Luận án Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí CO và CO2 trên cơ sở vật liệu dây nano SnO2

Tên luận án:

Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí CO và CO2 trên cơ sở vật liệu dây nano SnO2

Ngành:

Khoa học Vật liệu

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Việt Nam đang đối mặt với ô nhiễm môi trường khí nghiêm trọng từ công nghiệp hóa, đô thị hóa và giao thông, với các khí độc như CO, CO2, H2S, NO2, NO vượt quá giới hạn cho phép. Việc phát hiện và cảnh báo các khí này là cần thiết cho sức khỏe con người và lợi ích kinh tế. Dây nano oxit kim loại bán dẫn, đặc biệt là SnO2, được đánh giá cao nhờ diện tích bề mặt lớn, tính tinh thể cao, độ nhạy và ổn định tốt, có thể biến tính bề mặt để tăng cường độ nhạy và độ chọn lọc. Luận án tập trung phát triển công nghệ chế tạo dây nano SnO2 bằng phương pháp bốc bay nhiệt, kiểm soát hình thái, cấu trúc và tích hợp trên nhiều loại đế. Đồng thời, chế tạo cảm biến khí CO và CO2 dựa trên dây nano SnO2 để kiểm soát chất lượng không khí. Nghiên cứu cung cấp hiểu biết quan trọng về tính chất nhạy khí của cấu trúc nano một chiều, làm nền tảng phát triển cảm biến nano thế hệ mới vượt trội cho quan trắc môi trường và cảnh báo nguy cơ. Về thực tiễn, đã minh chứng tiềm năng ứng dụng vật liệu nano trong phát triển cảm biến khí, mở rộng nghiên cứu sang quan trắc môi trường nước, an toàn thực phẩm, an ninh, quốc phòng. Luận án đã ổn định quy trình chế tạo dây nano SnO2 bằng bốc bay nhiệt từ bột Sn (700-800°C) và bột SnO (920-980°C), với độ ổn định và lặp lại cao. Đã phát triển hai quy trình chế tạo cảm biến dây nano SnO2: mọc trực tiếp lên điện cực kiểu bắc cầu và kiểu mạng lưới, cải thiện đáng kể thông số đặc trưng. Chế tạo thành công cảm biến khí CO2 trên cơ sở dây nano SnO2 biến tính bề mặt bằng hạt LaOCl, đạt độ đáp ứng, chọn lọc, thời gian đáp ứng và hồi phục tốt hơn so với các công trình công bố, với nhiệt độ xử lý tối ưu 600°C và nồng độ dung dịch biến tính 96 mM cho độ đáp ứng cao nhất tại 400°C. Đồng thời, đã chế tạo cảm biến khí CO sử dụng dây nano SnO2 biến tính hạt Pd bằng phương pháp khử trực tiếp, có khả năng phát hiện CO ở nồng độ thấp (1 ppm). Cuối cùng, luận án đã hoàn thiện quy trình chế tạo các cảm biến khí CO, CO2 trên cơ sở kết hợp công nghệ MEMS với vật liệu dây nano SnO2 biến tính Pd và LaOCl.

Mục lục chi tiết:

• A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
• 1. Tính cấp thiết của đề tài
• 2. Mục tiêu nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• Mục tiêu nghiên cứu của luận án là:
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
• 3. Những đóng góp mới của luận án
• 4. Bố cục của luận án
• B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN (31 trang)

• 1.1. Mở đầu
• 1.3. Phương pháp chế tạo vật liệu cấu trúc nano một chiều
• Phương pháp từ trên xuống (top-down):
• Phương pháp từ dưới lên (bottom-up):
• 1.4. Một số ứng dụng vật liệu cấu trúc nano một chiều
• 1.6. Một số phương pháp chế tạo dây nano SnO2
• 1.6.1. Phương pháp bốc bay nhiệt theo cơ chế hơi-lỏng-rắn (Vapour-Liquid-Solid)
• 1.6.2. Phương pháp bốc bay chùm điện tử
• 1.6.3. Phương pháp mọc trong dung dịch
• 1.6.4. Phương pháp sử dụng khuôn

• CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA DÂY NANO SnO2 (36 trang)

• 2.1. Mở đầu
• 2.2. Chế tạo dây nano SnO2 bằng phương pháp bốc bay nhiệt
• 2.2.1. Thiết bị và hóa chất
• 2.2.2. Quy trình chế tạo dây nano SnO2
• 2.2.3. Kết quả nghiên cứu hình thái và cấu trúc vật liệu
• 2.2.3.1. Kết quả chế tạo dây nano SnO2 sử dụng bột Sn
• 2.2.3.2. Kết quả chế tạo dây nano SnO2 sử dụng bột SnO
• 2.2.4. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chế tạo dây nano
• 2.2.4.1. Ảnh hưởng của tốc độ tăng nhiệt độ
• 2.2.4.2. Ảnh hưởng của thời gian mọc
• 2.2.4.3. Ảnh hưởng của chiều dày lớp xúc tác
• 2.3. Công nghệ chế tạo và tính chất nhạy khí của cảm biến dây nano SnO2
• 2.3.1. Cảm biến chế tạo bằng phương pháp cạo phủ
• 2.3.2. Cảm biến chế tạo bằng phương pháp nhỏ phủ
• 2.3.4. Cảm biến chế tạo bằng phương pháp mọc trực tiếp kiểu bắc cầu
• 2.3.5. Cảm biến chế tạo bằng phương pháp mọc trực tiếp kiểu mạng lưới

• CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN KHÍ CO2 TRÊN CƠ SỞ DÂY NANO SnO2 BIẾN TÍNH LaOCl (26 trang)

• 3.1. Mở đầu
• 3.1.1. Giới thiệu về khí CO2
• 3.1.2. Tình hình nghiên cứu cảm biến khí CO2
• 3.2. Kết quả nghiên cứu chế tạo cảm biến khí CO2
• 3.2.1. Thực nghiệm
• 3.2.2. Kết quả chế tạo vật liệu và cảm biến
• 3.2.3. Kết quả khảo sát tính chất nhạy khí CO2 của cảm biến
• 3.2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ
• 3.2.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch pha tạp
• 3.2.3.3. Thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến
• 3.2.3.4. Độ chọn lọc của cảm biến

• CHƯƠNG 4: CẢM BIẾN KHÍ CO TRÊN CƠ SỞ DÂY NANO SnO2 BIẾN TÍNH Pd (25 trang)

• 4.1. Cảm biến dây nano SnO2 biến tính Pd bằng phương pháp nhỏ phủ
• 4.2. Cảm biến dây nano SnO2 biến tính Pd bằng phương pháp khử trực tiếp
• 4.3. Cảm biến dây nano SnO2 biến tính Pd trên điện cực thương phẩm

• KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ (2 trang)

• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
• Ngoài ra, luận án có 6 bảng; 92 hình vẽ và đồ thị; 173 tài liệu tham khảo.