Reduction graphene oxide and lead sulphide hybrids materials for NO2 chemiresitive gaz sensors

Details

Supervisors

Hackens, Benoît ; Massa Fernandes, Fernando

Faculty

Ecole polytechnique de Louvain

Degree label

Master de spécialisation en nanotechnologies

Abstract

The aim of this work is to manufacture and test the performance of a chemiresistive sensor based on a hybrid PbS/rGO material for the detection of NO2. To do this, we first synthesize the hybrid material using a simple method and then evaluate its characteristics. The morphology and size of the crystallites of the hybrid material are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) while the electronic properties are determined by measuring electrical resistance as a function of temperature. The results obtained show that rGO provides a favorable surface for the nucleation of PbS nanoparticles with a crystallite size of about 7.5-15nm. These results also show that this material is a semiconductor type with an activation energy of 0.13eV or the dominant transport mechanism is of the Mott type (VRH-2D and VRH-D). Performance testing is performed by exposing the sensor to a concentration of 500ppb at room temperature and a relative humidity of 53-62%. The sensor shows sensitivity of 75 to 85% for seven out of 8 pixels tested with an average response and recovery time of 4.6min and 41min respectively. The sensor shows reproducibility over three adsorption/desorption cycles.

Ce travail a pour but de fabriquer et tester les performances d’un capteur chimiresistif à base d’un matériau hybride PbS/rGO pour la détection du NO2. Pour se faire, nous faisons d’abord la synthèse du matériau hybride par une méthode simple, puis évaluons ses caractéristiques. La morphologie et la taille des cristallites du matériau hybride sont caractérisées par la microscopie électronique à balayage (SEM) et la diffraction des rayons X (XRD) tandis que les propriétés électroniques sont déterminées en mesurant la résistance électrique en fonction de la température. Les résultats obtenus montrent que le rGO fourni une surface favorable pour la nucléation des nanoparticules de PbS avec une taille des cristallites d’environ 7.5-15nm. Ces résultats montrent également que ce matériau est un type semi-conducteur avec une énergie d’activation de 0.13eV ou le mécanisme de transport dominant est de type Mott (VRH-2D et VRH-D). Les tests de performances sont effectués en exposant le capteur à une concentration de 500ppb à température ambiante et à un taux d’humidité relative de 53 à 62%. Le capteur montre les sensibilités de 75 à 85% pour sept pixels sur 8 testés avec un temps réponse et de récupération moyen de 4.6min et 41min respectivement. Le capteur montre une reproductibilité sur trois cycle d’adsorption/désorption.