NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH NHẠY KHÍ CỦA CẤU TRÚC DỊ THỂ GIỮA DÂY NANO SnO2 VÀ MỘT SỐ OXIT KIM LOẠI BÁN DẪN
Khoa học vật liệu
Luận án này giải quyết nhu cầu cấp bách về phát triển cảm biến khí H2S hiệu suất cao, do ô nhiễm không khí và độc tính nguy hiểm của H2S ngay cả ở nồng độ thấp. Mặc dù ôxít thiếc (SnO2) là vật liệu bán dẫn phổ biến cho cảm biến khí với nhiều ưu điểm, nhưng độ nhạy và tính chọn lọc đối với H2S còn hạn chế. Nghiên cứu này đặt mục tiêu chế tạo thành công cảm biến dây nano cấu trúc dị thể n-SnO2/SMO bằng các phương pháp hóa lý khác nhau, khảo sát tính chất nhạy khí H2S (bao gồm độ đáp ứng, tính chọn lọc, nhiệt độ làm việc tối ưu và bề dày lớp biến tính tối ưu) và giải thích cơ chế nhạy khí.
Đề tài tập trung vào việc chế tạo cảm biến dây nano SnO2 biến tính bề mặt bởi các ôxít kim loại bán dẫn loại n (ZnO, WO3) và loại p (NiO, Ag2O) để tạo cấu trúc dị thể cùng loại hạt tải (n-SnO2/n-SMO) và khác loại hạt tải (n-SnO2/p-SMO). Các phương pháp chế tạo bao gồm lắng đọng hơi hóa học (CVD) cho dây nano SnO2, kết hợp với các phương pháp biến tính như bốc bay nhiệt, phún xạ một chiều DC, nhúng phủ. Vật liệu được đặc trưng bằng FESEM, TEM, HRTEM, XRD, EDS, và tính chất nhạy khí được khảo sát trên hệ đo chuyên dụng.
Các đóng góp mới của luận án bao gồm việc chế tạo thành công cảm biến SnO2/ZnO cho thấy độ đáp ứng tăng cường từ 300-1950 lần với khí NO2 (1-10 ppm) tại 38°C; cảm biến SnO2/WO3 với lớp biến tính 5 nm đạt độ đáp ứng 177 lần với 1 ppm H2S ở 200°C; cảm biến SnO2/NiO với lớp biến tính 10 nm cho độ đáp ứng 77 lần với 1 ppm H2S ở 200°C; và cảm biến SnO2/Ag2O đạt độ đáp ứng cao nhất 1155 lần với 1 ppm H2S ở 200°C. Các cấu trúc dị thể này đều thể hiện tính chọn lọc tốt với H2S và khả năng lặp lại ổn định. Kết quả nghiên cứu không chỉ đóng góp vào hiểu biết chung về tính nhạy khí và cơ chế của các chuyển tiếp dị thể mà còn chứng minh tiềm năng ứng dụng của cảm biến SnO2/SMO trong việc phát hiện khí H2S nồng độ thấp với hiệu suất cao.