در این پژوهش، اثر نانوساختار و روش ساخت بر رفتار حسگر گازی اکسید تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، نانو پودر اکسید تیتانیوم تجاری و نانومیله ها و نانوالیاف اکسید روی سنتز شده به روش هیدروترمال و الکتروریسی (به ترتیب) به عنوان سه نانوساختار مورد مطالعه قرار رفتند. در لایه نشانی به روش اعمال میدان الکتریکی، ابتدا پارامترهای مختلف اثرگذار بر الگوی نشست همچون فرکانس و تاثیر پراکنده ساز بررسی شده و مکانیزم های غالب نشست در محدوده ی فرکانس khz 10-hz 1 به کمک الکترودهای هم صفحه ی طلا مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده از مطالعات میکروسکوپ نوری و sem نشان داد که استفاده از پراکنده ساز دولاپیکس سبب تغییرات شگرفی در مکانیزم های نشست نانو ذرات اکسید تیتانیوم در فرکانس های مختلف شد. یکی از این تاثیرات امکان تشکیل زنجیره هایی از اکسید تیتانیوم در محدوده فرکانسی khz 10بود که در شرایط عدم حضور این پراکنده ساز مشاهده نمی گردد. نشست نانومیله ها در فرکانس khz 10 به چینش ذرات در امتداد خطوط میدان الکتریکی و پل زدن الکترود انجامید که روندی مطلوب در ساخت حسگر گاز به شمار می آید. آزمون های حسگری گاز با استفاده از الکترودهای شانه ای پلاتینی و در محدوده ی غلظتی ppm 100-1 از گاز no2 صورت پذیرفت و نشان داد که تمامی حسگرها دارای پاسخ های پایدار و خطی در محدوده ی غلظت خاص و بازه ی دمایی c? 550-450 هستند. لایه نشانی نانوالیاف های اکسید تیتانیوم در محدوده فرکانسی hz 1بر روی الکترودهای حسگری انجام شد. بررسی خواص حسگری این مورفولوژی در حضور گاز no2 نشان داد که این حسگر رفتاری خطی تا غلظت های حدود ppm 50از خود نشان می دهد. این حسگر در مقایسه با حسگر ساخته شده در همین فرکانس (فرکانس hz1) و برپایه نانوذرات کروی دارای مشخصه های حسگری به مراتب بهتری بود. حسگر ساخته شده از نانو میله نیز نسبت به حسگرساخته شده در فرکانس khz 10 دارای مشخصه های حسگری نسبتا بهتری بود. برای هر سه نانوساختار به کار گرفته شده، بیشترین پاسخ به گاز no2 در دمای ?c 450 به دست آمد و با افزایش دما تا ?c 550 پاسخ ها روند کاهشی از خود نشان دادند. بر اساس نتایج به دست آمده از آزمون های دینامیک حسگری، کم ترین زمان پاسخ و بازیابی در بین حسگرها به ترتیب برای حسگر برپایه نانوپودر (کمتر از s 70) و حسگر بر پایه نانوالیاف (کم تر از s 10)اکسید تیتانیوم به دست آمد.

در فرآیند لایه نشانی الکتروفورتیک پودرهای سرامیکی، استفاده از جریان های متناوب جهت لایه نشانی مرسوم نمی باشد. اما با استفاده از الکترودهای هم صفحه می توان نانو ذرات را در میدانهای متناوب لایه نشانی کرد. با توجه به این که این فرآیند به تازگی شناخته شده و کاربردهایی نظیر ساخت سنسور برای آن معرفی شده است لازم است ویژگی های این روش جدید لایه نشانی به طور کامل شناسایی شود. به همین منظور در این تحقیق رفتار حرکتی ذرات نانومتری در مجاورت الکترودهای هم صفحه در میدان الکتریکی متناوب به کمک مدلسازی ریاضی و تصویربرداری هم زمان حین فرآیند مطالعه شده است. برای مدلسازی حرکت یک ذره، نخست نیروهای موثر وارد بر ذره شناسایی می شوند. سپس این نیروها با حل عددی معادلات حاکم بر مسئله محاسبه شده و در پایان با انتگرالگیری از معادله حرکت ذره مسیر حرکت ذره مشخص می گردد. در این پژوهش نیروهای الکتریکی، براونی و جریان سیال به عنوان عوامل اصلی حرکت ذره شناسایی شدند. برای به دست آوردن نیروی الکتریکی، معادله لاپلاسی پتانسیل الکتریکی به روش عددی حجم کنترل حل گردید و شدت میدان، گرادیان میدان و از آنجا نیروهای الکتریکی وارد بر ذره شامل نیروی الکتروفورتیک و دی الکتروفورتیک محاسبه شد. از طرف دیگر با توجه به سرعت نسبی ذره و سیال، نیروی اصطکاکی از طرف سیال به ذره وارد می شود. پس از حل عددی معادلات ناویر- استوکس به روش حجم محدود، سرعت سیال در هر نقطه و نیروی اصطکاکی وارد بر ذره محاسبه گردید. نیروی براونی هم که مقدار نا مشخصی دارد و اندازه آن با کوچک شدن ذرات نانومتری افزایش می یابد به مجموعه نیروهای فوق اضافه شد تا مسیر حرکت ذره با حل عددی معادله حرکت ذره به روش رانگ کوتای مرتبه چهار مشخص شود. با مدل ارائه شده در این پژوهش می توان نتایج آزمایشگاهی نظیر الگوی نشست ذرات بر الکترودهای هم صفحه در فرکانسهای مختلف را توجیه کرد. همچنین نتایج حاصل از محاسبات عددی و تصاویر گرفته شده از حرکت ذرات مکانیزم هایی را پیشنهاد می دهد که به ایده های نوینی در علم نانو می انجامد. ایده لایه نشانی میکرومتری ذرات نانومتری tio2 بر روی زیرپایه آلومینایی، جدایش نانو ذرات با اشکال گوناگون و لایه نشانی ترتیبی ذرات با استفاده از میدانهای متناوب در فرکانس پایین از جمله نتایجی است که در این پژوهش به دست آمده و برای نخستین بار در دنیا گزارش شده است. در مجموع، محدوده فرکانس اعمالی (کمتر از 10 کیلوهرتز) برحسب مکانیزم ها و نیروهای غالب در هر محدوده به چهار بخش تقسیم شد و با توجه به این مکانیزم ها کاربردهایی برای هر بخش پیشنهاد شد.