Luận văn Nghiên cứu chế tạo và các tính chất của cảm biến nhạy hơi cồn trên cơ sở vật liệu oxit perovskit

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU ĐỖ THỊ ANH THƯ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CẢM BIẾN NHẠY HƠI CỒN TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU OXIT PEROVSKIT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI - 2011 VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU ĐỖ THỊ ANH THƯ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CẢM BIẾN NHẠY HƠI CỒN TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU OXIT PEROVSKIT Chuyên ngành: Khoa học Vật liệu Mã số: 62.44.50.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Nguyễn Ngọc Toàn HÀ NỘI - 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin dành những lời cảm ơn đầu tiên và sâu sắc nhất gửi tới PGS. TS. Nguyễn Ngọc Toàn - người Thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành bản luận án. Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ của GS. TSKH. Nguyễn Xuân Phúc. Những chỉ dẫn, nhận xét của Thầy đã giúp em rất nhiều trong quá trình hoàn thành bản luận án này. Tôi xin gửi tới TS. Hoàng Cao Dũng, NCS. Nguyễn Sĩ Hiếu, NCS. Hồ Trường Giang, ThS. Phạm Quang Ngân, ThS. Giang Hồng Thái lòng biết ơn sâu sắc vì sự quan tâm, động viên tôi cũng như các ý kiến đóng góp, các thảo luận khoa học trong quá trình xây dựng và thực hiện các thí nghiệm khoa học của luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới TS. Lê Thị Cát Tường, PGS. TS. Nguyễn Xuân Nghĩa, NCS. Đỗ Hùng Mạnh, TS. Trần Đăng Thành, những người đã rất nhiệt tình cùng tôi thực hiện các phép đo đạc và thí nghiệm phân tích. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học Vật liệu, Bộ Giáo dục và Đào tạo, đề tài KC02.05, các đề tài nghiên cứu cơ bản cấp cơ sở Viện Khoa học Vật liệu và cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam… đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin dành tình cảm đặc biệt tới Bố, Mẹ, Chồng, con trai và những người bạn của tôi. Những người đã luôn mong mỏi, động viên tôi, giúp tôi thêm nghị lực để hoàn thành bản luận án này! Hà nội, tháng 6 năm 2011 Tác giả LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Ngọc Toàn. Hầu hết các số liệu, kết quả nêu trong luận án được trích dẫn lại từ các báo cáo tại các Hội nghị khoa học, các bài báo được đăng trên tạp chí của tôi và nhóm nghiên cứu. Các số liệu, kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt i Danh mục hình ảnh và đồ thị iv Danh mục bảng biểu ix Mở đầu ………………………………………..………………….………….….. 1 Chương 1. Vật liệu oxit perovskit và hiệu ứng xúc tác ………….……….….. 5 1.1. Đặc điểm cấu trúc oxit perovskit …….…………………………………… 5 1.1.1. Cấu trúc oxit perovskit ………….…………………………………. 5 1.1.2. Sự pha tạp và sự khuyết thiếu oxy …………………………………. 7 1.1.3. Sự dịch chuyển oxy và tính dẫn ion của oxit perovskit …….....….... 9 1.2. Đặc trưng hấp phụ của oxit perovskit ………………………………….…. 11 1.2.1. Hấp phụ CO và NO ………………………………………….…….. 11 1.2.2. Hấp phụ oxy …………………………………………………..…… 12 1.3. Xúc tác dị thể ………………………………………………………..……. 13 1.3.1. Phản ứng phân hủy H2O2 ……………………………………..…… 13 1.3.2. Phản ứng oxy hóa CO ……………………………………………... 14 1.3.3. Phản ứng oxy hóa các hyđrocacbon ………………………….…... 17 1.3.4. Phản ứng phân hủy oxit nitơ ……………………………….…….... 18 1.3.5. Sự oxy hóa etanol ……………………………………………..…… 19 1.4. Đặc trưng nhạy khí của các oxit perovskit ……………………………….. 20 1.5 Kết luận chương ……………………………………….…..…..……..…… 21 Chương 2. Cảm biến bán dẫn oxit kim loại …………………………….…….. 23 2.1. Các phản ứng khí-chất rắn và cơ chế cảm biến dẫn bề mặt ……….……… 23 2.1.1. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ………………………….……. 23 2.1.2. Các trạng thái bề mặt…………………………………….…..……. 26 2.1.3. Cơ chế nhạy khí…………………………………….…………..…... 29 2.2. Cấu trúc và đặc trưng cảm biến khí………………………………………. 32 2.2.1. Cấu trúc cảm biến…………………………………….…………… 32 2.2.2. Các đặc trưng của cảm biến khí ………………………………….. 34 2.3. Vật liệu và cảm biến nhạy hơi cồn ………………...……………….…….. 43 2.4. Kết luận chương ……………………………………….……..…………... 46 Chương 3. Các kỹ thuật thực nghiệm ………………………………………... 47 3.1. Công nghệ chế tạo vật liệu …………………………..………………...…. 47 3.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, vi cấu trúc …………….….......…. 50 3.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt …………………………………..…. 50 3.2.2. Phương pháp phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X …………..… 51 3.2.3. Khảo sát hình thái học bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 53 3.3. Các phương pháp nghiên cứu tính chất …………….…………………….. 54 3.3.1. Phương pháp TPD xác định giải hấp phụ oxy ……………………. 54 3.3.2. Phương pháp xác định diện tích hấp phụ bề mặt BET ...…………. 56 3.3.3. Phương pháp xác định thành phần oxy…………………………… 57 3.3.4. Khảo sát đặc trưng nhạy hơi cồn của cảm biến ………………….. 58 3.4. Kết luận chương …………………………..…………….……..…………. 60 Chương 4. Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất của các hệ vật liệu LaBO3 và A(Fe,Co)O3 ứng dụng trong cảm biến khí …………………….….. 61 4.1. Tổng hợp vật liệu LaFeO3 và các yếu tố ảnh hưởng lên kích thước hạt… 61 4.1.1. Tổng hợp vật liệu và phân tích DTA ……………………………… 61 4.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng lên kích thước hạt trong quá trình tổng hợp 62 4.2. Hệ vật liệu LaBO3 (B là Fe, Co, Ni và Mn) …………...………………….. 66 4.2.1. Cấu trúc và kích thước hạt hệ mẫu LaBO3 (B= Fe, Co, Ni và Mn).. 66 4.2.2. Sự giải hấp oxy theo chu trình nhiệt…………………..........……… 67 4.3. Hệ vật liệu LaFe1-xCoxO3 (0,0 ≤ x ≤ 1,0) ………………………..………... 70 4.3.1. Cấu trúc tinh thể của hệ vật liệu ……………………..……..……... 70 4.3.2. Hình thái học bề mặt của mẫu bột LFC …………………..……….. 72 4.4. Hệ vật liệu AFe0.6Co0.4O3 ……………………………………..…………... 74 4.4.1. Cấu trúc tinh thể …………………………………………..………. 74 4.4.2. Hình thái học bề mặt của hệ mẫu AFe0,6Co0,4O3 ………..…..…….. 74 4.5. Kết luận chương ………………………………………...……..………….. 75 Chương 5. Chế tạo và nghiên cứu các đặc trưng của cảm biến nhạy hơi cồn 76 5.1. Chế tạo cảm biến ………………………………………..………………… 76 5.1.1. Hệ in lưới ………………………………………………………….. 77 5.1.2. Đế gốm …………………………………………………………….. 78 5.1.3. Chế tạo hồ và quá trình in lưới …………….……………………… 78 5.1.4. Chế tạo lò vi nhiệt …………………………………………………. 79 5.1.5. Chế tạo điện cực cảm biến ……………………………………....... 80 5.1.6. Chế tạo màng nhạy khí ……………………………………………. 81 5.2. Hệ cảm biến perovskit LaBO3 (B=Fe, Co, Mn và Ni) ……………..……... 82 5.2.1. Sự phụ thuộc của điện trở cảm biến vào nhiệt độ…………………. 82 5.2.2. Thời gian đáp và thời gian hồi phục của cảm biến LaFeO3………. 86 5.2.3. Độ chọn lọc của cảm biến …………………………………...……. 87 5.2.4. Độ ổn định của cảm biến ………………………………..………… 88 5.3. Hệ cảm biến perovskit LaFe1-xCoxO3 (0,0 ≤ x ≤ 1,0) ………..……….…… 90 5.3.1. Kết quả đo điện trở của cảm biến theo nhiệt độ…………………… 90 5.3.2. Thời gian đáp và thời gian hồi phục của cảm biến ……………….. 93 5.3.3. Độ chọn lọc của cảm biến …………………..……..……………… 93 5.3.4. Độ ổn định của cảm biến ………..………………………………… 94 5.4. Hệ cảm biến perovskit AFe0,6Co0,4O3 (A = La, Sm, Nd và Gd) …….……. 94 5.4.1. Điện trở của cảm biến ………………………………..…….……… 94 5.4.2. Thời gian đáp và thời gian hồi phục của cảm biến AFC4…....……. 96 5.4.3. Độ chọn lọc……………………………………………………….... 96 5.4.4. Độ ổn định …………………………………………………………. 97 5.5. Cơ chế dẫn điện và đặc tính nhạy hơi cồn của các oxit perovskit ………. 98 5.5.1. Tính chất dẫn của các oxit bán dẫn loại p………………………… 98 5.5.2. Cơ chế hấp phụ bề mặt ………….……..………………………...… 98 5.5.3. Sự tham gia của oxy mạng và vai trò của ion kim loại chuyển tiếp trong quá trình xúc tác etanol ………….…………………………… 104 5.5.4. Vai trò của cấu trúc, kích thước hạt và các nguyên tố đất hiếm nên hoạt tính xúc tác etanol ………….……..………………………. 107 5.6. Kết luận chương ………………………..……………….……..……….…. 108 Chương 6. Chế tạo thiết bị đo hơi cồn ………………………………………… 109 6.1. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo nồng độ cồn trong hơi thở …………….….. 110 6.1.1. Các điều kiện và yêu cầu kiểm định máy đo nồng độ cồn ……..….. 111 6.1.2. Thiết kế và chế tạo thiết bị đo nồng độ cồn …………………..…… 111 6.2. Kiểm tra đo lường thiết bị ……………………………………..………….. 116 6.3. Đo thử nghiệm nồng độ cồn trong hơi thở một số công nhân Công ty TNHH Chế biến thực phẩm Đông Đô ……………………..……………… 118 6.4. Đánh giá hoạt động, vận hành của các thiết bị ……………….…………… 118 6.5. Kết luận chương ………………………………..……….……..………….. 118 Kết luận chung………………………………….……..………………………... 119 Các công trình liên quan đến luận án ………………………………………… 121 Tài liệu tham khảo ……………………………………….……..……………… 123 Phụ lục (Kết quả đo thử nghiệm thiết bị đo nồng độ cồn trong hơi thở của một số công nhân Công ty TNHH Chế biến Thực phẩm Đông Đô) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Các chữ viết tắt ABO3 công thức chung của oxit perovskit BAC Blood Alcohol Content nồng độ cồn trong máu BrAC Breath Alcohol Content nồng độ cồn trong hơi thở BET Brunauer-Emmett-Teller xác định diện tích bề mặt BET DTA Differential Thermal Analysis phân tích nhiệt vi sai EEL Electronic Energy Loss spectroscopy phổ tổn hao năng lượng điện tử EPR Electron Paramagnetic Resonance cộng hưởng từ điện tử FET Field Effect Transitor tranzito hiệu ứng trường FTIR Fourier Transform Infrared spectroscopy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier GC Gas Chromatography sắc ký khí HS High Spin spin cao LCD Liquid Crystal Display màn hình tinh thể lỏng LFC LaFe1-xCoxO3 LFC1 LaFe0,9Co0,1O3 LFC2 LaFe0,8Co0,2O3 LFC3 LaFe0,7Co0,3O3 LFC4 LaFe0,6Co0,4O3 LFC5 LaFe0,5Co0,5O3 LFC6 LaFe0,4Co0,6O3 LFC8 LaFe0,2Co0,8O3 LFO LaFeO3 LS Low Spin spin thấp MIS Metal Insulator Semiconductor điôt kim loại – cách điện – bán dẫn MS Mass Spectroscopy phổ khối O Orthorhombic đối xứng trực thoi R Rhombohedral đối xứng mặt thoi SAW Surface Acoustic Wave sóng âm bề mặt SEM Scanning Electron Microscopy kính hiển vi điện tử quét TGA Thermogravimetric Analysis phân tích nhiệt vi trọng TPD Temperature Programmed Desorption spectroscopy phổ giải hấp phụ theo chu trình nhiệt XRD X - ray Diffraction nhiễu xạ tia X 2. Các ký hiệu A, A’, B vị trí chiếm giữ của các cation đất hiếm, kim loại kiềm thổ và kim loại chuyển tiếp trong cấu trúc perovskit ABO3 a, b, c hằng số mạng tinh thể C nồng độ CA axit xitric d khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể EG etylen glycol D kích thước hạt tinh thể Ea năng lượng kích hoạt e điện tử G, σ độ dẫn điện h lỗ trống I thế ion hóa, cường độ dòng điện K hệ số chọn lọc k hằng số tốc độ phản ứng, hằng số Boltzmann L kích thước hạt tinh thể Ln nguyên tố đất hiếm O2-, O-, O2- các dạng oxy hấp phụ ion hóa P áp suất khí, công suất cảm biến ppm phần triệu q điện tích R điện trở r bán kính ion S độ nhạy cảm biến SBET diện tích bề mặt BET T nhiệt độ tuyệt đối t’ thừa số dung hạn Toper nhiệt độ làm việc cảm biến tres thời gian đáp trev thời gian hồi phục của cảm biến VO,  nút khuyết V điện áp V thể tích ô mạng tinh thể Δ nồng độ khuyết thiếu oxy ΔGo biến thiên năng lượng Gibbs tiêu chuẩn ΔHPHY năng lượng liên kết hấp phụ vật lý ΔHCHEM năng lượng liên kết hấp phụ hóa học ΔED năng lượng phân ly ΔEA năng lượng hoạt hóa μ độ linh động Γ mật độ tâm hấp phụ θ phần bao phủ bề mặt, góc nhiễu xạ χ ái lực điện tử λ bước sóng tia X β độ bán rộng của vạch nhiễu xạ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc perovskite (ABO3) lập phương lý tưởng (a) và sự sắp xếp các bát diện trong cấu trúc perovskite lập phương lý tưởng (b). Hình 1.2. Sự biến dạng của cấu trúc perovskit khi góc liên kết B-O-B ≠ 180o. Hình 1.3. Sự di chuyển của các nút khuyết oxy trong perovskit (a) Sự tạo thành của một nút khuyết oxy; (b) vị trí nút khuyết bị dịch chuyển. Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc liên kết của dinitrosyl, nitrit và nitrat. Hình 1.5. Sự hấp phụ và giải hấp oxy trên bề mặt của các oxit LaBO3 (B = Cr, Mn, Fe, Co, Ni). Hình 1.6. Mô hình tương tác dị thể H2O2 trên mặt (001) của oxit perovskit (a); Cấu hình điện tử của các kim loại chuyển tiếp B (b). Hình 1.7. Hoạt tính xúc tác CO của hệ oxit perovskit LaBO3 (với B = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) ở 500 K với (a) hỗn hợp CO/O2 tỷ lệ 2:1; (b) hỗn hợp CO/O2 với tỷ lệ 1:1; với („) tương ứng V; (†): Cr; (U): Mn; ({): Fe; (z): Co và (S): Ni. Hình 1.8. Hoạt tính xúc tác propylen và isobuten của hệ oxit perovskit LaBO3 (B = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) ở 573 K. Hình 2.1. Mô hình Lennard-Jones cho hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học; (a) hấp phụ vật lý và (b) hấp phụ hóa học. Hình 2.2. Hấp phụ đẳng nhiệt điển hình: I. hấp phụ vật lý, II. chuyển tiếp bất thuận nghịch, III. hấp phụ hóa học. Hình 2.3. Mô hình Madelung cho chất rắn ion MX: χ là ái lực điện tử và I là thế ion hóa. Hình 2.4. Các loại oxy hấp phụ được phát hiện trên bề mặt SnO2 ở các nhiệt độ khác nhau với các phân tích TPD, FTIR và EPR. Hình 2.5. Sự hấp phụ “nghèo” của X là X- trên bán dẫn loại n: (a) vùng bằng, (b) sau hấp phụ và hấp phụ của X là X+ trên bán dẫn loại p: (c) vùng bằng, (d) sau hấp phụ. Hình 2.6. Sự tạo thành hàng rào thế giữa các hạt khi có sự hấp phụ oxy trên bề mặt vật liệu loại bán dẫn n. Hình 2.7. Cấu trúc cảm biến kiểu khối gia nhiệt trực tiếp TGS 109 (a) và gia nhiệt gián tiếp TGS 813 (b) của Hãng Figaro (Nhật Bản). Hình 2.8. Cảm biến dạng màng dày. Hình 2.9. Độ nhạy của cảm biến khí SnO2 ở các nhiệt độ khác nhau với các khí cháy: H2, CO, C2H8 và CH4; Hình 2.10. Sự phụ thuộc của TM vào T50. Hình 2.11. Profin nồng độ các chất khí ngang qua chiều dày màng xốp. Các điện cực được đặt trên đỉnh, ở đáy hoặc mặt bên của lớp nhạy khí. S: điện cực ở mặt bên, B: điện cực ở đáy và U: điện cực ở đỉnh. Hình 2.12. Sơ đồ độ thấm khí với hoạt tính khác nhau (cao, trung bình và thấp) của thành phần nhạy khí, R: khí khử và RO: khí oxy hóa. Hình 2.13. (a) các vị trí điện cực được sử dụng để thiết kế cảm biến; (b) các cấu hình điện cực ([i]: cài răng lược, [ii]: tiếp xúc 4 điểm và [iii]: phẳng). Hình 2.14. Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng cho (a) cảm biến màng mỏng và (b) cảm biến màng dày với mạch tương đương của chúng và đáp ứng dòng – thế. Hình 3.1. Sơ đồ minh họa các phản ứng xảy ra trong phương pháp Pechini. Hình 3.2. Sơ đồ quá trình chế tạo vật liệu ABO3. Hình 3.3. Giản đồ mô tả nguyên lý hoạt động của một thiết bị phân tích nhiệt vi sai. Hình 3.4. Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ hai mặt phẳng mạng tinh thể. Hình 3.5. Sơ đồ khối của một thiết bị nhiễu xạ tia X. Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét (SEM). Hình 3.7. Sơ đồ khối hệ đo TPD. Hình 3.8. Hệ đo Micromeritics –AutoChem II 2920. Hình 3.9. Đồ thị BET điển hình. Hình 3.10. Sơ đồ lấy tín hiệu của cảm biến. Hình 3.11. Sơ đồ bố trí thí nghiệm hệ tạo hơi cồn ở 34 oC. Hình 3.12. Hệ tạo hơi cồn. Hình 4.1. Hình ảnh xerogen mẫu LaFeO3 thu được sau khi sấy 15 giờ ở 120oC. Hình 4.2. Giản đồ DTA và TGA của bột xerogen mẫu M2. Hình 4.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu M1, M2 và M3. Hình 4.4. Ảnh hưởng của lượng EG lên kích thước hạt LaFeO3. Hình 4.5. Ảnh SEM của mẫu M2 (a) và M8 (b). Hình 4.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu bột LaBO3 (B= Fe, Co, Ni và Mn). Hình 4.7. Phổ TPD-O2 của các mẫu LaBO3; B: Mn, Fe, Co (a) và Ni (b). Hình 4.8. Hình minh họa quá trình hấp phụ và giải hấp oxy trên bề mặt và các quá trình trao đổi oxy trong hệ vật liệu ABO3. Hình 4.9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu LaFe1-xCoxO3-δ (0,0 ≤ x ≤ 1,0). Hình 4.10 Sự dịch chuyển vạch nhiễu xạ ở 2θ=32,2o của hệ mẫu theo hàm lượng coban: (a) Với x = 0,0 - 0,4: độ rộng vạch thay đổi; (b) Với x = 0,5 - 1,0: xuất hiện sự tách đôi vạch. Hình 4.11. Ảnh SEM của các mẫu LFC2 (bên trái), LFC4 (bên phải). Hình 4.12. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ AFe0,6Co0,4O3 (A=La, Nd, Sm, Gd). Hình 4.13. Ảnh SEM của mẫu GdFe0,6Co0,4O3. Hình 5.1. Mặt cắt ngang hai cấu hình cảm biến. Hình 5.2. Bản thiết kế mặt nạ in lưới cho cảm biến. Hình 5.3. Hệ in lưới. Hình 5.4. Ảnh lưới đã tích hợp mặt nạ. Hình 5.5. Ảnh lò vi nhiệt được chế tạo bằng phương pháp in lưới lên đế gốm. Hình 5.6. Sự phụ thuộc thế nuôi vào nhiệt độ lò vi nhiệt; đặc trưng công suất của lò vi nhiệt. Hình 5.7. Sự ổn định nhiệt độ cảm biến theo thời gian. Hình 5.8. (a) - Ảnh điện cực cảm biến chế tạo bằng phương pháp in lưới; (b) Ảnh màng nhạy khí đã tích hợp điện cực, lò vi nhiệt trên 2 mặt. Hình 5.9. Chiều dày màng nhạy khí LaFeO3. Hình 5.10. Cảm biến nhạy hơi cồn được chế tạo hoàn chỉnh. Hình 5.11. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ dẫn cảm biến dựa trên vật liệu LaBO3. Hình 5.12. Sự phụ thuộc vào tham số nhiệt độ (1000/T) của hàm ln(σ). Hình 5.13. Hình minh họa cơ chế hấp phụ hơi nước trên bề mặt cảm biến LaFeO3. Hình 5.14. Độ nhạy cảm biến LaBO3 (B=Fe, Co, Mn và Ni) phụ thuộc vào nhiệt độ trong môi trường chứa etanol 0,4 mg/l. Hình 5.15. Sự thay đổi độ nhạy cảm biến LFO. Hình 5.16. Đặc trưng hồi đáp của cảm biến LFO tại 260 oC, nồng độ cồn 0,39 mg/l. Hình 5.17. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ nhạy cảm biến LFO với các khí etanol, methanol, axeton và cacbonic ở nồng độ 0,39 mg/l. Hình 5.18. Độ chọn lọc của các cảm biến LaFeO3 với etanol, metanol, axeton. Hình 5.19. Độ ổn định thời gian ngắn của cảm biến LFO (a) và độ ổn định thời gian dài trong môi trường hơi cồn 0,39 mg/l (b). Hình 5.20. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ dẫn cảm biến LaFe1-xCoxO3 (0,1 ≤ x ≤ 0,4). Hình 5.21. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ nhạy cảm biến LFC với nồng độ etanol 0,39 mg/l. Hình 5.22. Độ nhạy lớn nhất (Smax) và nhiệt độ hoạt động phụ thuộc hàm lượng coban (x). Hình 5.23. Sự thay đổi độ nhạy cảm biến LFC4 theo nồng độ hơi cồn. Hình 5.24. Đặc trưng hồi đáp của cảm biến LFC4 tại 228 oC. Hình 5.25. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ nhạy cảm biến LFC4 với các khí etanol, methanol, axeton và cacbonic (0,39 mg/l). Hình 5.26. Độ ổn định của cảm biến LFC4. Hình 5.27. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ dẫn cảm biến dựa trên vật liệu AFe0,6Co0,4O3 (A = La, Sm, Nd và Gd) trong môi trường không khí ẩm. Hình 5.28. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ nhạy cảm biến AFC4 với nồng độ etanol 0,39 mg/l. Hình 5.29. Sự thay đổi độ nhạy cảm biến AFC4 theo nồng độ hơi cồn. Hình 5.30. Độ nhạy của các cảm biến AFC4 với etanol, methanol, axeton và cacbonic ở nồng độ 0,39 mg/l tại 228 và 245 oC. Hình 5.31. Độ ổn định thời gian dài trong môi trường hơi cồn 0,39 mg/l: (a) LaFC4; (b) GdFC4; (c) NdFC4; (d) SmFC4. Hình 5.32. Sơ đồ minh họa cơ chế oxy hóa etanol của các vật liệu LaBO3. Hình 5.33. Sự phụ thuộc của hàm ln(Rg/Ra) vào tham số ln(Cetanol). Hình 5.34. Cấu hình spin trong khối bát diện BO5 trên bề mặt vật liệu LaBO3. Hình 6.1. Sơ đồ khối thiết bị đo nồng độ khí. Hình 6.2. Sơ đồ nguyên lý phần tương tự (analog). Hình 6.3. Ảnh máy đo Alco-I cầm tay ghép nối với máy in mini. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Một số thiết bị đo hơi cồn được thương mại hóa trên thị trường: Bảng 2.2. Tổng kết các vật liệu nhạy hơi cồn Bảng 4.1. Ảnh hưởng của lượng etanol lên kích thước hạt LaFeO3 Bảng 4.2. Hằng số mạng và kích thước hạt tinh thể trung bình của hệ mẫu LaBO3 (B= Fe, Co, Ni và Mn) Bảng 4.3. Nhiệt độ và lượng oxy giải hấp Bảng 4.4. Kích thước hạt và các thông số mạng của hệ mẫu LaFe1-xCoxO3 Bảng 4.5. Kết quả phân tích thành phần oxy. Bảng 4.6. Hằng số mạng, kích thước hạt của các mẫu Bảng 5.1. Thời gian đáp (tres) và thời gian hồi phục (trev) của các cảm biến AFC4 (A=La, Gd, Nd và Sm) Bảng 6.1. Các thông số kỹ thuật của thiết bị đo nồng độ cồn 1 MỞ ĐẦU  Ngày nay, các cảm biến khí được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau như: kiểm soát môi trường sống và môi trường công nghiệp nhằm đảm bảo sức khỏe và an toàn lao động; điều khiển tỷ lệ không khí - nhiên liệu trong các động cơ đốt trong nhằm nâng cao hiệu suất của phản ứng cháy v