Title
Развој, физичкохемијска карактеризација и оптимизација самонапајајућег електрохемијског сензора влажности ваздуха на бази танкослојног алуминијума
Creator
Bošković, Marko V., 1994-
CONOR:
108031497
Copyright date
2022
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Deliti pod istim uslovima 3.0 Srbija (CC BY-NC-SA 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence i ako se prerada distribuira pod istom ili sličnom licencom. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela i prerada. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 07.07.2022.
Other responsibilities
Academic Expertise
Prirodno-matematičke nauke
Academic Title
-
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Fakultet za fizičku hemiju
Alternative title
Development, physicochemical characterization, and optimization of self-powered electrochemical humidity sensor based on thin-film aluminum
Publisher
[М. Бошковић]
Format
87 стр.
description
Физичка хемија - Физичка хемија материјала, физичка хемија - електрохемија / Physical chemistry - Physical chemistry of materials, Physical chemistry - Electrochemistry
Abstract (sr)
Циљ дисертације је развој новог типа сензора влажности ваздуха. Развијени сензор има
структуру интердигиталног кондензатора, израђеног од алуминијума, димензија реда
величине 1 mm2
. Сензор је израђен фотолитографским процесом. Приказан је нови начин за
активирање алуминијума, применом једносмерне струје. Оптичком и микроскопијом
атомских сила су одређене морфолошке карактеристике структуре. Скенирајућом
електронском микроскопијом са енергијски дисперзивном спектроскопијом верификована је
геометрија структуре и извршена је елементна анализа.
Рендгеноструктурном анализом је утврђено да алуминијум има поликристалну структуру.
Инфрацрвеном спектроскопијом са Фуријеовом трансформацијом је утврђено да се приликом
реакције формирају хидроксиди алуминијума. Извршен је и прорачун енергије адсорпције
воде на алуминијуму. Електрохемијском импедансном спектроскопијом је одређено
еквивалентно коло сензора. Показано је да се рад сензора заснива на корозији алуминијума.
Електричним мерењима одређена је временска резолуција одзива сензора (време одзива је 10
ms, време опоравка је 55 ms). Показано је да је сигнал пропорционалан локалној влажности, у
опсегу од 30 % - 70 %, уз температурску зависност. Закључено је да је зависност напона од
температуре последица промене адсорпционе равнотеже. Показано је да је мерење релативне
влажности ваздуха највероватније омогућено спрезањем радиофреквентних и
електрохемијских сигнала.
Приказани су начини мерења са бољим односом сигнал шум.
Практична примена сензора приказана је у експерименту у којем је коришћен као уређај за
праћење дисања.
Најзначајнији допринос дисертације је развој самонапајајућег сензора влаге, односно уређаја
који функционише без спољашњег напајања. Резултат дисертације је иновативан уређај, први
пут публикован на светском нивоу.
Abstract (en)
The aim of this dissertation is the development of a new type of humidity sensor. The sensor is
designed as an interdigitated capacitor, made out of aluminum, dimensions are of the order of 1 mm2
.
It was fabricated using a photolithographic process. A novel procedure for aluminum activation by
applying direct current is presented. Morphological characteristics of the structure were revealed by
optical and atomic force microscopy. By employing scanning electron microscopy with energy
dispersive microscopy, geometry of the structure was verified and elemental analysis was performed.
X-ray diffraction showed that aluminum has a polycrystalline structure. Fourier transform Infrared
spectroscopy showed that aluminum hydroxides are formed during reaction. Adsorption energy was
also calculated. The equivalent circuit of the sensor was revealed by electrochemical impedance
spectroscopy. It was shown that working principle is based on corrosion of aluminum. The time
response of the sensor was obtained by electrical measurements (response and recovery time were
found to be 10 ms and 55 ms, respectively). It was shown that the response is proportional to the local
humidity, in the range of 30 % to 70 % with temperature dependence. This dependence is a
consequence of changes in the adsorption equilibrium. It was concluded that humidity measurement
was provided by coupling RF and electrochemical signals.
Measurement configurations for signal with a higher signal-to-noise ratio were presented. Practical
application of sensor was demonstrated through its usage as human breath detection device.
The most significant contribution is the development of a full self-powered humidity sensor. The
result of the dissertation is a completely innovative device, published for the first time worldwide.
Authors Key words
самонапајајући сензори, сензори влажности ваздуха, алуминијум-ваздух
батерије, електрохемијска корозија
Authors Key words
self-powered sensors, humidity sensors, aluminum-air battery, electrochemical
corrosion
Classification
543.613.22:544.6.076(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Циљ дисертације је развој новог типа сензора влажности ваздуха. Развијени сензор има
структуру интердигиталног кондензатора, израђеног од алуминијума, димензија реда
величине 1 mm2
. Сензор је израђен фотолитографским процесом. Приказан је нови начин за
активирање алуминијума, применом једносмерне струје. Оптичком и микроскопијом
атомских сила су одређене морфолошке карактеристике структуре. Скенирајућом
електронском микроскопијом са енергијски дисперзивном спектроскопијом верификована је
геометрија структуре и извршена је елементна анализа.
Рендгеноструктурном анализом је утврђено да алуминијум има поликристалну структуру.
Инфрацрвеном спектроскопијом са Фуријеовом трансформацијом је утврђено да се приликом
реакције формирају хидроксиди алуминијума. Извршен је и прорачун енергије адсорпције
воде на алуминијуму. Електрохемијском импедансном спектроскопијом је одређено
еквивалентно коло сензора. Показано је да се рад сензора заснива на корозији алуминијума.
Електричним мерењима одређена је временска резолуција одзива сензора (време одзива је 10
ms, време опоравка је 55 ms). Показано је да је сигнал пропорционалан локалној влажности, у
опсегу од 30 % - 70 %, уз температурску зависност. Закључено је да је зависност напона од
температуре последица промене адсорпционе равнотеже. Показано је да је мерење релативне
влажности ваздуха највероватније омогућено спрезањем радиофреквентних и
електрохемијских сигнала.
Приказани су начини мерења са бољим односом сигнал шум.
Практична примена сензора приказана је у експерименту у којем је коришћен као уређај за
праћење дисања.
Најзначајнији допринос дисертације је развој самонапајајућег сензора влаге, односно уређаја
који функционише без спољашњег напајања. Резултат дисертације је иновативан уређај, први
пут публикован на светском нивоу.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.