Luận án Nghiên cứu chế tạo cảm biến quang hóa trên nền sợi quang để ứng dụng phát hiện một số hóa chất độc hại trong môi trường

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN QUANG-HÓA TRÊN NỀN SỢI QUANG ĐỂ ỨNG DỤNG PHÁT HIỆN MỘT SỐ HÓA CHẤT ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƯỜNG

Ngành:

Vật liệu Quang học, Quang điện tử và Quang tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu và chế tạo cảm biến quang-hóa trên nền sợi quang, nhằm phát hiện các hóa chất độc hại trong môi trường, giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và thực phẩm đang cấp bách. Bối cảnh nghiên cứu nhấn mạnh sự hạn chế của các phương pháp kiểm định truyền thống về chi phí và độ phức tạp, thúc đẩy nhu cầu về cảm biến rẻ tiền, gọn nhẹ, độ nhạy cao. Cảm biến quang tử, đặc biệt là cảm biến quang sợi, được đánh giá cao nhờ khả năng đo tại chỗ, miễn nhiễm nhiễu điện từ, hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt và an toàn.

Luận án đề xuất hai hướng nghiên cứu chính:

1. Chế tạo cảm biến quang-hóa dựa trên linh kiện sợi quang FBG tích hợp trong laser sợi với cấu trúc gương vòng. Thiết bị này được phát triển để phân tích Nitrate và các dung môi hữu cơ có chiết suất thay đổi trong môi trường nước. Kết quả đạt được cho thấy độ nhạy cao (0,0035 nm/ppm cho Nitrate với giới hạn phát hiện LOD = 3 ppm; 33,94 nm/RIU cho dung môi hữu cơ với LOD = 2,95 x 10^-4 RIU). Việc tích hợp FBG vào laser sợi đã cải thiện đáng kể tỷ số tín hiệu trên nhiễu (tăng từ 3 dB lên tới 40 dB) và giảm độ rộng phổ tín hiệu quang (từ 0,62 nm xuống 0,01 nm), đảm bảo tín hiệu công suất lớn, ổn định và khả năng truyền tải dữ liệu ở khoảng cách xa.
2. Chế tạo cảm biến dựa trên hiệu ứng tăng cường tán xạ Raman bề mặt (SERS) trên nền sợi quang với các cấu trúc nano vàng/bạc. Các đế SERS dạng phẳng (nano bạc) và vi cầu (nano vàng/bạc) được tổng hợp bằng phương pháp quang hóa, cho hệ số tăng cường tán xạ Raman bề mặt cao (cỡ 10⁷), có tính ổn định và đồng đều. Ứng dụng này tập trung vào phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật như Permethrin (LOD = 0,0035 ppm), Dimethoate (LOD = 0,001 ppm), Fenthion (LOD = 1,7 x 10^-4 ppm) và Cypermethrin (LOD = 2,87 x 10^-4 ppm) ở nồng độ rất thấp.

Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng lớn của cảm biến quang hóa trên cơ sở sợi quang chất lượng cao, chi phí thấp trong lĩnh vực kiểm tra an toàn vệ sinh thực phẩm và kiểm soát các chất độc hại tồn tại trong môi trường.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của luận án
• 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
• 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
• Bố cục của luận án

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN QUANG SỢI

• CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CẢM BIẾN QUANG-HÓA SỢI QUANG DỰA TRÊN FBG VÀ HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG PLASMON

• CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO CẢM BIẾN QUANG HÓA SỢI QUANG DỰA TRÊN FBG VÀ PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN BẰNG VIỆC TÍCH HỢP D-FBG TRONG CẤU HÌNH LASER SỢI VỚI CẤU TRÚC GƯƠNG VÒNG

  • 3.1. Chế tạo cảm biến quang hóa sợi quang dựa trên FBG
    • 3.1.1. Phương pháp ăn mòn hóa học
    • 3.1.2. Khảo sát đặc tính của cảm biến e-FBG
    • 3.1.3. Phương pháp mài mòn cơ học
    • 3.1.4. Khảo sát đặc tính của cảm biến D - FBG
  • 3.2. Phát triển cảm biến quang hóa sợi quang dựa trên D - FBG tích hợp trong cấu hình laser sợi có cấu trúc gương vòng
    • 3.2.1. Cấu trúc của cảm biến
    • 3.2.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến
    • 3.2.3. Khảo sát đặc tính của cảm biến quang hóa dựa vào D-FBG tích hợp trong cấu hình laser sợi có cấu trúc gương vòng

• CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH ĐỂ SERS SỢI QUANG VỚI CÁC CẤU TRÚC NANO VÀNG/NANO BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG HÓA CÓ SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÁC LASER BÁN DẪN

  • 4.1. Chế tạo đế SERS sợi quang dạng phẳng với các cấu trúc nano-Ag
  • 4.2. Chế tạo đế SERS sợi quang dạng vi cầu với cấu trúc nano Au/Ag dạng cành lá

• CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG CẢM BIẾN QUANG HÓA DỰA TRÊN NỀN SỢI QUANG ĐỂ PHÁT HIỆN MỘT SỐ HÓA CHẤT ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƯỜNG

  • 5.1. Ứng dụng cảm biến quang hóa sợi quang dựa trên FBG để phân tích nitrate và một số dung môi hữu cơ trong môi trường lỏng
    • 5.1.1. Ứng dụng cảm biến quang hóa sợi quang dựa trên e-FBG tích hợp trong cấu hình laser sợi có cấu trúc gương vòng để phân tích nitrate trong môi trường lỏng
    • 5.1.2. Ứng dụng cảm biến quang hóa dựa trên D-FBG tích hợp trong cấu hình laser sợi có cấu trúc gương vòng để phân tích một số dung môi hữu cơ
  • 5.2. Ứng dụng đế SERS sợi quang với các cấu trúc nano AgNDs và AuNPs/AgNDs để phân tích một số chất bảo vệ thực vật.
    • 5.2.1. Ứng dụng đế SERS sợi quang phẳng với cấu trúc AgNDs để phân tích chất BVTV Permethrin.
    • 5.2.2. Ứng dụng đế SERS sợi quang vi cầu với cấu trúc nano AgNDs để phân tích chất BVTV Dimethoate.
    • 5.2.3. Ứng dụng đế SERS sợi quang vi cầu với cấu trúc nano AuNPs/AgNDs để phân tích chất BVTV Fention và Cypermethrin.

• KẾT LUẬN