Resistenza dei sensori gas MOX e concentrazione ppm

[Peternek]

Ciao a tutti! Vi chiedo per favore se per caso avete esperienza nei sensori gas a semiconduttore (MOX - metal oxide ma credo che sia lo stesso) di spiegarmi come esattamente avviene la risposta della resistenza interna in base alla concentrazione ppm del gas cercato. So che diminuisce ma non capisco linearmente o meno. Forse cambia in base al gas? perché vedo vari grafici ad esempio qui sembra lineare per l'etanolo:

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mentre qui vedo un altro sensore i gas sono diversi ma è ancora a semiconduttore e non è lineare. Chiaramente è decrescente perché leggono il reciproco del rapporto. Forse per quelli sopra è lineare:

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[boiler]

Risposta veloce: può essere lineare, può non esserlo dipende dall'energia del legame che viene rotto nella molecola di gas. La direzione del cambiamento dipende dal tipo di gas (ossidante o riducente).

Risposta completa:

Il materiale del substrato (ossido metallico) si comporta come un semiconduttore in cui il drogaggio è dato dai difetti di cristallo (punti in cui manca un atomo di ossigeno). Questi difetti generano elettroni liberi e quindi equivalgono ad un semiconduttore di tipo n.

L'ossigeno dell'aria diffonde nel cristallo (in realtà, per aumentare la superficie di contatto si usano strutture policristalline) e, in presenza di temperature sufficienti (motivo per cui questi sensori hanno un sistema di riscaldamento) dissocia in
L'elettrone necessario arriva dal cristallo stesso e causa una zona di svuotamento in prossimità della superficie del cristallo. Questa a sua volta ha una conduttività elettrica inferiore al resto del materiale. La resistenza totale aumenta.

In presenza di un gas da rilevare (la condizione perché lo sia è che reagisca con questi ioni di ossigeno), questo "consuma" gli ioni ossigeno- presenti nel semiconduttore fino all'instaurarsi di un equilibrio tra la diffusione verso il cristallo e l'ossidazione del gas da misurare.

Quando il gas reagisce con l'ossigeno, l'elttrone rientra nella banda di conduzione e fa aumentare la conduttività. La resistenza totale del substrato diminuisce.

Quindi, la variazione di resistenza è data dalla profondità della zona di svuotamento, che è data dall'entità della deflessione della banda, che è data dall'energia di reazione tra ossigeno nel cristallo e gas alla sua superficie.

Per gas ossidanti il processo è simile, ma inverso. Non sono informato sulla chimica esatta alla base di queste reazioni (si usano altri materiali).

Boiler

[Peternek]

Grazie mille!