Đặc tính nhạy khí NH3 ở nhiệt độ phòng của cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp ống Nano cacbon và hạt Nano SnO¬2-Ni

Như ta đã biết, khí amoniac (NH3) là một khí được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp, trong quá trình chẩn đoán sức khỏe, hay sinh ra trong quá trình phân hủy thức ăn, chất hữu cơ…NH3 là một khí độc hại, dễ cháy, gây kích ứng mắt, mũi, gây khó chịu khi tiếp xúc. Ở điều kiện nhiệt độ phòng, NH3 là khí không màu có mùi khai và nhẹ hơn không khí nên thường tụ lại ở những nơi thấp, dễ dàng hòa tan trong nước. Đó là nội dung bài báo của nhóm tác giả TS. Dương Vũ Trường- giảng viên Vật lý- khoa Khoa học cơ bản- Trường đại học Công nghiệp Hà Nội; TS. Đỗ Mạnh Hùng; PGS.TS. Lương Hữu Bắc- khoa Vật lý kỹ thuật- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đăng trên Kỷ yếu Hội thảo khoa học Quốc gia “Khoa học tự nhiên và ứng dụng trong thời đại số NSA2024” do nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật xuất bản tháng 6 năm 2024 từ trang 170 đến trang 176.

Nhằm nâng cao độ đáp ứng của cảm biến với khí NH3 tại nhiệt độ phòng, nhóm tác giả đã tiến hành chế tạo vật liệu tổ hợp SnO2-Ni-CNT với tỉ lệ khối lượng các thành phần thay đổi. Các cảm biến đã được khảo sát tính chất nhạy với khí NH3 có nồng độ từ 10 -90 ppm ở nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy các mẫu cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp cho độ đáp ứng cao hơn so với mẫu chỉ dựa trên vật liệu CNT. Trong đó mẫu tổ hợp SnO2-2,5Ni-1CNT cho độ đáp ứng tốt nhất. Thời gian đáp ứng, thời gian phục hồi của mẫu B6 này cũng là ngắn nhất trong các mẫu tổ hợp khảo sát, lần lƣợt là 80 s và 112 s.

Abstract: Sử dụng vật liệu SnO2-Ni chế tạo theo phương pháp sol-gel và CNT thương mại, chúng tôi đã chế tạo cảm biển khí NH3 dựa trên vật liệu tổ hợp với tỉ lệ khối lượng các thành phần khác nhau. Cấu trúc của tổ hợp vật liệu được khảo sát thông qua ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường và phổ XRD. Tính chất nhạy với khí NH3 của các cảm biến với tỉ lệ khối lượng các thành phần của vật liệu tổ hợp được khảo sát ở dải nồng độ từ 10 ppm đến 90 ppm ở nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy các cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp đều cho độ đáp ứng cao hơn so với cảm biến dựa trên vật liệu thuần CNT. Đặc biệt, với vật liệu tổ hợp SnO2- 2.5Ni- 1CNT cho độ đáp ứng tốt nhất, lên tới 1,86 % gấp 14 lần so với mẫu cảm biến thuần CNT đối với 90 ppm NH3, thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục ngắn tương ứng là 80 s và 112 s. Cơ chế nhạy khí dựa trên chuyển tiếp p-n giữa vật liệu nano các bon và SnO2, cũng như tiếp xúc giữa CNT và Ni là nguyên nhân tăng cường đặc tính nhạy khí của cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp này.

Keyword: cảm biến khí, chuyển tiếp p-n, NH3, hạt nano SnO2, ống nano các bon.

Toàn văn bài báo xem tại: Kỷ yếu Hội thảo khoa học quốc gia “Khoa học tự nhiên và ứng dụng trong thời đại số NSA2024” do nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật xuất bản tháng 6 năm 2024.

Một vài hình vẽ trong bài báo của nhóm tác giả