Nghiên cứu tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong chế tạo cảm biến

Nghiên cứu tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong chế tạo cảm biến

1 MỞ ĐẦU Trước thực trạng nguồn tài nguyên tự nhiên ngày một khan hiếm, những nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu hữu cơ đang dần thể hiện vai trò là chìa khóa cho sự phát triển ổn định của con người trong tương lai. Một trong số những vật liệu hữu cơ được sử dụng ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp hiện đại hiện nay là vật liệu polyme dẫn. Bắt đầu xuất hiện vào cuối thập kỷ 80 của thế kỷ trước, polyme dẫn là đối tượng nghiên cứu của nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển có nền công nghệ tiên tiến. Do tính chất ưu việt của nó về mặt vật lí, hóa học, quang học và đặc biệt thân thiện với môi trường, loại vật liệu này ngày càng được sử rộng rãi trong các lĩnh vực của cuộc sống như: trong công nghệ điện tử có rất nhiều sản phẩm được chế tạo trên cơ sở polyme dẫn như transitor, đi ốt phát sáng hữu cơ (OLED - organic light emitting diode) [22,58,82]; trong công nghệ cảm biến sinh học, hóa học như cảm biến glucose trong máu trên cơ sở polypyrrole [32,53,83,84], cảm biến khí NH 3 trên cơ sở polyaniline [70,115,116]; trong lĩnh vực dự trữ năng lượng bao gồm nguồn điện và siêu tụ điện hóa [33,71,72,104,189] và trong lĩnh vực ăn mòn bảo vệ kim loại [118,160,161,196]… Tổng hợp polyme dẫn có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp như phương pháp hóa học, phương pháp vật lý, phương pháp điện hóa [3,46]. Việc tổng hợp bằng phương pháp hóa học có một nhược điểm là rất khó khống chế tốc độ của phản ứng, phương pháp vật lý đòi hỏi thiết bị tổng hợp tương đối phức tạp, hiệu quả không cao. Sử dụng điện hóa đã và đang là phương pháp được dùng nhiều nhất đối với việc tổng hợp polyme dẫn. Một ưu điểm đáng chú ý của polyme dẫn được chế tạo bằng phương pháp điện hóa là dễ dàng tạo ra các sợi polyme có cấu trúc nano. Đối với khoa học hiện đại, các vật liệu có cấu trúc nano được xem như là vật liệu tiềm năng đầy hứa hẹn cho ứng dụng trong khoa học công nghệ như vi điện tử, y sinh và đã đạt được nhiều thành tựu nhất định. Ví dụ, họ vật liệu lai hóa vô cơ và hữu cơ rất thích hợp cho việc chế tạo các cảm biến khí để kiểm soát môi trường sống, môi trường làm việc hay các loại cảm biến sinh học thích hợp cho việc phát hiện các tác nhân sinh học và chuẩn đoán bệnh, ngoài ra còn có thể làm lớp trung gian tốt cho việc chế tạo pin mặt trời làm tăng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện. 2 Các loại cảm biến khí hoặc sinh học trên cơ sở các vi điện cực sử dụng dây nano polyme dẫn đã được ứng dụng rất nhiều trong vật lý, sinh học, hoá học bởi những ưu điểm đặc trưng như cấu trúc đơn giản, nhỏ gọn, độ tin cậy cao, độ ổn định lâu dài, dễ chế tạo, không cần dùng thêm các điện cực so sánh và đặc biệt là khả năng tương thích sinh học cao. Do vậy, các nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme dẫn cho các linh kiện cảm biến đang là một trong những hướng nghiên cứu được các nhà khoa học trong và ngoài nước rất quan tâm. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, tác giả đề xuất đề tài nghiên cứu: ‘‘Nghiên cứu tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong chế tạo cảm biến”. Đề tài được thực hiện với hai mục tiêu chính: i- Thứ nhất là tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa trực tiếp lên vi điện cực Pt có cấu tạo răng lược, sau đó khảo sát các đặc tính và cấu trúc dây nano polyme dẫn đó. ii- Thứ hai là nghiên cứu ứng dụng của cảm biến đã phủ dây nano polyaniline để chế tạo cảm biến khí và cảm biến sinh học. Cụ thể đối với cảm biến khí là khảo sát tính chất nhạy khí ở nhiệt độ phòng và đối với cảm biến sinh học là nghiên cứu sự bắt cặp kháng thể/kháng nguyên kháng vi rút viên não Nhật Bản với mục đích phát hiện nhanh vi rút gây bệnh, độ nhạy cao đơn giản và tiện dụng. Kết quả của luận án sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới về vật liệu dây nano định hướng phát triển thiết bị cảm biến hóa học thân thiện với môi trường, kích thước nhỏ gọn, khả năng thương mại hóa cao. Luận án được chia làm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu chung Trong chương này tác giả giới thiệu thông tin chung về polyme dẫn. Từ lịch sử phát triển cho đến các phương pháp chế tạo và khả năng ứng dụng của polymer dẫn. Trên cơ sở đó, tập trung bàn luận vật liệu dây nano polyaniline (PANi) là đối tượng nghiên cứu cũng như khả năng ứng dụng của vật liệu này trong phát triển cảm biến hóa học. Chương 2: Nghiên cứu chế tạo dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa Trong chương 2 mô tả chi tiết việc nghiên cứu, chế tạo dây nano PANi bằng phương pháp điện hóa. Các kỹ thuật phân tích vi cấu trúc SEM/TEM được áp dụng để quan sát bề mặt, hình dáng và kích thước của dây nano PANi hình thành sau quá trình polymer hóa điện hóa. Ngoài ra các kỹ thuật phân tích FT-IR, 3 Volt-Amper, Raman, DTA/TGA cũng được sử dụng để bổ sung thông tin cần thiết về vật liệu tổng hợp được. Từ kết quả thực nghiệm, tập hợp các thông số phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất tại cơ sở nghiên cứu trong nghiên cứu tổng hợp dây nano PANi và sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo. Chương 3: Ứng dụng dây nano polyaniline trong chế tạo cảm biến khí Chương 3 của luận án đi sâu vào nghiên cứu tính chất nhạy khí của cảm biến đã phủ dây nano polyaniline với khí NH 3 . Khảo sát tính chất chất nhạy khí ở nhiệt độ phòng đã tiến hành đo sự thay đổi điện trở của màng vật liệu trên bề mặt cảm biến, được đo bằng máy đo điện trở Keithley 2700. Ngoài ra, luận án còn nghiên cứu thử nghiệm nhằm mục đích tăng độ nhạy của cảm biến bằng cách biến tính bề mặt lớp vật liệu dây nano PANi bằng hạt nano Pd với nồng độ khác nhau và kết quả thu được là khả quan. Chương 4: Ứng dụng dây nano polyaniline trong cảm biến sinh học xác định vi rút gây bệnh Chương 4 của luận án đi sâu vào nghiên cứu sự bắt cặp của kháng nguyên/ kháng thể kháng vi rút viêm não Nhật Bản ngay trên lớp vật liệu dây nano PANi. Nhằm phát triển cảm biến miễn dịch theo nguyên lý điện hóa trên cơ sở polyme dẫn. Từ thực nghiệm, các phép đo điện hóa như quét thế tuần hoàn, đo phổ tổng trở điện hóa sẽ chứng minh cho việc phát hiện nhanh vi rút viêm não Nhật Bản. 4 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU POLYME DẪN 1.1.1 Lịch sử phát triển vật liệu polyme dẫn Kể từ khi giáo sư Hermann Staudinger (giải Nobel hóa học năm 1953) đưa ra khái niệm polyme (còn có tên là plastic, cao phân tử, chất dẻo, chất trùng hợp) vào năm 1920 và sau đó với sự đóng góp to lớn của giáo sư Paul J.Flory (Nobel hóa học năm 1974) vào đầu thập niên 50 của thế kỷ trước, ngành khoa học polyme đã được hình thành với hai bộ môn rõ rệt: hóa học polyme và vật lý polyme [74,117,162,185]. Vật liệu polyme đã dần trở thành một ngành học độc lập, cùng với kim loại, composit và gốm làm nên cột trụ lớn trong nền khoa học vật liệu hiện đại. Những thương phẩm sử dụng vật liệu polyme càng ngày càng phổ cập trở thành những vật dụng tiện nghi không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày, từ các loại gia dụng bình thường đến những sản phẩm công nghệ cao [117]. Vừa là một bộ phận của vật lý, vừa là một bộ phận của hóa học, các công trình nghiên cứu khám phá về tính chất vật lý, hóa học, phương pháp tổng hợp của polyme lặng lẽ đi qua cho đến năm 1976 khi polyme dẫn được phát hiện qua một sự tình cờ tại Đại học Công nghệ Nhật Bản (Tokyo Institute of Technology) mà đỉnh cao là giải Nobel hóa học năm 2000 cho ba nhà khoa học Alan Heeger, Alan MacDiarmid và Shirakawa Hideki về vật liệu polyme dẫn đầu tiên trên thế giới, cụ thể là màng polyacetylen (PA) được tạo ra theo phương pháp thổi khí axetylene vào chất xúc tác Ziegler-Natta (Ti(OC 4 H 9 ) 4 -Al(C 2 H 5 ) 3 ). Mặc dù có độ dẫn điện khá lớn so với các polyme khác, tuy nhiên màng vật liệu này vẫn chỉ là chất bán dẫn. Sau đó bằng sự cộng tác của các chuyên gia Nhật và giáo sư Alan MacDiarmid trường đại học Pennsylvania, đã cho màng PA tiếp xúc với iodine (I 2 ), I 2 được hấp thụ vào PA làm tăng độ dẫn của PA đến một tỷ lần [172,185]. Quá trình tiếp xúc với I 2 gọi là pha tạp và iodine là chất pha tạp của PA. PA từ trạng thái là một vật cách điện trở thành vật dẫn điện. Polyme dẫn ra đời từ đó. Làm tăng độ dẫn của màng PA qua quá trình pha tạp với iodine đã xóa mờ ranh giới phân biệt chất dẫn điện, chất bán dẫn và chất cách điện. Bởi vì, tùy nồng độ của iodine trong PA, người ta có thể điều chỉnh độ dẫn điện từ cách điện đến chất dẫn điện một cách dễ dàng. 5 Hình 1.1 Giải Nobel năm 2000 về polyaxetylen ôxi hóa bởi hơi ion cho 3 nhà khoa học Alan Heeger, Alan MacDiarmid và Shirakawa Hideki [172] Từ một vật liệu cách điện thành dẫn điện, polyme dẫn đã làm đảo lộn những hiểu biết kinh điển, xóa nhòa khoảng cách cách điện và dẫn điện, nhanh chóng trở thành đối tượng nghiên cứu rất phong phú trong các lĩnh vực vật lý, hóa học, vật liệu học, điện học và cả sinh học (hướng liên ngành lý - hóa - sinh - điện tử). Ngoài những đề tài nghiên cứu mang tính hàn lâm nhằm thỏa mãn sự tò mò của các nhà khoa học, những cơ quan nghiên cứu trên thế giới đã biến polyme dẫn thành những ứng dụng cụ thể trong đời sống. Từ năm 2000 đến 2011 có 4000 báo cáo phát minh, 38653 báo cáo khoa học liên quan đến polyme dẫn. Những báo cáo này công bố các phương pháp tổng hợp những polyme dẫn mới, cơ chế dẫn điện và những áp dụng của vật liệu này. Hiện nay có hơn 61 tạp chí khoa học quốc tế liên quan đến polyme dẫn. Bảng 1.1 mô tả các mốc lịch sử phát triển và các dạng công thức hoá học của các loại vật liệu polyme dẫn. Bảng 1.1 Lịch sử phát triển của vật liệu polyme dẫn Năm Polyme Đối tượng và ứng dụng vật liệu Người phát minh 1965 Polyme nối đôi liên hợp Polyme dẫn cơ bản Little 1972 First organic conductor with metallic conductor Dẫn hữu cơ Cowan/Ferraris 1973- 1975 (SN) x polyme vô cơ siêu dẫn ở 0,3K Polyme dẫn vô cơ Walaka el al. 1970 Polyacetylen H.Shirakawa 6 1974- 1977 Polyacetylen (CH) x Polyme dẫn đầu tiên, đạt 50 S/cm A.J. Heeger A.G. MacDiarmid H. Shirakawa 1979 Polypyrrol Polyme dẫn, Màng mỏng dẫn điện Diaz el al. 1980 Polyacetylen Điện cực polyme trong nguồn pin A.G. Mac Diarmid 1982 Polythiophen Trùng hợp điện hóa học Tourillon/Garni er IBM group 1980- 1987 Polyaniline(PANi) Bùng nổ từ 1982 Polyme Battery Diaz and Logan Bridgetstone Co. 1990 Poly p-phenylen LED Cambridge- Friend group 2000 Giải thưởng Nobel polyme ICP A.J. Heeger A.G. MacDiarmid H. Shirakawa Vậy, trên cơ sở nào polyme lại có thể dẫn điện? Cơ chế dẫn điện có giống kim loại hay không? Câu trả lời được giải thích từ thành phần vật liệu polyme dẫn đầu tiên (PA pha tạp I 2 ). Có hai đặc trưng cơ bản đã tạo nên sự dẫn điện của polymer. Thứ nhất, polyme dẫn được tạo bởi những nối đôi cacbon liên hợp (-C=C-C=C-), đây là sự nối tiếp của nối đơn C-C và nối đôi C=C. Thứ hai, là sự hiện diện của các chất pha tạp. Chất pha tạp có thể là những nguyên tử như Cl, I; những chất vô cơ, hữu cơ hoặc ion miễn là những chất này có thể nhận điện tử cho ra những ion âm để kết hợp với mạch carbon liên hợp của polyme. Chất pha tạp cũng có thể là ion dương. Do vậy, nếu như trong kim loại, sự dẫn điện xảy ra là do sự chuyển động của các điện tử hóa trị trong dải dẫn, thì đối với polyme dẫn, sự dẫn điện có được là do các phần tử tải điện polaron và bipolaron. Người ta nhận thấy rằng việc xử lý màng acetylen trong chất cho mạnh (strong donor), hoặc chất nhận mạnh (strong aceptor) dẫn tới tạo thành chất bán dẫn hay vật liệu có tính chất của kim loại. Các polyme dẫn rất khác với các chất bán dẫn thông thường, đó là tính chất đẳng hướng cao do cấu trúc chuỗi một chiều. Polyacetylen là vật liệu điển hình và được nghiên cứu rộng rãi trong hệ 7 polyme dẫn. Mặc dù là polyme dẫn đầu tiên được tìm thấy với khả năng dẫn điện cao nhưng PA không được áp dụng vào công nghệ. Trên thực tế, các nhà khoa học sau đó đã nghiên cứu và tìm ra nhiều loại polyme có khả năng dẫn điện khác như polyphenyline, polypyrrole, polyazuline, polyaniline hoặc các copolyme như copolyme chứa pyrrole, thiophene, poly 2-5 dithienyl pyride. Khả năng dẫn điện của các polyme và các copolyme này có được là do trong chuỗi polyme có hệ liên kết  liên hợp nằm dọc theo toàn bộ chuỗi polyme do đó nó tạo ra đám mây điện tử  linh động nên điện tử có thể chuyển động từ đầu chuỗi đến cuối chuỗi polyme dễ dàng. Hình 1.2 Độ dẫn điện của một số loại vật liệu Tuy nhiên, việc chuyển dịch điện tử từ chuỗi polyme này sang chuỗi khác gặp phải khó khăn. Các Orbital nguyên tử ở hai chuỗi phải xen phủ với nhau thì việc chuyển điện tử từ chuỗi này sang chuỗi khác mới có thể được thực hiện. Do vậy, các polyme đơn thuần hoặc các copolyme có độ dẫn điện không lớn. Để tạo ra vật liệu có độ dẫn điện cao (high-conductive polymer) từ các polyme người ta cần phải pha tạp chất vào màng polyme. Các chất pha tạp cũng rất đa dạng và Vật dẫn: kim loại đồng, bạc, vàng Bán dẫn: Germani, Silicon Cách điện: Nhựa chịu nhiệt Polyetylene Polypropylen, PVC Polystyren 10 8 10 6 10 4 10 2 10 0 10 -2 10 -4 10 -6 10 -8 10 -10 10 -12 10 -14 10 -16 10 -18 S/cm m Polyacetylene Polypyrrole Polyaniline Polyphenylensunfide 8 Hình 1.3 Ảnh SEM của dây nano PANi biến tính với hạt Au trên vi điện cực vàng [119] phong phú đồng thời tuỳ thuộc vào từng loại màng mà ta cần cho quá trình pha tạp. Chẳng hạn với màng polyacetylen ta có thể dùng các muối halogen của kim loại chuyển tiếp, ví dụ: TiCl 4 , ZnCl 4, HgCl 4 , NbCl 5 , TaCl 5 , TaBr 5 , MoCl 5 , WCl 3 hoặc các muối halogen của các kim loại không phải chuyển tiếp: TeCl 4 , TeCl 5 , TeI 4 , SnCl 4 làm các chất pha tạp. Còn với poly (p-phenylene) ta có thể dùng AuCl 3 -CuCl 2 làm chất pha tạp. Trong khi đó với polypyrrole việc tổng hợp của polyrrole trong muối amoni của dạng R 4 NX trong đó R là alkyl, aryl, radical và X có thể là Cl - , Br - , I - , ClO - 4 , BF - 4 , PF - 6 hoặc các muối của kim loại dạng MX trong đó M có thể là: Li, Na, As và X là BF - 4 , ClO - 2 , PF - 6 , CF 3 SO 4 3- , AsF 6 3- , CH 3 C 6 H 4 SO 3 - và màng polypyrrole thu được trong các muối trên sẽ cho độ dẫn điện lớn nhất do sự cộng kết của các anion của các muối này lên trên màng polypyrrole [83,162]. Để làm tăng độ dẫn điện của các polyme dẫn thông thường và hiệu quả nhất hiện nay là phương pháp đưa các phân tử có kích thước nanomet của kim loại hay ôxit của kim loại vào màng polyme dẫn để tạo ra vật liệu mới có độ dẫn điện vượt trội. Các hạt nano được đưa vào trong mạng polyme thường là kim loại chuyển tiếp hoặc ôxit của kim loại chuyển tiếp, nó có chức năng như những cầu nối để dẫn điện tử từ chuỗi polyme này sang chuỗi polyme khác. Trong thực tế người ta đã biến tính rất nhiều hạt nano vào mạng polyme như nanocluster của Niken vào màng polyaniline, hoặc tạo ra vật liệu composite PANi/Au [119], composite PANi/WO 3 [24], PANI/MnO 2 composite [5], PANI/Mn 2 O 3 [199] 9 1.1.2 Một số loại polyme dẫn Các polyme dẫn hiện nay đều tồn tại mạch cácbon có các nối đôi liên hợp nằm dọc theo chuỗi polyme, thuật ngữ “liên hợp” ở đây chỉ sự luân phiên giữa liên kết đơn và liên kết đôi xen kẽ nhau. Các loại polyme này bao gồm các polyme liên hợp mạch thẳng (polyacetylence), các polyme liên hợp vòng thơm (polyaniline) và các polyme dị vòng (polypyrrole). Quá trình dẫn điện ở đây là điện tử có thể chuyển động dọc theo chuỗi polyme nhờ tính linh động của điện tử , hoặc điện tử có thể chuyển từ chuỗi polyme này sang chuỗi polyme khác theo cơ chế nhảy điện tử "electron hopping". Một số loại polyme dẫn cơ bản được liệt kê sau đây: a) Polyacetylene (PA) Polyacetylene là polyme dẫn có độ dẫn cao nhất khi được biến tính, PA không có giá trị ứng dụng trong thực tiễn bởi vì PA bị ô xy hóa trong không khí, một vật liệu không bền đối với môi trường xung quanh, độ bền kém nhất trong số các polyme PANi, Ppy, PT. Hình 1.4 Công thức cấu tạo của polyacetylene b) Polyaniline (PANi) Polyaniline là một trong những polyme dẫn tiêu biểu. Nó được tổng hợp từ aniline bằng phương pháp trùng hợp oxy hóa hoặc điện hóa. NH n Polyaniline Hình 1.5 Công thức cấu tạo của polyaniline c) Polypyrrole (PPy) Polypyrrole là polyme có độ dẫn cũng tương đối cao, ngoài ra nó còn là polyme có tính chất cơ lý tốt như tính bền vật liệu, chịu nhiệt, tính chất quang học tốt. Ppy có thể nhận được từ phương pháp trùng hợp điện hóa học và trùng hợp oxy hóa hóa học. 10 NH n Polypyrrole Hình 1.6 Công thức cấu tạo của polypyrrole d) Polythiophene (PTs) Hình 1.7 Công thức cấu tạo của polythiophene Mới đây, vào cuối năm 2010 các nhà khoa học đã tổng hợp thành công polythiophene với kích thước các hạt nano bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương trong môi trường nước thông qua việc sử dụng chất hoạt động bề mặt sodium dodecyl sulfonate (SDS) [208]. Phương pháp này sử dụng xúc tác là các muối Cu(II). So với việc sử dụng muối Fe(III) thì khi sử dụng muối Cu(II) các hạt nano được hình thành rất đồng đều. Các muối Cu(II) khác nhau sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất, tính chất và hình thái của polythiophene. Các muối như Cu(NO 3 ) 2 , CuSO 4 , CuCl 2 đều cho thấy có hiệu quả xúc tác cho quá trình trùng hợp. Các hạt polythiophene được hình thành ở dạng hình cầu đường kính 60 - 100 nm với hiệu suất 86 - 98 %. Khi sử dụng muối CuBr 2 thì polythiophene được sinh ra với cấu trúc vô định hình và hiệu suất thấp 39 %. Sau phản ứng, người ta tiến hành pha tạp polythiophene bằng I 2 nhằm giúp cho polyme có khả năng dẫn điện. 1.1.3 Các phương pháp chế tạo polyme dẫn cấu trúc một chiều a) Phương pháp hóa học Phương pháp hóa học được áp dụng phổ biến trong sản xuất công nghiệp, bởi phương pháp này cho phép chế tạo vật liệu với sản phẩm tạo ra nhiều, giá thành rẻ và sản phẩm polyme dẫn thu được chủ yếu dưới dạng bột. Tác nhân gây ra phản ứng polyme hóa là các chất oxy hóa được đưa vào dung dịch chứa các monomer như: H 2 O, (NH 4 ) 2 S 2 O 8 , FeCl 3 Bản chất của dung môi và nhiệt độ cũng đóng vai trò rất lớn đối với phương pháp oxy hóa học. Xét trường hợp tác nhân oxy hóa là các chất khác nhau: (NH 4 ) 2 S 2 O 8 và FeCl 3 , mặc dù FeCl 3 có điện thế oxy hóa khử tiêu chuẩn thấp hơn (NH 4 ) 2 S 2 O 8 , nhưng nó vẫn được ưu tiên sử dụng nhiều hơn vì khả năng tương thích của nó với các dung môi nước cũng như dung môi hữu cơ. [...]... có độ dẫn điện cao nhất [44,173,207] 35 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DÂY NANO POLYANILINE BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA Tóm tắt Chương này tác giả trình bày kết quả tổng hợp dây nano polyaniline (PANi) bằng phương pháp điện hóa trên hệ điện hóa 3 điện cực Với quy trình tổng hợp đơn giản, thực hiện thí nghiệm tại nhiệt độ phòng Các kết quả về đường cong cyclic-voltamtry đã chứng tỏ phản ứng điện hóa diễn... Phương pháp điện hóa So với phương pháp hóa học, phương pháp điện hóa có một số ưu điểm như: sản phẩm tạo ra rất sạch do không cần chiết từ hỗn hợp monomer - dung môi - chất oxy hóa, quá trình pha tạp và độ dày màng có thể điều khiển được bằng điện áp, các phản ứng xẩy ra đồng thời và polyme dẫn kết tủa thành dạng lớp mỏng Chính vì vậy phương pháp điện hóa được sử dụng rộng rãi hơn trong nghiên cứu nhờ... với phương pháp điện hóa, việc tổng hợp vật liệu bằng cách áp dòng điện không đổi có thể cho tốc độ tạo màng nhanh, tuy nhiên màng thu được có cấu trúc không ổn định Ngược lại, việc sử dụng phương pháp quét thế tuần hoàn "cyclic voltammetry" có tốc độ tạo màng chậm hơn nhưng cho phép thu được màng có chất lượng tốt hơn Hình 1.9 Hệ điện cực sử dụng trong các phép đo điện hóa c) Phương pháp phun tĩnh điện. .. 1.2 DÂY NANO POLYANILINE 1.2.1 Giới thiệu Trong những năm gần đây thì polyme dẫn có cấu trúc nano được các nhà khoa học trong và ngoài nước tập trung nghiên cứu Trong số các polyme dẫn cấu trúc dây nano thì dây nano polyaniline có nhiều ưu điểm vượt trội về độ bền, độ dẫn điện, dễ tổng hợp, ổn định trong nhiều môi trường và đặc biệt hơn cả là dễ liên kết với các chi tiết máy để đáp ứng yêu cầu chế tạo. .. linh kiện điện tử Những vật liệu mới đặc biệt là vật liệu cấu trúc nano trên cơ sở những polyme dẫn đã được tập trung nghiên cứu và tìm tòi, từ năm 2000 đến năm 2011 trong số 2058 báo cáo khoa học liên quan đến dây nano polyme dẫn có đến 1007 bài báo liên quan đến dây nano polyaniline (hình 1.12) Dây nano polyaniline là sản phẩm polyme hóa từ monome aniline bằng phương pháp hóa học hay điện hóa trong dung... giản thông qua điện thế áp đặt lên điện cực làm việc Sản phẩm polyme thu được có thể là cả dạng màng và dạng bột và thường có độ dẫn cao hơn phương pháp hóa học Nhờ khả năng bám dính tốt lên điện cực, nên màng thu được từ phương pháp này rất hay được ứng dụng chế tạo các linh kiện điện tử Nguyên tắc của phương pháp điện hóa là dùng dòng điện để tạo nên sự phân cực với điện thế thích hợp sao cho đủ... c) Phương pháp phun tĩnh điện "electrospinning" Phương pháp phun tĩnh điện là một trong những phương pháp hiện đang rất phổ biến trong việc tổng hợp các dây nano polyme Đó là phương pháp sử dụng dòng điện cao áp bắn vào bia để tạo ra các sợi siêu mịn thông qua vòi phun Kết quả là các sợi polyme bám lên bản điện cực âm, sau đó tự khô tạo thành các sợi nano với chiều dài các sợi lên đến vài micro cho... 1.25 Tổng trở trên mặt phẳng phức 1.2.5 Biến tính và quá trình biến tính vào polyaniline Biến tính và quá trình biến tính của chất bán dẫn và polyme dẫn điện hoàn toàn khác nhau Quá trình biến tính trong Silicon là một quá trình vật lý, trong quá trình biến tính polyme dẫn điện xẩy ra theo một phản ứng hóa học hay điện hóa Chất biến tính trong Silicon chỉ ở vài phần triệu, so với 30 - 50 % lượng chất biến. .. trình doping polyaniline được thể hiện ở hình 1.26 Hình 1.26 Quá trình biến tính chất doping vào polyaniline 34 Quá trình doping điện hoá học: Quá trình doping điện hoá học là quá trình tổng hợp polyme bán dẫn bằng phương pháp trùng hợp điện hoá học, trong đó chất điện li đóng vai trò chất doping được đưa vào đồng thời trong dung dịch phản ứng Kết quả quá trình này màng polyme hình thành trên điện cực...  >  Trong đó: v - Tốc độ quét thế 0,000 (V/s) – 1000 (V/s)  - Thời điểm đổi chiều quét thế (s)  - Thời gian (s); d - Điện thế ban đầu (V) Khi quét CV cho bề mặt điện cực nghiên cứu, đồ thị phụ thuộc của điện thế và dòng điện có dạng: I(A) UAK (V) Hình 1.19 Quan hệ giữa điện thế và dòng điện trong quét thế vòng tuần hoàn 28 b) Phương pháp đo tổng trở (EIS) Nguyên lý của phổ tổng trở điện hóa: Khi . tài nghiên cứu: ‘ Nghiên cứu tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong chế tạo cảm biến . Đề tài được thực hiện với hai mục tiêu chính: i- Thứ nhất là tổng hợp dây. [118,160,161,196]… Tổng hợp polyme dẫn có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp như phương pháp hóa học, phương pháp vật lý, phương pháp điện hóa [3,46]. Việc tổng hợp bằng phương pháp hóa học có một. liệu dây nano polyaniline (PANi) là đối tượng nghiên cứu cũng như khả năng ứng dụng của vật liệu này trong phát triển cảm biến hóa học. Chương 2: Nghiên cứu chế tạo dây nano polyaniline bằng phương