The development of WO3 gas sensor for ammonia determination and the investigation of sensing mechanism using in situ x-ray absorption spectroscopy and in situ x-ray photoemission spectroscopy

แอมโมเนียเป็นสารประกอบเกิดจากการรวมตัวของธาตุไฮโดรเจนและไนโตรเจน มีคุณสมบัติไร้สี มีกลิ่นฉุน และเป็นสารไวไฟ แอมโมเนียถูกใช้งานด้านอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลาย เช่น เป็นสารเคมีสำหรับทำความสะอาด ปุ๋ยทางการเกษตร แก๊สทำความเย็น (ทดแทน CFCs)  สารตั้งต้นในอุตสาหกรรมพลาสติกและยา หากแก๊สเกิดการรั่วไหล บุคคลทั่วไปสามารถรับรู้กลิ่นได้เมื่อมีความเข้มข้น 5-50 ส่วนในล้านส่วน NIOSH กำหนดมาตรฐานความปลอดภัยต่อการสัมผัสแอมโมเนียไว้ที่ไม่เกิน 25 ส่วนในล้านส่วนในระยะเวลา 8 ชั่งโมง การป้องกันผู้ปฎิบัติงานไม่ให้สัมผัสแก๊สเกินระดับตามมาตรฐานความปลอดภัยจึงเป็นสิ่งสำคัญ

แก๊สเซ็นเซอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับตรวจสอบการมีอยู่ของแก๊สในบริเวณต่างๆ โดยเฉพาะกลุ่มที่เป็นอันตราย ส่วนตรวจจับ (sensing element) สำหรับตรวจวัดแก๊สมีหลายประเภทเช่น ไยแก้วนำแสง (optical fiber) วัสดุคาร์บอน (carbon) และโลหะออกไซด์ (metal oxide) อย่างไรก็ดี วัสดุซึ่งได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางอยู่ในกลุ่มของโลหะออกไซด์เนื่องจาก มีต้นทุนการผลิตต่ำ ใช้งานง่าย และมีความหลากหลายในการตรวจวัดแก๊ส โดยการทำงานของวัสดุชนิดนี้อาศัยการการติดตามการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการนำไฟฟ้า (conductance) หรือความต้านทานไฟฟ้า (resistance) เมื่อเกิดการดูดซับแก๊สชนิดต่างๆ

เป็นที่ทราบดีว่าประสิทธิภาพการทำงานของแก๊สเซ็นเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยเช่น ความว่องไว (sensitivity), ประสิทธิภาพในการแยกแยะ (selectivity), ระยะเวลาการตอบสนอง (time response), ความเสถียร (stability), ความทนทาน (durability), การทำซ้ำ (reproducibility) และการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ (reversibility) เหตุนี้ การพัฒนาแก๊สเซ็นเซอร์ให้มีประสิทธิภาพสูงจำเป็นต้องพัฒนาวัสดุให้สนองตอบต่อปัจจัยเหล่านี้ อีกทั้งการทดสอบคุณสมบัติต่างๆดังที่ได้กล่าวมาจำเป็นต้องใช้เครื่องมือซึ่งเทคโนโลยีขั้นสูงและมีประสิทธิภาพ โครงการวิจัยนี้เสนอการพัฒนาเซ็นเซอร์ WO₃ สำหรับตรวจวัดแก๊สแอมโมเนีย การเตรียมฟิล์ม WO3 ใช้เทคนิคสปัตเตอร์ริง และประกอบเข้ากับวัสดุฮีทเตอร์ด้วยกระบวนการลิโทกราฟฟี่ ศึกษากลไกการทำงานของเซ็นเซอร์และอิทธิพลของโครงสร้างต่อแก๊สแอมโมเนียด้วยเทคนิค in situ x-ray absorption spectroscopy และ in situ x-ray photoelectron spectroscopy