NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT CỦA VI CỘNG HƯỞNG QUANG TỬ 1D LÀM CẢM BIẾN QUANG
Vật liệu Quang học, Quang điện tử và Quang tử (Mã số: 62.44.01.27)
Luận án tập trung nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng cấu trúc vi cộng hưởng quang tử một chiều (1D) làm cảm biến quang, nhằm giải quyết những hạn chế của các phương pháp phân tích truyền thống trong việc xác định dư lượng chất hữu cơ và thuốc bảo vệ thực vật ở nồng độ thấp. Cảm biến quang tử, đặc biệt là loại nội sinh dựa trên vật liệu silic xốp (PSi), được đánh giá cao nhờ độ nhạy phát hiện cực cao, khả năng chống nhiễu điện từ, độ bền trong môi trường khắc nghiệt, không gây cháy nổ, kích thước nhỏ gọn và không yêu cầu nguồn điện trong cảm biến.
Mục tiêu chính của luận án bao gồm: (i) Nghiên cứu chế tạo thành công cấu trúc vi cộng hưởng quang tử 1D bằng phương pháp ăn mòn điện hóa trên đế silic, hoạt động trong vùng bước sóng khả kiến (200÷800 nm) với độ phản xạ cao, độ bán rộng khe hẹp và kích thước lỗ xốp đồng đều; (ii) Xây dựng hệ thiết bị cảm biến quang tử nano có khả năng đo đồng thời bằng hai phương pháp: đo lỏng (liquid drop) cho các chất không bay hơi và hóa hơi các hợp chất hữu cơ (VOC method) cho các chất dễ bay hơi; (iii) Khảo sát khả năng đo các loại dung môi hữu cơ và thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường nước ở nồng độ thấp.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy luận án đã chế tạo thành công cấu trúc vì cộng hưởng quang tử 1D bằng silic xốp với độ đồng đều cao, đáp ứng điều kiện lý thuyết trong vùng phổ 400÷800nm. Hệ thiết bị cảm biến quang tử nano được phát triển có độ nhạy cao; cụ thể, phương pháp đo lỏng đạt độ nhạy khoảng 200nm/RIU, có thể phát hiện sự thay đổi chiết suất tối thiểu 10-3, xác định được ethanol trong xăng sinh học 0,4% và methanol 0,2%. Cảm biến cũng hiệu quả trong việc phát hiện thuốc trừ sâu như atrazine (LOD 0,32-0,57 pg.mL-1) và endosulfan (LOD 0,08-0,13 µg.mL-1) trong môi trường lỏng với đáp ứng nhanh và độ nhạy cao. Đối với phương pháp hóa hơi các hợp chất hữu cơ (VOC), độ nhạy thu được là cao nhất (LOD cho ethanol trong nước là 0,028%, tương đương thay đổi chiết suất 1,2.10-6). Đặc biệt, phương pháp VOC có khả năng phát hiện nồng độ methanol thấp (0-5% v/v trong cồn) với độ nhạy cao khi làm lạnh buồng mẫu, cho phép xác định hàm lượng methanol trong rượu công nghiệp và rượu giả. Những kết quả này mở ra một hướng đi mới trong việc kiểm soát chất lượng đồ uống có cồn và giám sát môi trường.