ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 190 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ условленную адсорбцией молекул воды и последующим увеличением дипольной поляризации материала. Благодаря увеличенной площади поверхности и путям проводимости, обеспечиваемым нанохлопьями NGM, датчик с указанной концентрацией легирующей примеси показал более высокую чувствительность по сравнению с датчиком на основе чистого ZnO. Композитная структура способствовала увеличению ионной проводимости за счет адсорбированных слоев воды и повышению диэлектрической проницаемости за счет межфазной поляризации. Время отклика составило 4,5 с, а время восстановления – 6,9 с, что свидетельствует об эффективной кинетике процессов адсорбции и десорбции. Кривая зависимости ёмкости от относительной влажности (рис. 7, а) подтверждает умеренную чувствительность и надежное отслеживание изменений влажности, особенно в диапазоне низких частот. Датчик с 4 % ZnO-NGM продемонстрировал сбалансированное сочетание высокой чувствительности, короткого времени отклика и времени восстановления. Ёмкость резко возрастала в диапазоне относительной влажности от 10 до 60 % с последующим замедлением роста при более высоких значениях RH. Наблюдалась высокая степень корреляции между измеренной ёмкостью и относительной влажностью. На более низких частотах (10…80 кГц) датчик демонстрировал повышенную чувствительность, обусловленную усилением дипольной релаксации и ионной проводимости. На частоте 1 МГц отклик ёмкости становился менее выраженным изза ограничений, связанных со временем релаксации поляризации. Время отклика составило 4,0 с, а время восстановления – 6,2 с, что является одним из самых низких значений, зарегистрированных для датчиков с различными концентрациями NGM. Кривая зависимости ёмкости от относительной влажности (рис. 7, б) также подтверждает умеренную чувствительность и надежное отслеживание изменений влажности в диапазоне низких частот. Датчик с 1 % ZnO-NGM характеризовался умеренной чувствительностью по ёмкости, а также умеренными значениями времени отклика и времени восстановления. Ёмкость увеличивалась с ростом относительной влажности вследствие диэлектрической поляризации, индуцированной адсорбированными молекулами воды. На более низких частотах (10 и 50 кГц) чувствительность датчика была выше, в то время как на высокой частоте (1 МГц) отклик поляризации был ограничен, что приводило к более пологой зависимости ёмкости от относительной влажности. Время отклика составило 4,8 с, а время восстановления – 6,9 с, что демонстрирует незначительное улучшение характеристик по сравнению с чистым ZnO. Кривая зависимости ёмкости от относительной влажности (рис. 7, в) подтверждает умеренную чувствительность и надежное отслеживание изменений влажности в диапазоне низких частот. Датчик с 5 % ZnO-NGM продемонстрировал высокую чувствительность к изменению уровня влажности, характеризующуюся значением 53,9 пФ/% RH. Ёмкость резко возрастала в диапазоне от 10 до 60 % RH с последующим замедлением роста при более высоких значениях влажности. Несмотря на значительно более высокую чувствительность по сравнению с датчиками с меньшими концентрациями NGM, время отклика и время восстановления (4,2 и 6,6 с соответственно) несколько увеличились, что может быть связано с частичной агломерацией нанохлопьев NGM и, как следствие, с уменьшением количества доступных активных центров для адсорбции. Несмотря на ухудшение кинетических параметров, данный датчик демонстрирует высокую чувствительность и может быть рекомендован для применений, в которых чувствительность является приоритетным параметром по сравнению со скоростью отклика. Кривая зависимости ёмкости от относительной влажности (рис. 7, г) тем не менее также подтверждает умеренную чувствительность и надежное отслеживание изменений влажности в диапазоне низких частот. Среди всех исследованных концентраций легирующей добавки NGM датчик, содержащий 10 % ZnO-NGM, продемонстрировал максимальную чувствительность по ёмкости, составляющую 62,1 пФ/% RH. Однако время отклика (6,0 с) и время восстановления (8,0 с) данного датчика были больше, чем у датчиков с меньшим содержанием NGM. Вероятно, замедленная кинетика адсорбции/десорбции обусловлена агломерацией NGM при высокой концентрации легирующей добавки, что приводит к умень-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1