Luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu nhạy khí trên cơ sở SnO₂ và ZnO hoạt động ở nhiệt độ phòng/tự đốt nóng nhằm phát triển cảm biến khí trên đế dẻo
Trong số các cấu trúc nano của vật liệu SnO2, ZnO thuần hoạt động được ở nhiệt độ phòng/ tự đốt nóng, các cấu trúc nano một chiều (1-D) luôn thu hút được nhiều sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong những năm gần đây. Chúng có tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực cảm biến khí ở nhiệt độ phòng do có các đặc tính vật lý, hóa học và cấu trúc tuyệt vời. Các cấu trúc nano 1-D có diện tích bề mặt riêng lớn, đa số chúng là các vật liệu có cấu trúc nano đơn tinh thể, do đó chúng có nhiều hơn các vị trí hoạt động trên bề mặt giúp tăng cường khả năng hấp phụ khí. Quan trọng hơn, tỷ lệ chiều dài trên đường kính cao của vật liệu nano 1-D giúp chúng truyền điện tích nhanh chóng, làm tăng độ đáp ứng, độ nhạy, cũng như giảm nhiệt độ hoạt động của cảm biến [83]. Ngoài ra, các vật liệu nano 1-D rất phù hợp với một số ứng dụng đòi hỏi sự truyền điện tử theo một hướng nhất định [84]. Hiện nay, có rất nhiều các phương pháp khác nhau đã được sử dụng để tổng hợp các cấu trúc nano 1-D ứng dụng cho cảm biến khí, chúng được phân loại dựa vào hai cách tiếp cận là “từ trên xuống” và “từ dưới lên”. Ý tưởng cơ bản của cách tiếp cận “từ trên xuống” là sử dụng các công nghệ như: lắng đọng, ăn mòn, nghiền, kỹ thuật quang khắc tia X, in nano, v.v, trên các đế phẳng để làm giảm kích thước của cấu trúc vật liệu xuống kích thước nano mét. Các kỹ thuật này có thể tạo ra các cấu trúc vật liệu nano có trật tự sắp xếp rất cao, tuy nhiên chúng rất tốn kém cả về chi phí lẫn thời gian chế tạo mẫu [85]. Cách tiếp cận thứ hai là “từ dưới lên”, gồm việc lắp ráp và xây dựng các cấu trúc nano từ các phân tử trong dung dịch hoặc từ pha hơi. Trong số các phương pháp tổng hợp cấu trúc nano 1-D từ vật liệu SMO thuần nói chung (và SnO2, ZnO nói riêng), tổng hợp hay “mọc” các cấu trúc “từ dưới lên” từ pha hơi được cho là phương pháp hiệu quả nhất cả về chất lượng của các cấu trúc nano được tạo thành lẫn về chi phí sản xuất số lượng lớn. Trong nhiều trường hợp, phương pháp này được gọi là phương pháp Hơi - Lỏng - Rắn (VLS) và phương pháp Hơi - Rắn (VS), vì các cấu trúc 1-D này được hình thành dựa trên cơ chế ngưng tụ lần lượt từ các pha hơi - lỏng - rắn hoặc hơi - rắn [86]. Với cách tiếp cận “từ dưới lên”, các phương pháp tổng hợp vật liệu cấu trúc nano 1-D được sử dụng hiện nay là: phương pháp thủy nhiệt, phương pháp anốt hóa, phương pháp sol-gel, phương pháp nổ, hóa ướt, nhiệt thủy phân, electrospinning, bốc bay nhiệt, CVD, v.v. Tùy thuộc vào quy trình và phương pháp chế tạo, các loại cấu trúc nano 1D có hình thái bề mặt khác nhau. Một số ví dụ về cấu trúc nano được tạo ra bằng các phương pháp này gồm thanh nano, ống nano, dây nano, sợi nano, đai nano, dải băng nano, cấu trúc thảm sợi, cấu trúc sợi thứ cấp, v.v. [87].
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu nhạy khí trên cơ sở SnO₂ và ZnO hoạt động ở nhiệt độ phòng/tự đốt nóng nhằm phát triển cảm biến khí trên đế dẻo, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
i
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan toàn bộ các nội dung của luận án này là công trình nghiên
cứu của riêng tác giả dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Văn Duy và GS.TS.
Hugo Minh Hung Nguyen. Các số liệu và kết quả trong luận án này hoàn toàn trung
thực và chưa được tác giả khác công bố.
Hà Nội, ngày 23 tháng 10 năm 2023
TM tập thể hướng dẫn
PGS.TS. Nguyễn Văn Duy
Tác giả
Võ Thanh Được
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể giáo viên hướng
dẫn bao gồm PGS.TS. Nguyễn Văn Duy và GS.TS. Hugo Minh Hung Nguyen. Hai
Thầy đã đóng góp các ý kiến khoa học quý báu, đã động viên khích lệ, cũng như tạo
mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới GS.TS. Nguyễn Đức Hòa, PGS.TS.
Đặng Thị Thanh Lê, PGS.TS Chử Mạnh Hưng, TS Nguyễn Văn Toán, quý Thầy Cô
đã luôn nhiệt tình giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm và gợi mở nhiều ý tưởng quan trọng
để tôi thực hiện các nghiên cứu của luận án này. Tôi cũng xin cảm ơn các nghiên cứu
sinh và học viên cao học của nhóm Cảm biến và thiết bị thông minh đã luôn đồng
hành và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Vật liệu; Ban Đào tạo - Đại học Bách khoa
Hà Nội; Bộ môn Cơ điện tử, khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công nghệ
GTVT đã tạo điều kiện cho tôi được tập trung học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
đã luôn luôn động viên và chia sẻ để giúp tôi hoàn thành luận án này.
Tác giả
Võ Thanh Được
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................. x
GIỚI THIỆU CHUNG ..................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 9
1.1. Cảm biến khí trên đế dẻo dùng vật liệu SMO cấu trúc nano ..... 9
1.1.1. Các loại đế dẻo polyme ........................................................... 10
1.1.2. Vật liệu SMO hoạt động ở nhiệt độ phòng/ tự đốt nóng dùng
để chế tạo các cảm biến khí trên đế dẻo ........................................... 12
1.2. Hiện tượng hấp phụ trên bề mặt vật liệu SMO ........................... 13
1.2.1. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học trên bề mặt chất rắn ........ 13
1.2.2. Hiện tượng uốn cong vùng năng lượng của chất bán dẫn khi
hấp phụ khí ........................................................................................ 15
1.2.3. Hiện tượng hấp phụ ôxy bề mặt và cơ chế nhạy khí của vật liệu
SMO ở nhiệt độ phòng ...................................................................... 18
1.3. Vật liệu nhạy khí trên cơ sở SnO2 và ZnO thuần hoạt động ở
nhiệt độ phòng .............................................................................. 23
1.3.1. Các cấu trúc nano một chiều ................................................... 24
1.3.2. Cấu trúc màng mỏng ............................................................... 28
1.4. Vật liệu nhạy khí trên cơ sở SnO2 và ZnO biến tính bằng kim
loại quý hoạt động ở nhiệt độ phòng .......................................... 30
1.4.1. Vật liệu và phương pháp ......................................................... 30
iv
1.4.2. Cơ chế nhạy khí ở nhiệt độ phòng của vật liệu SMO biến tính
bằng kim loại quý ............................................................................... 32
1.5. Vật liệu nhạy khí dùng cấu trúc dị thể của vật liệu SMO hoạt
động ở nhiệt độ phòng ................................................................. 34
1.5.1. Cấu trúc dây nano lõi - vỏ. ....................................................... 35
1.5.2. Cấu trúc dây nano rẽ nhánh .................................................... 36
1.5.3. Cơ chế nhạy khí ở nhiệt độ phòng của các cấu trúc dị thể ..... 37
1.6. Hiệu ứng Schottky và hiệu ứng tự đốt nóng .............................. 39
1.6.1. Hiệu ứng Schottky ................................................................... 39
1.6.2. Hiệu ứng tự đốt nóng ............................................................... 42
Kết luận chương 1 ................................................................................ 46
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................... 47
2.1. Quy trình chế tạo chíp điện cực .................................................. 47
2.1.1. Thực nghiệm chế tạo chíp điện cực trên đế Si/SiO2 ............... 47
2.1.2. Thực nghiệm chế tạo chíp điện cực trên đế dẻo Kapton ........ 50
2.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu nhạy khí ....................................... 52
2.2.1. Chế tạo vật liệu thanh/ dây nano của ZnO bằng phương pháp
thủy nhiệt ........................................................................................... 52
2.2.2. Chế tạo các cấu trúc dây nano rẽ nhánh giữa hai vật liệu ZnO
và SnO2 theo phương pháp bốc bay nhiệt bằng hệ CVD ................. 56
2.2.3. Chế tạo vật liệu màng mỏng SnO2/Pt bằng phương pháp phún
xạ DC ................................................................................................. 62
2.3. Các phương pháp phân tích hình thái và vi cấu trúc vật liệu... 63
2.4. Khảo sát tính chất điện và tính chất nhạy khí ............................ 63
2.4.1. Bộ điều khiển lưu lượng khí MFC ............................................ 64
2.4.2. Buồng đo và thiết bị đo điện trở theo thời gian........................ 64
v
2.4.3. Máy vi tính và các thiết bị ngoại vi ........................................... 65
Kết luận chương 2 ................................................................................ 65
CHƯƠNG 3. CẢM BIẾN KHÍ NO2 HOẠT ĐỘNG Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG/ TỰ
ĐỐT NÓNG TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU SnO2 và ZnO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT
TRIỂN CẢM BIẾN KHÍ TRÊN ĐẾ DẺO ..................................................... 66
3.1. Giới thiệu ....................................................................................... 66
3.2. Các cấu trúc nano một chiều của vật liệu ZnO nhạy khí NO2 ở
nhiệt độ phòng .............................................................................. 67
3.2.1. Khảo sát hình thái của vật liệu................................................. 67
3.2.2. Khảo sát vi cấu trúc thanh nano và dây nano ZnO ................. 71
3.2.3. Khảo sát đặc trưng nhạy khí của cảm biến dùng vật liệu thanh
nano và dây nano ZnO ...................................................................... 73
3.3. Các cấu trúc rẽ nhánh giữa dây nano SnO2 và dây nano SnO2
nhạy khí NO2 ở nhiệt độ phòng ................................................... 79
3.3.1. Khảo sát vi cấu trúc và hình thái của các cấu trúc rẽ nhánh
giữa SnO2 và ZnO ............................................................................. 80
3.3.2. Khảo sát các đặc trưng nhạy khí NO2 ở nhiệt độ phòng của các
cấu trúc rẽ nhánh dây nano giữa SnO2 và ZnO ................................ 87
Kết luận chương 3 ................................................................................ 97
CHƯƠNG 4. CẢM BIẾN KHÍ HYDRO HOẠT ĐỘNG Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG/
TỰ ĐỐT NÓNG DÙNG VẬT LIỆU MÀNG MỎNG SnO2/Pt CHẾ TẠO TRÊN
ĐẾ DẺO KAPTON ....................................................................................... 98
4.1. Giới thiệu ........................................................................................ 98
4.2. Khảo sát hình thái và vi cấu trúc màng mỏng SnO2/Pt .............. 99
4.2.1. Hình thái bề mặt vật liệu màng mỏng SnO2/Pt ...................... 101
4.2.2. Vi cấu trúc vật liệu màng mỏng SnO2/Pt ............................... 102
4.2.3. Các thành phần nguyên tố trong màng mỏng SnO2/Pt ......... 108
vi
4.3. Khảo sát hiệu ứng Schottky vật liệu màng mỏng SnO2/Pt ..... 125
4.3.1. Khảo sát đặc trưng I – V của cảm biến dùng vật liệu màng
mỏng SnO2/Pt theo các chiều dày màng ......................................... 111
4.3.2. Khảo sát đặc trưng nhạy khí H2 ở nhiệt độ phòng theo chiều
dày màng SnO2/Pt trên cơ sở hiệu ứng Schottky ........................... 112
4.3.3. Giải thích cơ chế nhạy khí ..................................................... 121
4.4. Khảo sát hiệu ứng tự đốt nóng vật liệu màng mỏng SnO2/Pt . 125
4.4.1. Đặc trưng I – V và ảnh nhiệt hồng ngoại của vật liệu màng
mỏng SnO2/Pt .................................................................................. 125
4.4.2. Khảo sát đặc trưng nhạy khí của cảm biến SnO2/Pt với H2 trên
cơ sở hiệu ứng tự đốt nóng ............................................................. 128
Kết luận chương 4 .............................................................................. 135
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CỦA LUẬN ÁN ............................................. 136
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ..................... 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 139
vii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT
Kí hiệu,
viết tắt
Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
1 0D Zero Dimensional Không chiều
2 1D One Dimensional Một chiều
3 2D Two Dimensional Hai chiều
4 Ads Adsorption Hấp phụ
5 CNTs Carbon Nanotubes Ống nano carbon
6 CVD Chemical Vapor Deposition Lắng đọng hơi hóa học
7 DC Direct Current Dòng điện một chiều
8 EDS
Energy-dispersive X-ray
Spectroscopy
Phổ tán sắc năng lượng tia X
9 FE-SEM
Field Emission Scanning
Electron Microscope
Hiển vi điện tử quét phát xạ
trường
10 FIB Focused Ion Beam Chùm iôn hội tụ
11 HMDS HexaMethylDiSilazane Chất bám dính HMDS
12 HMTA hexamethylenetetramine Hexamethylenetetramine
13 HR-TEM
High-Resolution Transmission
Electron Microscopy
Hiển vi điện tử truyền qua
phân giải cao
14 IoTs (Internet of Things) Internet vạn vật
15 ITIMS
International Training Institute
for Materials Science
Viện Đào tạo quốc tế về
khoa học vật liệu
16 ITO Indium Tin Oxide Oxit thiếc inđi
17 I-V Current-Voltage Dòng điện – điện áp
18 IR Infrared Hồng ngoại
19 LPG Liquefied Petroleum Gas khí dầu mỏ hóa lỏng
20 MEMS
Micro-Electro-Mechanical
Systems
Hệ vi cơ điện tử
21 NRs Nanorods Thanh nano
22 NWs Nanowires Dây nano
23 ppb Parts per billion Một phần tỷ
24 ppm Parts per million Một phần triệu
25 PR Photoresist Chất cảm quang
26 Ra Rair
Điện trở của cảm biến trong
không khí
27 Rg Rgas
Điện trở của cảm biến trong
khí thử
viii
28 Rec Recovery Hồi phục
29 Res Response Đáp ứng
30 RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
31 RH Relative Humidity Độ ẩm tương đối
32 RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng tần số vô tuyến
33 rGO reduced Graphene Oxide Graphen oxit khử
34 RPM Revolutions Per Minute Vòng quay/phút
35 RT Room Temperature Nhiệt độ phòng
36 SAED
Selected Area Electron
Diffraction
Nhiễu xạ điện tử lựa chọn
vùng
37 sccm
standard cubic centimeters per
minute
Chuẩn khối cm3/phút
38 SCR Space Charge Region Vùng điện tích không gian
39 SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét
40 SMO Semiconductor Metal Oxide Oxit kim loại bán dẫn
41 TEM
Transition Electron
Microscope
Kính hiển vi điện tử truyền
qua
42 UV Ultraviolet Tia cực tím
43 VLS Vapor-Liquid-Solid Hơi – lỏng – rắn
44 VOCs Volatile Organic Compounds Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
45 VS Vapor -Solid Hơi – Rắn
46 XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X
47 XPS
X-ray Photoelectron
Spectroscopy
Phổ quang điện tử tia X
ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của các loại đế PET, PEN và PI 11
Bảng 1.2. So sánh sự khác biệt chính giữa quá trình hấp phụ vật lý và hấp
phụ hóa học
15
Bảng 1.3. Thống kê một số công trình nghiên cứu cảm biến khí ở nhiệt độ
phòng/ tự đốt nóng dùng vật liệu SnO2 và ZnO thuần
24
Bảng 1.4. Thống kê một số công trình nghiên cứu cảm biến khí ở nhiệt độ
phòng/ tự đốt nóng trên cơ sở vật liệu SnO2 và ZnO biến tính kim loại quý
30
Bảng 2.1. Hóa chất dùng cho chế tạo cảm biến bằng phương pháp thủy
nhiệt
53
Bảng 2.2. Thông số chế tạo màng mỏng SnO2/Pt bằng phương pháp phún
xạ
62
Bảng 3.1. Thống kê các giá trị thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến
thanh nano và dây nano ZnO theo nồng độ NO2 và điện áp đặt vào cảm
biến
76
Bảng 4.1. Thống kê các điều kiện chế tạo màng SnO2/Pt theo tỷ lệ phún xạ
Ar – O2 và điện trở tương ứng của cảm biến.
102
Bảng 4.2. Kích thước tinh thể SnO2 tính bằng công thức Scherrer theo tỷ
lệ Ar – O2
105
Bảng 4.3. Kích thước tinh thể SnO2 tính bằng công thức Scherrer với tỷ lệ
Ar – O2 là 1:1 khảo sát theo các chiều dày màng SnO2
107
x
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Cấu tạo chung của một cảm biến khí hoạt động dựa trên sự thay
đổi độ dẫn của vật liệu SMO
10
Hình 1.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học trên bề mặt chất rắn 14
Hình 1.3. Mô hình đơn giản minh họa sự uốn cong vùng năng lượng
trong chất bán dẫn sau khi hấp phụ hóa học các ion ôxy trên các vị trí bề
mặt vật liệu
17
Hình 1.4. Sơ đồ cơ chế nhạy khí của cấu trúc nano SMO loại n đáp ứng
khí khử.
20
Hình 1.5. Mô hình sự hình thành rào thế biên giữa các biên trước và sau
khi có khí CO
21
Hình 1.6 Minh họa ba cơ chế phụ thuộc của độ dẫn vật liệu bán dẫn vào
kích thước hạt
22
Hình 1.7. Thống kê các loại vật liệu SMO dùng cho cảm biến khí 23
Hình 1.8. Ảnh SEM thanh nano ZnO trên đế thủy tinh và ảnh một thanh
nano ZnO được chọn và hàn dây ra ngoài
26
Hình 1.9. Ảnh SEM thanh nano ZnO, thanh nano ZnO chụp mặt cắt ngang
đế thạch anh và thảm ZnO dạng thanh trên bề mặt đế
27
Hình 1.10. Ảnh FESEM ở độ phóng đại 100k và ở độ phóng đại 300k, giản
đồ nhiễu xạ tia X và đặc trưng nhạy khí H2 ở nhiệt độ phòng của màng
mỏng SnO2
30
Hình 1.11. Ảnh SEM cấu trúc dây nano ZnO biến tính các hạt Au trên bề
mặt
32
Hình 1.12. Hình minh họa cơ chế nhạy điện tử và cơ chế nhạy hóa học 34
Hình 1.13. Ảnh FE-SEM và ảnh TEM cấu trúc lõi – vỏ giữa lõi dây nano
SnO2 và ZnO được tổng hợp bằng phương pháp bốc bay nhiệt
35
Hình 1.14. Cấu trúc rẽ nhánh của vật liệu ZnO/SnO2 37
Hình 1.15. Mô hình cơ chế nhạy khí của tiếp xúc dị thể giữa hai bán dẫn
cùng loại n
38
Hình 1.16. Mô hình minh họa cơ chế hình thành tiếp xúc Schottky giữa
dây nano n-SMO và hạt kim loại xúc tác
40
Hình 1.17. Mô hình cơ chế nhạy khí của cảm biến Schottky 41
Hình 1.18. Cấu tạo của một cảm biến khí truyền thống 43
Hình 1.19. Mô hình cảm biến và nguyên lý hoạt động của cảm biến và ảnh
thực tế của cảm biến
44
Hình 2.1. Mô hình chíp cảm biến khí với điện cực bằng kim loại Pt trên
đế Si/SiO2 cho cảm biến cấu trúc 1-D vật liệu ZnO và cho các cấu trúc rẽ
nhánh
47
xi
Hình 2.2. Mô hình cảm biến được chế tạo bằng điện cực Pt trên đế SiO2/Si 49
Hình 2.3. Quy trình chế tạo cảm biến H2 sử dụng màng mỏng SnO2/Pt 51
Hình 2.4. Mô hình cảm biến dựa trên cấu trúc thanh – thanh nano ZnO và
cấu trúc dây – dây nano ZnO
52
Hình 2.5. Hệ ổn định nhiệt bằng nước 53
Hình 2.6. Quy trình tổng hợp cấu trúc thanh/dây nano ZnO 54
Hình 2.7. Giản đồ chu trình nhiệt của quá trình chế tạo thanh nano ZnO 55
Hình 2.8. Giản đồ chu trình nhiệt của quá trình chế tạo thanh nano ZnO 55
Hình 2.9. Sơ đồ khối cấu tạo lò nhiệt CVD và ảnh hệ lò nhiệt CVD thực tế
đặt tại Viện ITIMS
57
Hình 2.10. Giản đồ chu trình nhiệt của quá trình chế tạo dây nano SnO2 58
Hình 2.11. Giản đồ chu trình nhiệt của quá trình chế tạo dây nano ZnO 59
Hình 2.12. Quy trình các bước chế tạo cấu trúc rẽ nhanh SnO2/ZnO 60
Hình 2.13. Giản đồ chu trình nhiệt quá trình chế tạo ZnO trong cấu trúc
SnO2/ZnO
61
Hình 2.14. Giản đồ chu trình nhiệt quá trình chế tạo SnO2 trong cấu trúc
ZnO/SnO2.
61
Hình 2.15. Quy trình ủ nhiệt cảm biến sau khi chế tạo 63
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý của hệ trộn khí bằng MFC. 64
Hình 2.17. Hệ buồng đo khí tại nhóm cảm biến khí – Viện ITIMS 64
Hình 3.1. Ảnh SEM của cảm biến thanh ZnO ở các độ phóng đại khác nhau 68
Hình 3.2. Ảnh SEM của cảm biến dây nano ZnO ở các độ phóng đại khác
nhau
69
Hình 3.3. Ảnh SEM của cấu trúc thanh nano ZnO và dây nano ZnO tổng
hợp trong thời gian dài.
70
Hình 3.4. Ảnh TEM vật liệu ZnO, thanh nano và dây nano ZnO. 71
Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu ZnO: thanh nano và dây nano 72
Hình 3.6. Các đặc tính I-V của thanh nano và dây nano ZnO trong không
khí.
73
Hình 3.7. Đáp ứng khí của thanh nano ZnO và dây nano ZnO với các nồng
độ khí NO2 và điện áp khác nhau ở nhiệt độ phòng.
74
Hình 3.8. Đáp ứng khác nhau của cảm biến với khí NO2 ở nhiệt độ phòng
theo điện áp
75
Hình 3.9. Cơ chế nhạy khí của cảm biến thanh nano ZnO và dây nano ZnO
với khí NO2 ở nhiệt độ phòng
77
Hình 3.10. Điện cực trước khi mọc dây, dây nano SnO2, và cấu trúc nano
SnO2/ZnO rẽ nhánh
80
Hình 3.11. Giản đồ nhiễu xạ tia X và phổ EDX của cấu trúc rẽ nhánh
SnO2/ZnO
80
xii
Hình 3.12. Ảnh SEM của dây SnO2 và cấu trúc rẽ nhánh SnO2/ ZnO sau
khi mọc trực tiếp dây ZnO lên trên dây SnO2
82
Hình 3.13. Ảnh TEM của nhánh ZnO mọc trên thân SnO2, ảnh HRTEM
của nhánh ZnO và ảnh SEAD tương ứng
83
Hình 3.14. Giản đồ nhiễu xạ tia X và phổ EDX của vật liệu cấu trúc rẽ
nhánh ZnO/SnO2
84
Hình 3.15. Ảnh SEM của dây ZnO và cấu trúc rẽ nhánh ZnO/SnO2 sau khi
mọc
85
Hình 3.16. Ảnh FE-SEM cấu trúc rẽ nhánh SnO2/SnO2 và ZnO/ZnO 86
Hình 3.17. Đặc trưng I – V của các cảm biến có cấu trúc rẽ nhánh
SnO2/ZnO, ZnO/SnO2, SnO2/SnO2 và ZnO/ZnO khảo sát ở nhiệt độ phòng.
87
Hình 3.18. Mô hình tiếp xúc n-n của cấu trúc rẽ nhánh SnO2/ZnO 88
Hình 3.19. Đường đặc trưng nhạy khí tức thời với các nồng độ khí NO2
khác nhau ở nhiệt độ phòng của các cấu trúc rẽ nhánh dị thể SnO2/ZnO,
ZnO/SnO2 và rẽ nhánh đồng thể SnO2/SnO2, ZnO/ZnO
89
Hình 3.20. Độ đáp ứng khí NO2 ở nhiệt độ phòng của các cấu trúc rẽ nhánh
và thời gian đáp ứng và hồi phục của chúng
89
Hình 3.21. Ảnh hưởng của độ ẩm đến tính chất nhạy khí NO2 của cấu trúc
rẽ nhánh SnO2/ZnO và tính chọn lọc của cảm biến
91
Hình 3.22. Thử nghiệm độ lặp lại qua việc phát hiện 1 ppm NO2 trong 8
chu kỳ của cảm biến SnO2/ZnO sau khi chế tạo và sau 6 tháng bảo quản.
92
Hình 3.23. Mô hình thay đổi vùng nghèo của cảm biến SnO2/ZnO trong
không khí và trong khí NO2.
93
Hình 3.24. Mô hình vùng năng lượng của chuyển tiếp dị thể giữa dây nano
SnO2 với ZnO trước và sau khi tiếp xúc.
94
Hình 3.25. Mô hình thay đổi bề rộng vùng nghèo của dây nano ZnO khi
đặt trong không khí và sau khi tiếp xúc với khí NO2
96
Hình 4.1. Hình thái cảm biến theo nhiệt độ ủ 100
Hình 4.2. Ảnh quang học bề mặt cảm biến SnO2/Pt và ảnh FE-SEM vật
liệu nhạy khí với các độ phóng đại khác nhau
101
Hình 4.3. Giản đồ XRD của SnO2 (50 nm)/Pt theo tỉ phần Ar – O2 103
Hình 4.4. Mô hình cảm biến SnO2/Pt trên đế dẻo Kapton 106
Hình 4.5. Phổ nhiễu xạ tia X màng SnO2(15 Ar- 15 O2)/Pt theo chiều dày
màng
107
Hình 4.6. Phổ quang điện tử tia X của SnO2/Pt(50-1:1) 109
Hình 4.7. Mô hình cảm biến khí H2 dùng vật liệu màng SnO2/Pt kiểu tiếp
xúc Schottky
110
Hình 4.8. Đường đặc tính I – V của các cảm biến khí SnO2/Pt (1:1) theo
chiều dày màng SnO2
112
Hình 4.9. Đặc trưng nhạy khí của cảm biến SnO2/Pt (30 nm – 1:1) 113
xiii
Hình 4.10. Độ đáp ứng và thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến
SnO2/Pt (30 nm – 1:1)
114
Hình 4.11. Đặc trưng nhạy khí của cảm biến SnO2/Pt (5
Các file đính kèm theo tài liệu này:
luan_an_nghien_cuu_che_tao_vat_lieu_nhay_khi_tren_co_so_sno.pdf- SUMMARY OF NEW CONTRIBUTIONS OF THE DISSERTATION -VoThanhDuoc 2023.pdf
- THÔNG TIN TÓM TẮT VỀ NHỮNG KẾT LUẬN MỚI CỦA LATS VoThanhDuoc 2023.pdf
- TÓM TẮT LATS - Võ Thanh Được - HUST 2023.pdf
- TRÍCH YẾU LATS - Võ Thanh Được - HUST 2023.pdf
