(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

149 73 0
(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THÀNH VINH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANO Ơ-XÍT SẮT SỬ DỤNG VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THÀNH VINH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANO Ơ-XÍT SẮT SỬ DỤNG VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH Ngành: Khoa học vật liệu Mã ngành: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Văn Quy GS TS Lê Anh Tuấn HÀ NỘI, 2021 LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Văn Quy – Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu (ITIMS) – Đại học Bách Khoa Hà Nội, GS TS Lê Anh Tuấn – Viện Nghiên cứu nano – Đại học Phenikaa Các thầy tận tình giúp đỡ hướng dẫn em suốt trình làm học tập hoàn thành luận án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, anh chị em NCS, học viên cao học Viện đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu (ITIMS), nhóm nghiên cứu NEB (ITIMS – AIST – Phenikaa University), nhóm iSensor (ITIMS) giúp đỡ em nhiều công tác chuyên mơn, đóng góp nhiều ý kiến tận tình q trình học, giúp em hồn thành luận án Đồng thời, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ chuyên môn công tác giảng dạy, chế độ người lao động Ban giám hiệu, tập thể sử phạm nhà trường đặc biệt anh chị em đồng nghiệp Bộ môn Vật lý công nghệ – Khoa Khoa học ứng dụng – Trường Đại học Công nghệ GTVT, giúp tơi hồn thành luận án Cuối không phần quan trọng, xin cảm ơn thành viên gia đình tơi ln bên mang lại cho động lực để hồn thành q trình học tập nghiên cứu khoa học Nghiên cứu sinh Nguyễn Thành Vinh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cảm đoan luận án cơng trình nghiên cứu bảo khoa học tập thể hướng dẫn Luận án khơng có chép tài liệu, cơng trình nghiên cứu người khác mà khơng có trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Những kết luận án chưa cơng bố hình thức ngồi tơi tập thể hướng dẫn Tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường lời cam đoan Hà Nội, ngày ……tháng… năm…… Thay mặt tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS TS Nguyễn Văn Quy Nguyễn Thành Vinh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu luận án 3 Nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đóng góp thực tiễn luận án Tính luận án Bố cục luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vi cân tinh thể thạch anh (QCM) 1.1.1 Hiệu ứng áp điện 1.1.2 Vi cân tinh thể thạch anh 1.2 Tổng quan ứng dụng QCM cảm biến khí 12 1.2.1 Giới thiệu cảm biến khí 12 1.2.2 Cảm biến QCM nguyên lý hoạt động 13 1.2.3 Cơ chế nhạy khí cảm biến QCM 17 1.3 Tổng quan vật liệu nhạy khí cảm biến QCM 19 1.3.1 Vật liệu nhóm cacbon 19 1.3.2 Vật liệu polymer vật liệu hữu 22 1.3.3 Khung hữu kim loại 25 1.3.4 Vật liệu nano ơ-xít kim loại bán dẫn chất vô 27 1.4 Tổng quan vật liệu ơ-xít sắt 29 1.4.1 Phương pháp chế tạo vật liệu nano ơ-xít sắt 29 1.4.2 Vật liệu nano ô-xít sắt ứng dụng lĩnh vực cảm biến môi trường 31 1.4.3 Tổng quan cấu trúc vật liệu nano ơ-xít ơ-xít – hydroxit sắt 36 1.5 Kết luận chương 38 CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO Ơ-XÍT SẮT VÀ LỚP CẢM NHẬN TRÊN ĐIỆN CỰC QCM 39 2.1 Tổng hợp vật liệu nano ơ-xít sắt 39 2.1.2 Tổng hợp hạt nano (NPs) ơ-xít sắt 39 2.1.2 Tổng hợp nano (NRs) ơ-xít sắt 42 2.2 Nghiên cứu phương pháp khảo sát tính chất hóa - lý vật liệu 43 2.2.1 Phương pháp phân tích cấu trúc thành phần mẫu 43 i 2.2.2 Phương pháp phân tích Rietveld 45 2.2.3 Phương pháp khảo sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 45 2.2.4 Phương pháp đo từ tính vật liệu từ kế mẫu rung (VSM) 46 2.2.5.Phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier phổ tán xạ Raman 47 2.2.6 Phương pháp đo diện tích bề mặt phân bố kích thước lỗ rỗng 48 2.3 Chế tạo lớp cảm nhận nano ơ-xít sắt điện cực QCM khảo sát đo khí 49 2.3.1 Chế tạo lớp cảm nhận nano ơ-xít sắt điện cực QCM 49 2.3.2 Quy trình khảo sát đo khí 52 2.4 Kết luận Chương 54 CHƯƠNG 3: ĐẶC TRƯNG NHẠY KHÍ CỦA CÁC HẠT NANO Ơ-XÍT SẮT SỬ DỤNG CẢM BIẾN QCM 55 3.1 Khảo sát cấu trúc, hình thái tính chất hóa lý hạt nano ơ-xít sắt 55 3.1.1 Khảo sát đặc trưng cấu trúc hạt nano ơ-xít sắt 55 3.1.2 Khảo sát hình thái tính chất hóa lý vật liệu hạt nano ô-xít sắt 61 3.2 Khảo sát đặc trưng nhạy khí cảm biến QCM phủ hạt nano Fe3O4, γ-Fe2O3 (QP200) α-Fe2O3 67 3.2.1 Khảo sát khả nhận biết khí cảm biến QCM phủ hạt nano Fe3O4 67 3.2.2 So sánh đặc trưng nhạy khí SO2 cảm biến QCM phủ hạt nano Fe3O4, γ-Fe2O3 (QP200) α-Fe2O3 68 3.2.3 Khảo sát đặc trưng nhạy khí SO2 cảm biến sử dụng hạt nano γ-Fe2O3 (QP200) 72 3.3 Ảnh hưởng ion [Fe3+] [Fe2+] tính chất nhạy khí SO2 hạt nano γ-Fe2O3 phủ điện cực QCM 74 3.3.1 Khảo sát đặc trưng nhạy khí SO2 cảm biến QCM phủ hạt nano γ-Fe2O3 chế tạo từ tiền chất khác 74 3.3.2 Khảo sát đặc trưng nhạy khí chọn lọc, ổn định ảnh hưởng độ ẩm đến tính chất nhạy khí cảm biến Q3 79 3.4 Kết luận Chương 81 CHƯƠNG 4: ĐẶC TRƯNG NHẠY KHÍ CỦA THANH NANO Ơ-XÍT SẮT SỬ DỤNG CẢM BIẾN QCM 83 4.1 Khảo sát cấu trúc, hình thái tính chất vật liệu nano ơ-xít sắt 83 4.1.1 Vật liệu nano Fe3O4/α-FeOOH 83 4.1.2 So sánh cấu trúc, hình thái tính chất nano Fe3O4/αFeOOH, γ-Fe2O3 α-Fe2O3 86 4.2 Khảo sát đặc trưng nhạy khí cảm biến sử dụng nano Fe3O4/α-FeOOH 90 4.2.1 Các đặc trưng nhạy khí SO2, NO2, CO 90 ii 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng khí CO nồng độ cao đến đặc trưng nhạy khí cảm biến Fe3O4/α-FeOOH 95 4.3 Khảo sát đặc trưng nhạy khí SO2 cảm biến sử dụng nano Fe3O4/α-FeOOH, γ-Fe2O3 α-Fe2O3 106 4.3.1 So sánh đặc trưng nhạy khí 106 4.3.2 Đề xuất chế nhạy khí SO2 nano ơ-xít sắt 110 4.3.3 Ảnh hưởng độ ẩm đến khả nhận biết khí SO2 111 4.3.4 Tính chọn lọc SO2 cảm biến sử dụng nano γ-Fe2O3 113 4.4 Kết luận Chương 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 TUYỂN TẬP CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt 0D Zero-Dimensional Không chiều 1D One-Dimensional Một chiều 2D Two-Dimensional Hai chiều 3D Three-Dimensional Ba chiều AIST Advanced Institute for Viện Tiên tiến Khoa học Công Science and Technology nghệ BET Brunauer – Emmett – Teller Phương pháp đo diện tích bề mặt BJH Barrett – Joyner - Halenda Phương pháp đo phân bố kích thước lỗ rỗng CNT Carbon nanotube Ống nano cacbon MWCNT 10 Con Multi wall nanotubes Concentration 11 DI Dionized Water 12 EDX 13 FT-IR 14 IDLH 15 ITIMS 16 JCPDS 17 LOD Limit of Detection Giới hạn phát 18 MFC Mass Flow Controller Thiết bị điều khiển lưu lượng dòng 19 NPs Nanoparticles Các hạt nano 20 NRs Nanorods Các nano 21 ppm Part per million Một phần triệu 22 PSD Pore size distribution Phân bố kích thước lỗ rỗng STT Tên tiếng Anh Ý nghĩa carbon Ống nano cacbon đa lớp Nồng độ Nước khử ion X-ray Energy Dispersion Phổ tán sắc lượng tia X Spectroscopy Fourier Transform Infrared Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Spectroscopy Giá trị ngưỡng giới hạn gây ảnh Immediately Dangerous to hưởng tức thời tới sức khỏe đời Life and Health sống International Training Viện Đào tạo quốc tế Khoa học Institute for Materials vật liệu Science Joint Committee on Powder Ủy ban hỗn hợp chuẩn nhiễu xạ Diffraction Standars mẫu dạng bột iv 23 QCM Quartz Microbalance 24 RH Relative Hummidity 25 SEM 26 TEM 27 TLVSTEL Threshold Limit Values – Giá trị ngưỡng – giới hạn tiếp xúc Short-term Exposure Limit ngắn hạn 28 TLVTWA 29 VOCs Threshold Limit Values – Giá trị ngưỡng – giới hạn trung Time Weighted Average bình theo thời gian Volatile Organic Hợp chất hữu bay Compounds 30 vrec/vres Recovery/ Response speed Tốc độ hồi phục/đáp ứng 31 VSM Vibrating Magnetometer Từ kế mẫu rung 32 WHO World Health Organization Tổ chức y tế giới 33 XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X 34 τrec/τres Recovery/Response time Thời gian hồi phục/đáp ứng Scanning Microscopy Tranmission microscopy Crystall Vi cân tinh thể thạch anh Độ ẩm tương đối Điện tử điện tử Sample v Hiển vi điện tử quét Hiển vi điện tử truyền qua DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số kĩ thuật QCM thương mại (www.quartzpro.com/product, tra cứu ngày 19.10.21)………………………………………………………………………….11 Bảng 1.2: Công bố liên quan đến cảm biến QCM sử dụng vật liệu nhóm cacbon… 20 Bảng 1.3: Công bố liên quan đến cảm biến QCM sử dụng vật liệu polymer, hữu cơ…………………………………………………………………………………………… 22 Bảng 1.4: Một số công bố liên quan đến cảm biến QCM phủ MOFs…………… 25 Bảng 1.5: Công bố liên quan đến cảm biến QCM sử dụng vật liệu vô cơ………28 Bảng 1.6: Các phương pháp chế tạo vật liệu nano ơ-xít sắt công bố……………30 Bảng 2.1: Tổng hợp mẫu dạng hạt nano ơ-xít sắt thơng số chế tạo………….42 Bảng 2.2: Tổng hợp mẫu dạng nano ơ-xít sắt thông số chế tạo……… 43 Bảng 2.3: Tổng hợp cảm biến QCM thông số kĩ thuật (a) Hạt nano ô-xit sắt; (b) Thanh nano ô-xit sắt……………………………………………………………… … 51 Bảng 2.4: Bảng điểu chỉnh lưu lượng khí nồng độ khí cần đo tương ứng…….54 Bảng 3.1: Các thơng số cấu trúc ước tính phương pháp Rietveld: số mạng (a), thông số vị trí ơ-xi (x), chiếm giữ ion sắt vị trí bát diện (B), kích thước tinh thể (DSXRD), giá trị biến dạng trung bình (ε), hệ số chất lượng phù hợp (χ2 Rwp) Sai số thống kê biểu thị chữ số có nghĩa cuối cùng………………58 Bảng 3.2: Thơng số BET hạt nano ơ-xít sắt……………………………………… 64 Bảng 3.3: Độ dịch tần số S-factor cảm biến sử dụng hạt nano Fe3O4 khí thử……………………………………………………………………………………68 Bảng 4.1: Các thơng số cảm biến QCM thí nghiệm phát khí CO… 96 Bảng 4.2: Độ dịch tần số cảm biến Fe3O4/α-FeOOH với nồng độ khí CO khác nhau………………………………………………………………………………… 101 Bảng 4.3: Bảng so sánh đặc trưng nhạy khí SO2 cảm biến sử dụng vật liệu nano ơ-xít sắt với cảm biến tương tự tác giả khác……………………………115 Bảng 4.4: Bảng so sánh đặc trưng nhạy khí SO2 cảm biến sử dụng vật liệu nano ơ-xít sắt với cảm biến thương mại……………………………………………117 vi [126] Hexiong, G Costin and et al., (2006), “Goethite, α-FeO(OH), from singlecrystal data”, Acta Crystallogr Sect E Struct Reports Online, vol 62, no 12, pp 250–252 [127] H Liu, T Chen, and R L Frost (2014), “An overview of the role of goethite surfaces in the environment”, Chemosphere, vol 103, pp 1–11 [128] P Senthil Kumar, K Grace Pavithra, and M Naushad (2019), "Characterization techniques for nanomaterials" Nanomaterials for Solar Cell Applications, pp 97 - 124 [129] Raijiv Kohli and K.L.Mital (2019), “X-Ray Diffraction Methods for Assessing Surface Cleanliness Characterization, testing, and reinforcing materials of biodegradable composites Thin Film Deposition for Front End of Line”, Developments in Surface Contamination and Cleaning, Vol 12 [130] H M Rietveld (1969), “A profile refinement method for nuclear and magnetic structures”, J Appl Crystallogr., vol 2, no 2, pp 65–71 [131] S Diaz-Castanon, J C Faloh-Gandarilla, E Munoz-Sandoval, and M Terrones (2008), “Vibration sample magnetometry, a good tool for the study of nanomagnetic inclusions”, Superlattices Microstruct., vol 43, no 5–6, pp 482–486 [132] T Zelinka, P Hejda, and V Kropáček (1987), “The vibrating-sample magnetometer and Preisach diagram”, Phys Earth Planet Inter., vol 46, no 1–3, pp 241–246 [133] M A Mohamed, J Jaafar, A F Ismail, M H D Othman, and M A Rahman (2017), "Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy" Elsevier B.V [134] E Smith and G Dent (2005), "Modern Raman Spectroscopy - A Practical Approach", John Wiley & Sons, Lts, vol 5, pp - 210 [135] M Naderi (2015), “Surface Area: Brunauer-Emmett-Teller (BET)”, Prog Filtr Sep., pp 585–608 [136] J Villarroel-Rocha, D Barrera, and K Sapag (2014), “Introducing a selfconsistent test and the corresponding modification in the Barrett, Joyner and Halenda method for pore-size determination”, Microporous Mesoporous Mater., vol 200, pp 68–78 [137] E P Barrett, L G Joyner, and P P Halenda (1951), “The Determination of Pore Volume and Area Distributions in Porous Substances I Computations from Nitrogen Isotherms”, J Am Chem Soc., vol 73, no 1, pp 373–380 [138] C Özbek, S Okur, Ö Mermer, M Kurt, S Sayin, and M Yilmaz (2015), “Effect of Fe doping on the CO gas sensing of functional calixarene molecules measured with quartz crystal microbalance technique”, Sensors Actuators, B Chem., vol 215, pp 464–470 [139] L Zhang, Z Huang, H Shao, Y Li, and H Zheng (2016), “Effects of γ-Fe2O3 on γ-Fe2O3/Fe3O4 composite magnetic fluid by low-temperature low-vacuum 132 oxidation method”, Materials and Design, vol 105 pp 234–239 [140] T T Loan et al (2021), “Structure and magnetic properties of magnetic iron oxide/zinc oxide core/shell nanocomposites: Effect of ZnO coating”, Mater Today Commun., vol 26, p 101733 [141] M I Dar and S A Shivashankar (2014), “Single crystalline magnetite, maghemite, and hematite nanoparticles with rich coercivity”, RSC Adv., vol 4, no 8, pp 4105–4113 [142] R Arbi et al.(2021), “Role of hydration and micellar shielding in tuning the structure of single crystalline iron oxide nanoparticles for designer applications”, Nano Sel., no February, pp 1–13 [143] Z Lin, C Du, B Yan, and G Yang (2019), “Amorphous Fe2O3 for photocatalytic hydrogen evolution”, Catal Sci Technol., vol 9, no 20, pp 5582–5592 [144] A Sirivat and N Paradee (2019), “Facile synthesis of gelatin-coated Fe3O4 nanoparticle: Effect of pH in single-step co-precipitation for cancer drug loading”, Mater Des., vol 181, p 107942 [145] N D Cuong, T T Hoa, D Q Khieu, T D Lam, N D Hoa, and N Van Hieu (2012), “Synthesis, characterization, and comparative gas-sensing properties of Fe2O3 prepared from Fe3O4 and Fe3O4-chitosan”, J Alloys Compd., vol 523, pp 120–126 [146] C Wang, A Li, and C Shuang (2018), “The effect on ozone catalytic performance of prepared-FeOOH by different precursors”, J Environ Manage., vol 228, no 163, pp 158–164 [147] C Liang, H Liu, J Zhou, X Peng, and H Zhang (2015), “One-Step Synthesis of Spherical γ-Fe2O3”, Journal of Chemistry, Vol 2015, no ii, pp 1- [148] D Maity, S Choo, J Yi, J D Ã, and J M X Ã (2009), “Synthesis of magnetite nanoparticles via a solvent-free thermal decomposition route”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol 321, pp 1256–1259 [149] R Sakthivel, B Das, B Satpati, and B K Mishra (2009), “Gold supported iron oxide-hydroxide derived from iron ore tailings for CO oxidation”, Appl Surf Sci., vol 255, no 13–14, pp 6577–6581 [150] X Mou et al (2012), “Crystal-phase- and morphology-controlled synthesis of Fe2O3 nanomaterials”, Eur J Inorg Chem., no 16, pp 2684–2690 [151] M Su, C He, and K Shih (2016), “Facile synthesis of morphology and sizecontrolled α-Fe2O3 and Fe3O4 nano-and microstructures by hydrothermal/solvothermal process: The roles of reaction medium and urea dose”, Ceramics International, vol 42, no 13 pp 14793–14804 [152] D P Rall (1974), “Review of the health effects of sulfur oxides”, Environ Health Perspect., Vol 8, no August, pp 97–121 [153] National Institute for Occupational Safety and Health (2005), “Threshold Limit 133 Values ( TLV ) and Immediately Dangerous to Life and Health ( IDLH ) values”, Saf Heal., p [154] A S Teja and P Y Koh (2009), “Synthesis, properties, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles”, Prog Cryst Growth Charact Mater., vol 55, no 1–2, pp 22–45 [155] X Wang et al (2020), “Oxygen vacancy defects engineering on Ce-doped αFe2O3 gas sensor for reducing gases”, Sensors Actuators B Chem., vol 302, p 127165 [156] M Al-Hashem, S Akbar, and P Morris (2019), “Role of Oxygen Vacancies in Nanostructured Metal-Oxide Gas Sensors: A Review”, Sensors Actuators, B Chem., vol 301, no July, p 126845 [157] E Herrero and et al (1997), “Influence of synthesis conditions on the γ-Fe203 properties”, Solid State Ionics, vol 101 - 103, pp 213–219 [158]L Machala, R Zboril, and A Gedanken (2007), “Amorphous iron(III) oxide A review”, J Phys Chem B, vol 111, no 16, pp 4003–4018 [159] X Song and J F Boily (2013), “Water vapor interactions with FeOOH particle surfaces”, Chem Phys Lett., vol 560, pp 1–9 [160] M Nishiyama and K Watanabe (2014), “Frequency characteristics of heterocore fiber optics sensor for mechanical vibration”, Sensors Actuators, A Phys., vol 209, pp 154–160 [161] I Urriza-Arsuaga, M Bedoya, and G Orellana (2019), “Tailored luminescent sensing of NH3 in biomethane productions”, Sensors Actuators, B Chem., vol 292, no 2019, pp 210–216 [162] M Zhang and J Li (2019), “Synthesis and characterization of a novel porphyrin derivative for optical sensor”, Mater Lett., vol 247, no February, pp 119–121 [163] F Ejeian et al (2019), “Design and applications of MEMS flow sensors: A review”, Sensors Actuators, A Phys., vol 295, pp 483–502 [164] D Patil, V Patil, and P Patil (2011), “Highly sensitive and selective LPG sensor based on α-Fe2O3 nanorods”, Sensors Actuators B Chem., vol 152, no 2, pp 299–306 [165] Y Y Ma, B Wang, Q Wang, and S Xing (2018), “Facile synthesis of α FeOOH /γ-Fe2O3 by a pH gradient method and the role of γ-Fe2O3 in H2O2 activation under visible light irradiation”, Chem Eng J., vol 354, no May, pp 75–84 [166] B Qiao, L Liu, J Zhang, and Y Deng (2009), “Preparation of highly effective ferric hydroxide supported noble metal catalysts for CO oxidations : From gold to palladium”, J Catal., vol 261, no 2, pp 241–244 [167] L Liu, F Zhou, L Wang, X Qi, F Shi, and Y Deng (2010), “Low-temperature CO oxidation over supported Pt, Pd catalysts : Particular role of FeOx support 134 for oxygen supply during reactions”, J Catal., vol 274, no 1, pp 1–10 [168] A E R S Khder, S S Ashour, H M Altass, and K S Khairou (2016), “Pd nanoparticles supported on iron oxide nanorods for CO oxidation: Effect of preparation method”, J Environ Chem Eng., vol 4, no 4, pp 4794–4800 [169] G Neri et al (2001)., “HREELS study of Au/Fe2O3 thick film gas sensors”, Sensors Actuators, B Chem., vol 80, no 3, pp 222–228 [170] P Li, D E Miser, S Rabiei, R T Yadav, and M R Hajaligol (2003), “The removal of carbon monoxide by iron oxide nanoparticles”, Applied Catalysis B: Environmental, vol 43, pp 151–162 [171] R Naumann et al.( 2014), “Strong metal – support interactions between palladium and iron oxide and their effect on CO oxidation”, J Catal., vol 317, pp 220–228 [172] C Marius, M Chirita, and I Grozescu (2009), “Fe2O3 – Nanoparticles , Physical Properties and Their Photochemical And Photoelectrochemical Applications Fe2O3 – Nanoparticles , Physical Properties and Their Photochemical”, Chem Bull Politeh Univ Timsisoara, vol 54, no January 2009, pp 1–8, 2015 [173] M E Azim-Araghi and M J Jafari (2010), “Electrical and gas sensing properties of polyaniline-chloroaluminium phthalocyanine composite thin films”, EPJ Appl Phys., vol 52, no 1, pp 10402 [174] Y Zhihua, Z Liang, S Kaixin, and H Weiwei (2012), “Characterization of quartz crystal microbalance sensors coated with graphene films”, Procedia Eng., vol 29, pp 2448–2452 135 ... NGUYỄN THÀNH VINH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANO Ơ-XÍT SẮT SỬ DỤNG VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH Ngành: Khoa học vật liệu Mã ngành: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI... dụng tốt [119] Do tính thơng dụng nghiên cứu nhiều cấp độ vật liệu nano nên vật liệu nano ơ-xít sắt thu hút quan tâm 32 nhà nghiên cứu cảm biến khí sử dụng QCM Có thể kể đến nghiên cứu Guang Li công... ơ-xít sắt phù hợp với ứng dụng cụ thể 1.4.2 Vật liệu nano ơ-xít sắt ứng dụng lĩnh vực cảm biến mơi trường Vật liệu nano ơ-xít sắt vật liệu nano ơ-xít kim loại sử dụng phổ biến lĩnh vực cảm biến khí

Ngày đăng: 29/04/2022, 21:15

Hình ảnh liên quan

Hình 1.10: Dẫn suất chứa nguyên tử Fe phát hiện CO ở nhiệt độ phòng (a) ferrorence-chitosan [79] và (b) ferrorence-calixarene [58] - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 1.10.

Dẫn suất chứa nguyên tử Fe phát hiện CO ở nhiệt độ phòng (a) ferrorence-chitosan [79] và (b) ferrorence-calixarene [58] Xem tại trang 36 của tài liệu.
Bảng 1.3: Công bố liên quan đến cảm biến QCM sử dụng các vật liệu polymer, hữu cơ - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Bảng 1.3.

Công bố liên quan đến cảm biến QCM sử dụng các vật liệu polymer, hữu cơ Xem tại trang 37 của tài liệu.
Poly(aniline) - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

oly.

(aniline) Xem tại trang 38 của tài liệu.
1.3.3. Khung hữu cơ kim loại - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

1.3.3..

Khung hữu cơ kim loại Xem tại trang 39 của tài liệu.
Bảng 1.4: Một số công bố liên quan đến cảm biến QCM phủ MOFs - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Bảng 1.4.

Một số công bố liên quan đến cảm biến QCM phủ MOFs Xem tại trang 40 của tài liệu.
Bảng 1.5: Công bố liên quan đến cảm biến QCM sử dụng các vật liệu vô cơ - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Bảng 1.5.

Công bố liên quan đến cảm biến QCM sử dụng các vật liệu vô cơ Xem tại trang 42 của tài liệu.
Bảng 1.6: Các phương pháp chế tạo vật liệu nano ô-xít sắt đã công bố - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Bảng 1.6.

Các phương pháp chế tạo vật liệu nano ô-xít sắt đã công bố Xem tại trang 44 của tài liệu.
Hình 1.12: (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ khí N2 và phân bố kích thước lỗ rỗng của các ô-xít Fe2O3  nung ở nhiệt độ khác nhau; (b) So sánh độ đáp  ứng của cảm biến sử dụng các ô-xít Fe2O3  ở nhiệt độ tối ưu đối với 100 ppm VOCs  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 1.12.

(a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ khí N2 và phân bố kích thước lỗ rỗng của các ô-xít Fe2O3 nung ở nhiệt độ khác nhau; (b) So sánh độ đáp ứng của cảm biến sử dụng các ô-xít Fe2O3 ở nhiệt độ tối ưu đối với 100 ppm VOCs Xem tại trang 46 của tài liệu.
Hình 1.14: (a) SEM; (b) XRD của vật liệu Fe2O3/SiO2 và tín hiệu (c) đáp ứng của cảm biến với các khí khác nhau và (d) đáp ứng lặp lại ở 180 ppm isopropanol   [91] - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 1.14.

(a) SEM; (b) XRD của vật liệu Fe2O3/SiO2 và tín hiệu (c) đáp ứng của cảm biến với các khí khác nhau và (d) đáp ứng lặp lại ở 180 ppm isopropanol [91] Xem tại trang 48 của tài liệu.
Hình 1.13: (a) Khả năng đáp ứng và hồi phục của các quả cầu Fe2O3 đối với 4 ppm của DMMP và (b) tính chọn lọc DMMP của Fe 2O3 đối với các khí tham khảo [90] - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 1.13.

(a) Khả năng đáp ứng và hồi phục của các quả cầu Fe2O3 đối với 4 ppm của DMMP và (b) tính chọn lọc DMMP của Fe 2O3 đối với các khí tham khảo [90] Xem tại trang 48 của tài liệu.
Hình 1.15: Cấu trúc tinh thể của (a) Fe3O4 [122], (b) γ-Fe2O3và (c) α-Fe2O3 [124], (c) α-FeOOH [125] - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 1.15.

Cấu trúc tinh thể của (a) Fe3O4 [122], (b) γ-Fe2O3và (c) α-Fe2O3 [124], (c) α-FeOOH [125] Xem tại trang 51 của tài liệu.
Hình 2.1: Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 2.1.

Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 Xem tại trang 54 của tài liệu.
Hình 2.5: Sơ đồ quy trình phun phủ vật liệu lên điện cực Au của linh kiện QCM: (1) giá đỡ; (2) dây dẫn điện; (3) dây cảm biến nhiệt độ; (4) đế giữ nhiệt; (5) súng phun;  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 2.5.

Sơ đồ quy trình phun phủ vật liệu lên điện cực Au của linh kiện QCM: (1) giá đỡ; (2) dây dẫn điện; (3) dây cảm biến nhiệt độ; (4) đế giữ nhiệt; (5) súng phun; Xem tại trang 64 của tài liệu.
Bảng 2.3: Tổng hợp cảm biến QCM và các thông số kĩ thuật (a) Hạt nano ô-xit sắt  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Bảng 2.3.

Tổng hợp cảm biến QCM và các thông số kĩ thuật (a) Hạt nano ô-xit sắt Xem tại trang 65 của tài liệu.
Hình 2.6: (a) Hình ảnh bề mặt chụp bằng kính hiển vi quang học; (b) phổ EDX của vật liệu phủ trên điện cực QCM   - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 2.6.

(a) Hình ảnh bề mặt chụp bằng kính hiển vi quang học; (b) phổ EDX của vật liệu phủ trên điện cực QCM Xem tại trang 66 của tài liệu.
Hình 2.7: Sơ đồ hệ đo khí tự chế tạo - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 2.7.

Sơ đồ hệ đo khí tự chế tạo Xem tại trang 67 của tài liệu.
Bảng 2.4: Bảng điểu chỉnh lưu lượng khí và nồng độ của khí cần đo tương ứng - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Bảng 2.4.

Bảng điểu chỉnh lưu lượng khí và nồng độ của khí cần đo tương ứng Xem tại trang 68 của tài liệu.
3.1. Khảo sát cấu trúc, hình thái và tính chất hóa lý của hạt nano ô-xít sắt  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

3.1..

Khảo sát cấu trúc, hình thái và tính chất hóa lý của hạt nano ô-xít sắt Xem tại trang 69 của tài liệu.
Hình 3.17: Khả năng lặp lại của các cảm biến (a) Q2, (b) Q3 và (c) QP200 khi tiếp xúc với 15 ppm SO 2 - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 3.17.

Khả năng lặp lại của các cảm biến (a) Q2, (b) Q3 và (c) QP200 khi tiếp xúc với 15 ppm SO 2 Xem tại trang 91 của tài liệu.
Hình 3.20: Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối đến khả năng đáp - ứng hồi phục của cảm biến Q3 ở 10 ppm SO 2 - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 3.20.

Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối đến khả năng đáp - ứng hồi phục của cảm biến Q3 ở 10 ppm SO 2 Xem tại trang 95 của tài liệu.
Hình 4.1: (a) Giản đồ XRD; (b) Dữ liệu XRD gốc và dữ liệu Rietveld đã qua xử lý; - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.1.

(a) Giản đồ XRD; (b) Dữ liệu XRD gốc và dữ liệu Rietveld đã qua xử lý; Xem tại trang 98 của tài liệu.
Hình 4.3: Giản đồ XRD của (a) Fe3O4/α-FeOOH; (b) γ-Fe2O3và (c) α-Fe2O3 và (d) phổ FT-IR của ba vật liệu thanh nano ô-xít sắt   - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.3.

Giản đồ XRD của (a) Fe3O4/α-FeOOH; (b) γ-Fe2O3và (c) α-Fe2O3 và (d) phổ FT-IR của ba vật liệu thanh nano ô-xít sắt Xem tại trang 101 của tài liệu.
Hình 4.8: Độ nhạy khí (S-factor) cảm biến QCM phủ thanh nano Fe3O4/α-FeOOH đối với CO, NO2 và SO2 ở các nồng độ khác nhau  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.8.

Độ nhạy khí (S-factor) cảm biến QCM phủ thanh nano Fe3O4/α-FeOOH đối với CO, NO2 và SO2 ở các nồng độ khác nhau Xem tại trang 108 của tài liệu.
Hình 4.9: (a) Đường cong đáp ứng – hồi phục ở các thời điểm khác nhau và (b) liên hệ giữa độ dịch tần số và tuổi thọ của cảm biến Fe 3O4/α-FeOOH   - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.9.

(a) Đường cong đáp ứng – hồi phục ở các thời điểm khác nhau và (b) liên hệ giữa độ dịch tần số và tuổi thọ của cảm biến Fe 3O4/α-FeOOH Xem tại trang 109 của tài liệu.
Hình 4.10: Đường cong đáp ứng – hồi phục động của cảm biến sử dụng thanh nano Fe 3O4/α-FeOOH khi tiếp xúc với các nồng độ khác nhau của khí CO  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.10.

Đường cong đáp ứng – hồi phục động của cảm biến sử dụng thanh nano Fe 3O4/α-FeOOH khi tiếp xúc với các nồng độ khác nhau của khí CO Xem tại trang 111 của tài liệu.
Hình 4.11: Đường cong đáp ứng – hồi phục động của cảm biến hạt nano (a) Fe 3O4; (b) γ-Fe2O3 và thanh nano (c) γ-Fe2O3; (d) α-Fe2O3 đối với khí CO  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.11.

Đường cong đáp ứng – hồi phục động của cảm biến hạt nano (a) Fe 3O4; (b) γ-Fe2O3 và thanh nano (c) γ-Fe2O3; (d) α-Fe2O3 đối với khí CO Xem tại trang 112 của tài liệu.
Bảng 4.2: Độ dịch tần số của cảm biến Fe3O4/α-FeOOH với các nồng độ khí CO khác nhau  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Bảng 4.2.

Độ dịch tần số của cảm biến Fe3O4/α-FeOOH với các nồng độ khí CO khác nhau Xem tại trang 115 của tài liệu.
Hình 4.14: Đáp ứng và hồi phục của cảm biến Fe3O4/α-FeOOH ở: (a)150 ppm, (b) 100 – 500 ppm sau thời điểm (*) và (c) 25 ppm trước thời điểm (*) - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.14.

Đáp ứng và hồi phục của cảm biến Fe3O4/α-FeOOH ở: (a)150 ppm, (b) 100 – 500 ppm sau thời điểm (*) và (c) 25 ppm trước thời điểm (*) Xem tại trang 117 của tài liệu.
Hình 4.17: Đường cong đáp ứng – hồi phục động của các cảm biến sử dụng thanh nano (a) Fe 3O4/α-FeOOH; (b) γ-Fe2O3; (c) α-Fe2O3 với khí SO2 và (d) mối quan hệ  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.17.

Đường cong đáp ứng – hồi phục động của các cảm biến sử dụng thanh nano (a) Fe 3O4/α-FeOOH; (b) γ-Fe2O3; (c) α-Fe2O3 với khí SO2 và (d) mối quan hệ Xem tại trang 121 của tài liệu.
Hình 4.19: Ảnh hưởng của cấu trúc pha tinh thể đến: (a) khối lượng khí bị hấp thụ trên điện cực và (b) độ dịch tần số và thời gian đáp ứng – hồi phục của các cảm  - (Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ôxít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Hình 4.19.

Ảnh hưởng của cấu trúc pha tinh thể đến: (a) khối lượng khí bị hấp thụ trên điện cực và (b) độ dịch tần số và thời gian đáp ứng – hồi phục của các cảm Xem tại trang 123 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan