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].

pdf163 trang | Chia sẻ: Tuệ An 21 | Ngày: 08/11/2024 | Lượt xem: 82 | Lượt tải: 0download
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:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_che_tao_vat_lieu_nhay_khi_tren_co_so_sno.pdf
  • pdfSUMMARY OF NEW CONTRIBUTIONS OF THE DISSERTATION -VoThanhDuoc 2023.pdf
  • pdfTHÔNG TIN TÓM TẮT VỀ NHỮNG KẾT LUẬN MỚI CỦA LATS VoThanhDuoc 2023.pdf
  • pdfTÓM TẮT LATS - Võ Thanh Được - HUST 2023.pdf
  • pdfTRÍCH YẾU LATS - Võ Thanh Được - HUST 2023.pdf
Luận văn liên quan