     2-1-1- نم سنج دمایی.......................................................................................... 7

     2-1-2- سنسور نقطه شبنم LiCl......................................................................... 8

     2-1-3- سنسورهای رطوبت خازنی........................................................................ 9

     2-1-4- سنسورهای رطوبت مقاومتی.................................................................... 11

     2-1-5- سنسورهای رطوبت Hygrometric....................................................... 12

     2-1-6- رطوبت سنج های نوری.......................................................................... 13

     2-1-7- سنسورهای رطوبت وزنی........................................................................ 14

2-2- خواص شیمیایی مواد به کار رفته در انواع مختلف سنسورهای رطوبت.................. 16

     2-2-1- مواد حساس سرامیکی............................................................................ 16

          2-2-1-1- اکسید آلومینیوم........................................................................... 19

          2-2-1-2- اکسید تیتانیوم............................................................................. 19

          2-2-1-3- اکسید سیلیکون........................................................................... 20

          2-2-1-4- ترکیبات اسپینال.......................................................................... 21

     2-2-2- استفاده از نانو لوله کربنی در سنسورهای رطوبت...................................... 22

عنوان                                                                                                                 صفحه

فصل 3 نحوه ساخت سنسور و دستگاه های اندازه گیری........................... 26

3-1- مروری بر نانو لوله های کربنی................................................................................................... 26

     3-1-1- ساختار نانو لوله های کربنی.................................................................... 29

     3-1-2- روش های تولید نانو لوله ها.................................................................... 31

          3-1-2-1- روش رسوب گذاری بخار شیمیایی (CVD).................................... 31

          3-1-2-2- روش قوس الکتریکی.................................................................... 32

          3-1-2-3- روش تبخیر لیزری....................................................................... 32

     3-1-3- خصوصیات نانو لوله های کربنی و کاربردهای آن...................................... 33

3-2- روش ساخت سنسور مورد مطالعه در این پایان نامه.......................................................... 36

3-3- شماتیک مداری سیستم های اندازه گیری.......................................................................... 39

     3-3-1- دستگاه اندازه گیری شماره یک.............................................................. 39

     3-3-2- دستگاه اندازه گیری شماره دو............................................................... 42

     3-3-3- دستگاه اندازه گیری شماره سه.............................................................. 43

     3-3-4- دستگاه اندازه گیری شماره چهار............................................................ 44

فصل 4 شبیه سازی و آزمایش ها.................................................................... 46

4-1- بررسی عملکرد سنسور از دیدگاه تئوری................................................................................ 46

     4-1-1- مقدمه ای بر تئوری تابعی چگالی(DFT)................................................. 50

     4-1-2- حل معادله شرودینگر............................................................................. 51

     4-1-3- تئوری های هوهنبرگ-کوهن................................................................. 52

     4-1-4- تئوری کوهن-شم.................................................................................. 54

     4-1-5- تقریب چگالی موضعی(LDA)................................................................ 56

     4-1-6- نتایج شبیه سازی عملکرد سنسور با استفاده ار تئوری DFT وتقریبLDA 58

4-2- نتایج آزمایش ها............................................................................................................................ 62

عنوان                                                                                                                 صفحه

     4-2-1- بررسی تغییرات مقاومت سنسور مورد مطالعه در معرض تغییرات رطوبت..... 62

     4-2-2- بررسی زمان افت و خیز......................................................................... 63

     4-2-3- بررسی رفتار دمایی سنسور.................................................................... 67

          4-2-3-1- دما متغییر و رطوبت ثابت............................................................. 67

          4-2-3-2- دما و رطوبت هر دو متغیر............................................................ 68

     4-2-4- بررسی تغییر اندازه سنسور..................................................................... 69

     4-2-5- بررسی اثر مزاحمت ها........................................................................... 72

     4-2-6- بررسی باز پخت دمایی سنسور................................................................ 73

     4-2-7- بررسی حد تشخیص سنسور.................................................................. 74

     4-2-8- بررسی تکرار پذیری.............................................................................. 74

     4-2-9- مقایسه با یک نمونه سنسور ساخته شده در سایر مقالات........................... 76

     4-2-10- بررسی دیگر نانو ساختارهای کربنی جهت سنسور رطوبت........................ 78

فصل 5 نتیجه گیری و پیشنهادات.................................................................. 86

5-1- نتیجه گیری.................................................................................................................................. 86

5-2- پیشنهادات جهت ادامه کار.................................................................................................. 87

مراجع.................................................................................................................. 89

منبع:

H.P. Penman, Humidity, Chapman and Hall, London. 1955.

Y. Ma, S. Ma, W. Fang, T. Wang, Air-flow sensor and humidity sensor application to neonatal infant respiration monitoring, Sens. Actuarors A 49 (1995) 47-50.

V. Matko, D. Donlagic, Sensor for high- air-humidity measurement, Sens. Actuators A 61 (1997) 331-334.

K.V. Heber, Humidity sensing at high temperatures, Sens. Actuators 12 (1987) 145-157.

http://www.iceweb.com.au/Analyzer/humidity_sensors.html (2005).

Zhi Chen and Chi Lu Humidity Sensors: A Review of Materials and Mechanisms  SENSOR LETTERS Vol. 3, 274–295, 2005

G.J.W. Visscher, Standard psychrometers: a matter of (p) references, Meas. Sci. Technol. 6 (1995) 1451-1461

J.R. Simoes-Moreira, A thermodynamic formulation of the psychrometer constant, Meas. Sci. Technol. 10 (1999) 302-311

F.C. Quinn, The most common problem of moisture/humidity measurement and control, in: Proceedings of the Conference on Humidity and Moisture, Washington DC, 1985, pp. 1-5.

H. Endres, H.D. Jander, W. Gottler, Atest system for gas sensors, Sens. Actuators B 23 (1995) 163-172.

H. Mitter, Humidity Calibration-Simple and accurate, Proc. Sensor 99, Nurnberg, 18-20 May, 1999, pp. 623-628

D.A. Mathews, Review of the Lithium Chloride radiosonde hygrometer, in: Proceedings of the Conference on Humidity and Moisture, Vol. VI, Washington DC, 1963, pp. 219-227

H. Mitter, Humidity Calibration-Simple and accurate, Proc. Sensor 99, Nurnberg, 18-20 May, 1999, pp. 623-628

J.G. Korvink, L. Chandran, T. Boltshauser, H. Baltes, Accurate 3D capacitance evaluation in integrated capacitive humidity sensors, Sens. Mater. 4(6)(1993) 323-335.

R.S. Jachowicz, S.D. Senturia, A thin film capacitance humidity sensor, Sens. Actuators 2 (1981) 171-186.

K. Bratzler, Adsorption von Gasen und Dampfen in laboratorium und Technik, Theodor Steinkopf, Dresden, 1944.

K. Bratzler, Adsorption von Gasen und Dampfen in laboratorium und Technik, Theodor Steinkopf, Dresden, 1944.

G. Gerlach, K. Sager, A piezoresistive humidity sensor, Sens. Actuators A 43 (1994) 181-184

R. Buchhold, A. Nakladal, G. Gerlach, K.J. Eichhorn, G. Dlubek, Multiplying sensitivity and tailoring transfer function of bimorph humidity sensors by ion bombardment of the hygroscopic polymer layer, Proc. Transducers 99, Sendai, Japan, pp. 230-233.

N.T.T. Ha, D.K. An, P.V. Phong, P.T.M. Hoa, L.H. Mai, Study and performance of humidity sensor based on the mechanical optoelectronic principle for the measurement and control of humidity in storehoses, Sens. Actuators B 66 (2000) 200-202.

E. Radeva, V. Georgiev, L. Spassov, N. Koprinarov, St. Kanev, Humidity adsorptive properties of thin fullerene layers studied by means of quartz microbalance, Sens. Actuators B 42 (1997) 11-13

H.T. Sun, Z.T. Cheng, X. Yao, W. Wlodarski, Humidity sensor using sol-gel-derived silica coating on quartz crystal, Sens. Actuators B 13/14 (1993) 107-110

F. Pascal-Delannoy, B. Sorli, A. Boyer, Quartz crystal microbalance(QCM) used as humidity sensor, Sens. Actuators A 84 (2000) 285-291

B. Morten, G. De Cicco, M. Prudenziati, A thick-film resonant sensor for humidity measurements, Sens. Actuators A 37/38 (1993) 337-342

A. Gluck, W. Halder, G. Lindner, H. Muller, P. Weindler, PVDF-excited resonance sensors for gas flow and humidity measurements, Sens. Actuators B 18/19 (1994) 554-557.

A.J. Slobodnik, Surface acoustic waves and SAW materials, Proc. IEEE 64 (5) (1976) 581-595.

Ansbacher and A. C. Jason, Nature 24, 177 (1953).

T. Moromoto, M. Nagao, and F. Tokuda, J. Phys. Chem. 73, 243 (1969).

E. McCafferty and A. C. Zettlemoyer, Faraday Discussions 52, 239 (1971).

V. K. Khanna and R. K. Nahar, J. Phys. D: Appl. Phys. 19, L141 (1986).

L. Young, Anodic Oxide Films, Academic Press, New York (1961).

E. C. Dickey, O. K. Varghese, K. G. Ong, D. Gong, M. Paulose, and C. A. Grimes, Sensors 2, 91 (2002).

C. A. Grimes, D. Kouzoudis, E. Dickey, D. Qian, M. A. Anderson, R. Shahidain, M. Lindsey, and L. Green, J. Appl. Phys. 87, 5341 (2000).

S.A. Krutovertsev, A. E. Tarasova, L. S. Krutovertseva, and A. V. Zorin, Sens. Actuators A 62, 582 (1997).

K. Robbie and M. J. Brett, J. Vac. Sci. Technol. A 15, 1460 (1997).

G. Gusmano, G. Montesperelli, and E. Traversa, Sens. Actuators B 7, 460 (1992).

K Jaruwongrungsee, A. Wisitsoraat, A. Tuantranont, T. Lomas "Humidity Sensing Characteristics of Plasma Functionalized Multiwall Carbon Nanotube-Polyimide Composite Films." National electronics and computer technology center.(2008)

Pi-Guey Su a, , Yi-Lu Sunb, Chu-Chieh Lin "A low humidity sensor made of quartz crystal microbalance coated with multi-walled carbon nanotubes/Nafion composite material films"Department of Chemistry, Chinese Culture University(2005)

Myung Jin Lee, Cheol-Jin Lee Department of Biomicrosystem Technology School of Electrical Engineering Korea University& V.R. Singh, Kum-Pyo Yoo, Nam-Ki Min Department of Control and Instrumentation Engineering Korea University "Humidity Sensing Characteristics of Plasma Functionalized Multiwall Carbon Nanotube-PolyimideComposite Films" (2008)

N. Hamada, S.I. Sawada and A. Oshiyama: Phys. Rev. Lett. 68, 1579 (1992)

S. Iijima and T. Ichibashi: Nature 363, 603 (1993)

D. Golberg, Y. Bando, L. Bourgeois, and K. Kurashima: Carbon 39, 1858 (1999)

R.T.K. Baker, P.S. Harris: The formation of filamentous carbon. In: Chemistry and Physics of Carbon, 14, ed by P.L. Walker Jr. and P.A. Thrower (Marcel Dekker, 1978) pp 83–165

S. Iijima: Nature 354, 56 (1991)

T. Guo, P. Nikolaev, A.G. Rinzler, D. Tomanek, D.T. Colbert, R. E. Smalley: J. Phys. Chem. 99, 10694 (1995)

Jijun Zhao, Alper Buldum, Jie Han and Jian Ping Lu Gas molecule adsorption in carbon nanotubes and nanotube bundles Nanotechnology 13 (2002) 195–200

Nathan Argaman and Guy Makov arXiv:physics/9806013v2 [physics.ed-ph] 19 Jul 1999

W. Kohn, A. D. Becke, and R. G. Parr Department of Physics, UniVersity of California, Santa Barbara, Santa Barbara, California 93106 ReceiVed: March 5, 1996

P. Geerlings,, F. De Proft, and W. Langenaeker Chem. Rev. 2003, 103, 1793-1873

N. M. Harrison Department of Chemistry, Imperial College of Science Technology and Medicine, SW7 2AY, London and CLRC, Daresbury Laboratory, Daresbury, Warrington, WA4 4AD An Introduction to Density Functional Theory