Machine-learning-assisted n-GaN-Au/PANI gas sensor array for intelligent and ultra-accurate ammonia recognition

氨气 材料科学 传感器阵列 计算机科学 纳米技术 模式识别(心理学) 工艺工程 光电子学 化学工程 化学 人工智能 工程类 有机化学 机器学习
作者
Dan Han,Yu Wang,Yu‐Xuan Wang,Qi Duan,Donghui Li,Yang Ge,Xiuli He,Zhao Li,Weidong Wang,Shengbo Sang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:495: 153705-153705 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.153705
摘要

Gallium nitride (GaN) based gas sensors have attracted considerable attention owing to their excellent physical and chemical properties, and especially mature and controllable metal–organic chemical vapor deposition (MOCVD) synthesis process. However, the practical applications of GaN-based gas sensors are constrained by the high detection limit and poor selectivity in the case of multiple types of gases. Herein, a novel sandwich film structure of n-GaN-Au/PANI (PANI: polyaniline) is fabricated based on controllable magnetron sputtering technique and in-situ oxidative polymerization. The n-GaN-Au/PANI sensor with etching time of 50 min (n-GaN-Au/PANI-ET50) demonstrates ultra-low detection limit of 10 ppb, good moisture resistance, high response value for 200 ppm NH3 (195 %), and fast response/recovery (28 s/49 s) at room temperature. This can be attributed to the synergistic enhancement by the ternary materials as well as the large specific surface area of PANI caused by the incorporation of Au nanoparticles. In addition, machine learning is used in combination with a sensor array for the high-precision identification of mixed gas components, achieving an accuracy of 94 %. Overall, this study demonstrates the immense potential of n-GaN-Au/PANI sensors in the field of NH3 detection.
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