OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 195 MATERIAL SCIENCE эксплуатации. Это может быть обусловлено процессами окисления меди, приводящими к увеличению контактного сопротивления и снижению чувствительности сенсора [32]. Сравнение с существующими датчиками Для оценки конкурентоспособности разработанных датчиков ZnO-NGM было проведено сравнение их характеристик с характеристиками различных датчиков влажности на основе углеродных материалов и оксидов металлов, представленных в научной литературе. Например, датчики на основе грам-углеродных квантовых точек демонстрируют высокую чувствительность (178,6…254,86 пФ/% RH), однако характеризуются относительно длительным временем отклика и временем восстановления (7,3…14,1 с), что затрудняет их применение для обнаружения низких концентраций влажности и в условиях быстро меняющейся влажности. Композитные датчики на основе PAA-MWCNT (полиакриловая кислота – многослойные углеродные нанотрубки) демонстрируют заметное изменение сопротивления (930 Ом) при изменении влажности, но обладают крайне длительным временем отклика (680 с) и временем восстановления (380 с), что существенно ограничивает область их применения. Датчики на основе PEDOT (поли(3,4этилендиокситиофена)), модифицированного оксидом графена (GO), хотя и обладают высокой чувствительностью к влажности (4,97 % при 97 % RH), также характеризуются длительным временем отклика (31 с) и временем восстановления (72 с). Другие датчики на основе графена, включая композиты Fe-GO и GO/WS2, демонстрируют умеренные характеристики, но, как правило, имеют либо низкую чувствительность, либо длительное время отклика и восстановления. Датчики на основе GO с аномально высокой чувствительностью (например, 37 800 %) часто демонстрируют длительное время восстановления (~41 с) или нестабильны при низких значениях относительной влажности, что ограничивает их применение в реальных условиях. В табл. 2 представлено сравнение ключевых характеристик (чувствительность, время отклика, время восстановления) разработанных датчиков ZnO-NGM с характеристиками различных датчиков влажности на основе наноматериалов, опубликованных в научной литературе. Результаты сравнения показывают, что, несмотря на высокую чувствительность некоторых материалов (например, грам-углеродных квантовых точек), длительное время отклика и время восстановления (до 14,1 с) ограничивают их применение в динамических условиях. Композиты, такие как PAA-MWCNT, демонстрируют значительное изменение сопротивления, но крайне длительное время отклика и время восстановления делает их непригодными для измерения влажности в реальном времени. Датчики на основе PEDOT/GO демонстрируют аналогичную проблему с медленным откликом. Датчики Fe-GO и GO/WS2 характеризуются лучшей скоростью, но относительно низкой чувствительностью, особенно при низких значениях относительной влажности. В отличие от перечисленных выше материалов датчики ZnO-NGM, разработанные в рамках настоящего исследования, демонстрируют сбалансированный и улучшенный профиль характеристик. Датчик на основе ZnO с 5 % NGM демонстрирует чувствительность 53,9 пФ/% RH, время отклика 4,2 с и время восстановления 6,6 с, что превосходит характеристики многих из представленных аналогов и обеспечивает значительно лучший динамический отклик при сохранении хорошей чувствительности. При более низких концентрациях NGM (2 %) датчик сохраняет короткое время отклика (4,5 с) и время восстановления (6,9 с) с умеренной чувствительностью 38,7 пФ/% RH. Важно отметить, что в отличие от многих датчиков влажности на основе углеродных материалов, характеризующихся нестабильностью и разбросом характеристик при различных уровнях относительной влажности, датчики на основе ZnO, легированного NGM, демонстрируют стабильную и воспроизводимую работу в широком диапазоне относительной влажности (10–95 %). Это делает их перспективными для применения в системах мониторинга параметров окружающей среды и промышленных системах в реальном времени. Простота изготовления данных датчиков, основанная на использовании недорогих материалов и экономичного метода нанесения ракелем на подложки FTO, является дополнительным фактором, определяющим их высокую практическую ценность. Результаты структурного и морфологического анализа подтвердили успешное внедрение
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1