Novel low-temperature growth of SnO2 nanowires and their gas-sensing properties

A simple thermal evaporation method is presented for the growth of crystalline SnO2 nanowires at a low substrate temperature of 450 degrees C via an gold-assisted vapor-liquid-solid mechanism. The as-grown nanowires were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction, and were also tested for methanol vapor sensing. Transmission electron microscopy studies revealed the single-crystalline nature of the each nanowire. The fabricated sensor shows good response to methanol vapor at an operating temperature of 450 degrees C. (C) 2012 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Porous wide band gap BiNbO4 ceramic nanopowder synthesised by low temperature solution-based method for gas sensing applications

In this study, we report the gas sensing behavior of BiNbO4 nanopowder prepared by a low temperature simple solution-based method. Before the sensing behaviour study, the as-synthesized nanopowder was characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, UV-diffuse reflectance spectroscopy, impedance analysis, and surface area measurement. The NH3 sensing behavior of BiNbO4 was then studied by temperature modulation (50-350 degrees C) as well as concentration modulation (20-140 ppm). At the optimum operating temperature of 325 degrees C, the sensitivity was measured to be 90%. The cross-sensitivity of as-synthesized BiNbO4 sensor was also investigated by assessing the sensing behavior toward other gases such as hydrogen sulphide (H2S), ethanol (C2H5OH), and liquid petroleum gas (LPG). Finally, selectivity of the sensing material toward NH3 was characterized by observing the sensor response with gas concentrations in the range 20-140 ppm. The response and recovery time for NH3 sensing at 120 ppm were about 16 s and about 17 s, respectively.

Performance study of a cesium iodide photocathode-based UV photon detector in Ar/CH4 mixture

The detection efficiency of a gaseous photomultiplier depends on the photocathode quantum efficiency and the extraction efficiency of photoelectrons into the gas. In this paper we have studied the performance of an UV photon detector with P10 gas in which the extraction efficiency can reach values near to those in vacuum operated devices. Simulations have been done to compare the percentage of photoelectrons backscattered in P10 gas as well as in the widely used neon-based gas mixture. The performance study has been carried out using a single stage thick gas electron multiplier (THGEM). The electron pulses and electron spectrum are recorded under various operating conditions. Secondary effects prevailing in UV photon detectors like photon feedback are discussed and its effect on the electron spectrum under different operating conditions is analyzed. (C) 2014 Chinese Laser Press

The Structure and Evolution of a Two-Dimensional H2/O2/Ar Cellular Detonation

This paper reports on two-dimensional numerical simulation of cellular detonation wave in a / / mixture with low initial pressure using a detailed chemical reaction model and high order WENO scheme. Before the final equilibrium structure is produced, a fairly regular but still non-equilibrium mode is observed during the early stage of structure formation process. The numerically tracked detonation cells show that the cell size always adapts to the channel height such that the cell ratio is fairly independent of the grid sizes and initial and boundary conditions. During the structural evolution in a detonation cell, even as the simulated detonation wave characteristics suggest the presence of an ordinary detonation, the evolving instantaneous detonation state indicates a mainly underdriven state. As a considerable region of the gas mixture in a cell is observed to be ignited by the incident wave and transverse wave, it is further suggested that these two said waves play an essential role in the detonation propagation.

Comparative observation of Ar, Ar-H-2 and Ar-N-2 DC arc plasma jets and their arc root behaviour at reduced pressure

Results observed experimentally are presented, about the DC arc plasma jets and their arc-root behaviour generated at reduced gas pressure without or with an applied magnetic field. Pure argon, argon-hydrogen or argon- nitrogen mixture was used as the plasma-forming gas. A specially designed copper mirror was used for a better observation of the arc-root behaviour on the anode surface of the DC non-transferred arc plasma torch. It was found that in the cases without an applied magnetic field, the laminar plasma jets were stable and approximately axisymmetrical. The arc-root attachment on the anode surface was completely diffusive when argon was used as the plasma-forming gas, while the arc-root attachment often became constrictive when hydrogen or nitrogen was added into the argon. As an external magnetic field was applied, the arc root tended to rotate along the anode surface of the non-transferred arc plasma torch.

Behavior of ar plasma formed in a high-density plasma source - an ecr reactor

In order to develop the ultra-large scale integration(ULSI), low pressure and high density plasma apparatus are required for etching and deposit of thin films. To understand critical parameters such as the pressure, temperature, electrostatic potential and energy distribution of ions impacting on the wafer, it is necessary to understand how these parameters are influenced by the power input and neutral gas pressure. In the present work, a 2-D hybrid electron fluid-particle ion model has been developed to simulate one of the high density plasma sources-an Electron Cyclotron Resonance (ECR) plasma system with various pressures and power inputs in a non-uniform magnetic field. By means of numerical simulation, the energy distributions of argon ion impacting on the wafer are obtained and the plasma density, electron temperature and plasma electrostatic potential are plotted in 3-D. It is concluded that the plasma density depends mainly on both the power input and neutral gas pressure. However, the plasma potential and electron temperature can hardly be affected by the power input, they seem to be primarily dependent on the neutral gas pressure. The comparison shows that the simulation results are qualitatively in good agreement with the experiment measurements.

Interactions of a femtosecond intense laser with rare gas clusters in a dense jet\

A study on the interactions of high intensity (similar to 10(16) W/cm(2)) femtosecond laser pulses with rare gas clusters in a dense jet is performed. Energy absorption by Ar and Xe clusters is measured and it can be as high as 90%. Very energetic ions produced in the laser interaction with a dense cluster jet are detected by time-of-flight spectrometry and the maximum ion energy of Xe is up to 1.3 MeV. The average ion energies are found to increase with increasing cluster size and get saturated gradually. The average ion energies also show a strong directionality and the average ion energy in the direction parallel to the laser polarization vector is 40% higher than that perpendicular to it. The findings are discussed in terms of a model of charge-dependent ion acceleration.

Spectroscopic studies of gas-phase molecular clusters

Spectroscopic investigations of hydrogen-bonding and van der Waals' interactions m molecular clusters were studied by the techniques of infrared predissociation and resonance-enhanced multiphoton ionization spectroscopies (REMPI). Ab initio calculations were applied in conjunction for data interpretation.

The infrared predissociation spectroscopy of CN^-•(H_2O)_n (n = 2 - 6) clusters was reported in the region of 2950 - 3850 cm^(-1). The hydrogen bondings for the C-site and N-site binding, and among the water molecules were identified for n = 2 to 4. A spectral transition was observed for n = 5 and 6, implying that the anion was surface-bound onto the water aggregates in larger clusters.

The infrared predissociation spectroscopy of Br^-•(NH_3) and I^-•(NH_3)_n (n =1-3) clusters was reported in the region of 3050-3450 cm^(-1). For the Br^-•(NH_3) complex, a dominating ionic NH stretch appeared at 3175 cm^(-1), and the weaker free NH stretch appeared at 3348 cm^(-1). The observed spectrum was consistent to the structure in which there was one nearly linear hydrogen bond between Br^- and the NH_3 moiety. For the I^- •(NH_3) complex, five distinct IR absorption bands were observed in the spectrum. The spectrum was not consistent with basic frequency patterns of three geometries considered in the ab initio calculations - complex with one, two and three hydrogen bondings between I^- and the NH_3 moiety. Substantial inhomogenous broadening were displayed in the spectra for I^-•(NH_3)_n (n =2-3), suggesting the presence of multiple isomers.

The REMPI spectroscopy of the bound 4p ^2П 1/2 and ^2П 3/2 states, and the dissociative 3d ^2Σ^+ 1/2 state in the Al•Ar complex was reported. The dissociative spectrum at Al^+ channel suggested the coupling of the 4p ^2П 1/2,3/2 states to the repulsive 3d ^2Σ^+ 1/2 state. The spin-electronic coupling was further manifested in the dissociative Al^+ spectrum of the 3d ^2Σ^+ 1/2 state. Using the potential energy curves obtained from ab initio calculations, a bound → continuum Franck-Condon-intensity simulation was performed and compared with the one-photon 3d ^2Σ^+ 1/2 profile. The agreement provided evidence for the petturbation above the Al(3d)Ar dissociation limit, and the repulsive character of the 3d ^2Σ^+ 1/2 state.

Análise de unidades de pré-purificação de ar por adsorção

Os principais constituintes do ar, nitrogênio, oxigênio e argônio, estão cada vez mais presentes nas indústrias, onde são empregados nos processos químicos, para o transporte de alimentos e processamento de resíduos. As duas principais tecnologias para a separação dos componentes do ar são a adsorção e a destilação criogênica. Entretanto, para ambos os processos é necessário que os contaminantes do ar, como o gás carbônico, o vapor dágua e hidrocarbonetos, sejam removidos para evitar problemas operacionais e de segurança. Desta forma, o presente trabalho trata do estudo do processo de pré-purificação de ar utilizando adsorção. Neste sistema a corrente de ar flui alternadamente entre dois leitos adsorvedores para produzir ar purificado continuamente. Mais especificamente, o foco da dissertação corresponde à investigação do comportamento de unidades de pré-purificação tipo PSA (pressure swing adsorption), onde a etapa de dessorção é realizada pela redução da pressão. A análise da unidade de pré-purificação parte da modelagem dos leitos de adsorção através de um sistema de equações diferenciais parciais de balanço de massa na corrente gasosa e no leito. Neste modelo, a relação de equilíbrio relativa à adsorção é descrita pela isoterma de Dubinin-Astakhov estendida para misturas multicomponentes. Para a simulação do modelo, as derivadas espaciais são discretizadas via diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante é resolvido por um solver apropriado (método das linhas). Para a simulação da unidade em operação, este modelo é acoplado a um algoritmo de convergência relativo às quatro etapas do ciclo de operação: adsorção, despressurização, purga e dessorção. O algoritmo em questão deve garantir que as condições finais da última etapa são equivalentes às condições iniciais da primeira etapa (estado estacionário cíclico). Desta forma, a simulação foi implementada na forma de um código computacional baseado no ambiente de programação Scilab (Scilab 5.3.0, 2010), que é um programa de distribuição gratuita. Os algoritmos de simulação de cada etapa individual e do ciclo completo são finalmente utilizados para analisar o comportamento da unidade de pré-purificação, verificando como o seu desempenho é afetado por alterações nas variáveis de projeto ou operacionais. Por exemplo, foi investigado o sistema de carregamento do leito que mostrou que a configuração ideal do leito é de 50% de alumina seguido de 50% de zeólita. Variáveis do processo foram também analisadas, a pressão de adsorção, a vazão de alimentação e o tempo do ciclo de adsorção, mostrando que o aumento da vazão de alimentação leva a perda da especificação que pode ser retomada reduzindo-se o tempo do ciclo de adsorção. Mostrou-se também que uma pressão de adsorção maior leva a uma maior remoção de contaminantes.

Impacto das motocicletas na qualidade do ar das grandes cidades

O crescimento do número de motocicletas nas grandes cidades, em função de fatores como o baixo custo e a alta mobilidade nos centros urbanos, tem sido considerado um importante fator de deterioração da qualidade do ar. Nesse contexto, o monitoramento das emissões gasosas provenientes do escapamento desses veículos é fundamental para o conhecimento da contribuição dessa classe de transporte no agravamento da poluição atmosférica. A partir dessas informações tornam-se possíveis o monitoramento e o controle da qualidade do ar. Para tanto, amostras das emissões de diferentes motocicletas foram coletadas, por meio de dinamômetro, e analisadas por cromatografia gasosa. As emissões das motocicletas foram utilizadas em conjunto com dados meteorológicos utilizando o modelo de trajetória OZIPR e o mecanismo químico SAPRC para demonstrar o impacto na formação do ozônio troposférico na região. As simulações indicam que a concentração de ozônio na troposfera poderá ultrapassar o padrão nacional estabelecido pela Resolução CONAMA 03/90 em até três anos. Além disso, acrescenta-se que as taxas de emissões de compostos legislados emitidos pelas motocicletas utilizadas neste estudo (HC, CO e NOx) já atendem aos níveis preconizados em todas as fases do PROMOT. Assim, além da adoção do PROMOT, se fazem necessárias medidas adicionais para o gerenciamento da emissão de poluentes provindos de fontes móveis. A alteração do tipo de combustível ou até mesmo da fonte de energia, elétrica, por exemplo, seria uma alternativa para o controle da poluição atmosférica

Study of thin-film SO2 gas sensors by photometric and ellipsometric methods

Pt-, Pd-, and Zr-doped SnO2 thin films and dopant-free VOx films were fabricated by planar magnetron sputtering. Tests for sensitivity to SO2 for all samples were conducted at 180 degreesC, and the sensitivities were investigated ex situ with photometric and ellipsometric methods at room temperature. It was found that the optical sensitivities as well as the sensitive wavelength region for SnO2 films could be tuned by doping. The Pd-doped SnO2 films had good sensitivity in the visible range, and the Zr-doped in the near IR. The dominant sensitive wavelength region for VOx films fell into the visible range, and the ratio of the sensitivity in the visible to that in the near IR increased with O-2/Ar in the depositing atmosphere. (C) 2001 society of Photo-Optical instrumentation Engineers .

Quantificação de metais e arsênio em aerossóis grossos, finos, ultrafinos e nanoparticulados por ICP-OES em ar ambiente e emissões veiculares de motores operando com diesel/biodiesel

Na frota automotiva nacional, veículos movidos a diesel e biodiesel são utilizados em larga e pequena escala, respectivamente, fazendo com que haja uma preocupação com os gases da exaustão provenientes destes motores. Ao ser fabricado, o veículo passa por testes rigorosos das emissões gasosas, segundo as regras do PROCONVE. Porém, estes testes regulam apenas as substâncias químicas contidas na legislação vigente, cujos riscos à saúde humana e ao meio ambiente são conhecidos. Portanto, conhecer o maior número de componentes ainda não contemplados pela legislação, em especial metais no material particulado, é de suma importância para subsidiar futuras alterações e inclusões na lista de componentes regulados. De acordo com o tamanho das partículas do material particulado, podendo chegar a escalas nanométricas, a inalação deste material pode causar lesões graves no organismo, pois têm a capacidade de atingir órgãos internos. O estudo é baseado na amostragem do material particulado proveniente dos gases de motores alimentados com diesel e/ou biodiesel em diferentes proporções de combustível e ar ambiente com impactador em cascata; determinando metais e arsênio na atmosfera de diferentes localidades do estado do Rio de Janeiro e no material particulado dos gases de escape de motores de ônibus/caminhão (EURO III), por intermédio de abertura ácida do material coletado e da técnica analítica ICP-OES. Os resultados obtidos para motor EURO III variaram de 100 a 10000 ng m-3, com a redução de emissão conforme adição de biodiesel no diesel sendo comprovada. Porém, em todas as proporções de combustíveis empregadas, houve grande incidência de emissão de partículas em escala manométrica, sendo esse comportamento também observado nas amostragens em ar ambiente. Neste caso, teores de 1,0 a 45,0 ng m-3 evidenciaram Caxias e Madureira como locais mais poluídos dos amostrados. Ni é o metal que possui situação mais alarmante, pois em todos os tamanhos de partícula e locais amostrados, os teores deste elemento foram superiores ao permitido pela legislação internacional. A análise estatística multivariada propôs que os combustíveis B10 e B15 são quimicamente semelhantes, enquanto B5 e B20 sofrem fortes alterações no decorrer de sua combustão e a correlação de Pearson mostrou em ar ambiente, que locais com níveis próximos de poluição apresentaram similaridade nos resultados, a qualidade do ar de Madureira é afetado predominantemente pela construção civil e tráfego, a presença da Baía de Guanabara ao redor da Cidade Universitária influencia nas emissões, a refinaria em Caxias é responsável por emissões importantes de metais e no Parque Nacional de Itatiaia , ao contrário de que se supunha, não está totalmente livre de poluição

A high temperature and low power SOI CMOS MEMS based thermal conductivity gas sensor

The design, 3D FEM modelling and measurement results of a novel high temperature, low power SOI CMOS MEMS thermal conductivity gas sensor are presented here. The sensor consists of a circular membrane with an embedded tungsten micro-heater. The high sensing capability is based on the temperature sensitivity of the resistive heating element. The sensor was fabricated at a commercial foundry using a 1 μm process and measures only 1×1 mm 2. The circular membrane has a 600 μm diameter while the heating element has a 320 μm diameter. Measurement results show that for a constant power consumption of 75 mW the heater temperature was 562.4°C in air, 565.9°C in N2, 592.5°C for 1 % H2 in Ar and 599.5°C in Ar. © 2013 IEEE.

A transverse field gas ionization chamber performed at RIBLL

A transverse field gas ionization chamber as Delta E detector at the Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou (RIBLL) is described. A high detection efficiency and long plateau are achieved with the mixed gas Ar(80%)+CO2(20%). The energy resolution is 3.25% for 4.94MeV alpha particle. This ionization chamber has been tested in the experiment with 50MeV/u Ni-58 bombarding Ta at RIBLL. All the fragments can be identified clearly by the ionization chamber.