Phát triển cảm biến khí dựa trên hệ sợi nano ô xít kim loại chế tạo bằng phương pháp đun tĩnh điện có bề mặt được biến tính bằng công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử

Abstract

Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào việc phát triển cảm biến khí dựa trên hệ sợi nano ô xít kim loại, cụ thể là ZnO, được chế tạo bằng phương pháp phun tĩnh điện và bề mặt của chúng được biến tính bằng công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử không gian (SALD). Trong quá trình nghiên cứu, các sợi nano ZnO được phủ một lớp mỏng TiO2 bằng ALD với số chu trình khác nhau, nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ nano tính chất cảm biến khí NO2. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sợi nano ZnO sau khi được xử lý nhiệt có cấu trúc đa tinh thể, kích thước từng sợi khoảng 100 nm, diện tích bề mặt lớn, phù hợp để làm cảm biến khí NO2. Việc sử dụng đèn UV nhằm tăng cường độ nhạy và khả năng giải hấp phụ đã tiết kiệm 6 lần thời gian hồi phục của cảm biến, và tăng độ nhạy lên gấp 6.14 lần (ở 150 °C). Đồ án này quan sát thấy đo cảm biến khí NO2 dựa trên sợi nano ZnO ở nhiệt độ cao 200 °C dẫn tới độ nhạy 23.2 so với 20.5 ở 150 °C. Độ nhạy của cảm biến giảm từ 20.5 xuống còn 3.2 lần. Dù TiO2 chế tạo ở nhiệt độ thấp (100 °C) là vật liệu cách điện, nhưng với chỉ 1.25 nm TiO2, quá trình chuyển đổi điện tử giữa ZnO qua lớp TiO2, sang tương tác với phân tử khí NO2 vẫn có thể xảy ra nhờ hiện tượng xuyên hầm lượng tử. Kết quả là dù độ nhạy giảm, cảm biến có độ lặp lại rất tốt so với không có lớp phủ SALD TiO2. Ngoài ra, do TiO2 là vật liệu rất bền về hóa học, sẽ tăng cường tính chất cho cảm biến dựa trên ZnO, mở ra nhiều cơ hội cho phát triển cảm biến khí dựa trên sợi nano ZnO chế tạo bằng công nghệ phun tĩnh điện, được biến tính bề mặt bằng công nghệ SALD. Tóm lại, việc ứng dụng công nghệ ALD trong việc biến tính bề mặt sợi nano ZnO đã cho thấy hiệu quả trong việc nâng cao tính chất cảm biến khí, mở ra hướng phát triển các thiết bị cảm biến có độ nhạy và độ bền cao. Đồ án này đã cung cấp các kết quả thực nghiệm, góp phần phát triển các cảm biến khí tiên tiến trong tương lai.