nghiên cứu tổng hợp và tính chất nhạy khí của vật liệu nanocomposite trên nền polyaniline và polypyrrole

1 MỞ ĐẦU Tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm giá thành sản phẩm và nâng cao hiệu suất của thiết bị, linh kiện để phục vụ tốt hơn nhu cầu của con người là xu hướng phát triển của khoa học và công nghệ. Mục tiêu phát triển đó phụ thuộc vào khả năng tổng hợp vật liệu chức năng thích hợp và sự gia công chế tạo linh kiện. Xét về phương diện vật liệu các chất bán dẫn hữu cơ và dẫn xuất của chúng nổi lên như là ứng viên tiềm năng thay thế vật liệu Silic truyền thống trong công nghệ điện tử tương lai. Polyme dẫn (CPs) là những polyme liên hợp gồm các liên kết đơn và các liên kết đôi (tạo thành liên kết  và liên kết ) xen kẽ nhau phân bố dọc theo chuỗi thẳng của chúng. Các orbital trong các phân tử CPs được lai hoá theo kiểu sp 2 . Các liên kết  là những liên kết yếu hơn so với liên kết , do đó dưới tác động bên ngoài (hoá học, vật lý) thì liên kết  bị thay đổi, dẫn đến các tính chất điện, hoá học của CPs thay đổi. CPs ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghệ điện tử, công nghệ cảm biến, tích trữ năng lượng, ăn mòn bảo vệ kim loại. Tuy nhiên, CPs thuần có những hạn chế nhất định như độ dẫn điện thấp, khả năng hoà tan trong dung môi kém và có tính lọc lựa cao. Tìm cách biến đổi và làm tăng cường tính chất của CPs bằng cách kết hợp với vật liệu như các ôxít kim loại (TiO 2 , V 2 O 5 ,…), ống các bon nano để tạo thành vật liệu nanocomposite được hy vọng là có nhiều khả năng phát triển. Là một dẫn xuất của CPs, vật liệu nanocomposite trên nền CPs (NCPs) với thuộc tính và đặc trưng có thể được điều chỉnh để đáp ứng các ứng dụng mong muốn thông qua việc thay đổi vật liệu phụ gia, kích thước, hình dạng và mức độ tỷ lệ trong hỗn hợp NCPs. Vật liệu ống các bon nano (CNTs) cũng có kiểu lai hoá sp 2 phân bố đều trên toàn bộ cấu trúc của chúng tương tự như CPs. Vật liệu CNTs thể hiện các tính chất cơ, điện, quang đặc biệt. Các tính chất của CNTs phần nào bổ sung cho các tính chất của CPs trong vật liệu nanocomposite của chúng. Tổ hợp CPs và CNTs trong một khối vật liệu có thể được xem là phương pháp hiệu quả để tăng cường các tính chất đặc biệt của chúng, từ đó có thể tìm được đặc tính phù hợp để ứng dụng trong các linh kiện điện tử như tụ điện, pin nạp lại, điốt phát quang polyme, pin quang điện, cảm biến,… Trong số các CPs, polyaniline (PANi) và polypyrrole (PPy) là những polyme điển hình có tính ổn định cao, thân thiện với môi trường và có các trạng thái ôxy hoá-khử, tính chất pha tạp-khử pha tạp thuận nghịch. Trong quá trình tổng hợp PANi, PPy bằng phương pháp hoá học các isome sau khi được tạo thành liên kết nhau thành chuỗi polyme và có thể liên kết với các phần tử khác có mặt trong dung dịch phản ứng, do đó có thể hình thành liên kết mạnh 2 trong vật liệu nanocomposite được chế tạo. Đó là lý do để chúng tôi sử dụng phương pháp hóa học để tổng hợp vật liệu nanocomposite giữa PANi, PPy với CNTs và với các ôxít kim loại khác. Dựa trên các cơ sở phân tích trên, việc tiến hành tổng hợp và nghiên cứu đặc trưng của vật liệu nanocomposite của PANi và PPy với CNTs (cụ thể là ống các bon nano đơn vách - SWNTs) để phát triển các ứng dụng là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. TiO 2 là một trong các ôxít kim loại được quan tâm trong thời gian gần đây vì có nhiều ứng dụng như điện hoá, quang xúc tác, pin nạp lại, sơn, pin Mặt trời và cảm biến, Sự kết hợp giữa hai bán dẫn khác loại trong vật liệu lai hóa như TiO 2 (bán dẫn loại n) và PANi (bán dẫn loại p) cũng có thể làm nổi trội một số tính chất hóa- lý hứa hẹn nhiều ứng dụng. Khí NH 3 là khí độc có khả năng kích thích mạnh lên mũi, miệng và hệ thống hô hấp. Ngược với khí NH 3 là loại khí độc thì khí O 2 rất cần thiết cho sự sống của con người và được gọi là dưỡng khí. Tuy nhiên nếu khí O 2 có áp suất riêng phần lớn hơn 50 kPa (tương đương nồng độ lớn hơn 50 % thể tích không khí tiêu chuẩn) hoặc thấp hơn 5 kPa (tương đương nồng độ nhỏ hơn 5 % thể tích không khí tiêu chuẩn) thì nó có thể làm co giật và gây hại cho sự hô hấp. Vật liệu CPs và dẫn xuất của chúng được nghiên cứu và phát triển để phát hiện hai loại khí NH 3 và O 2 để phục vụ cho cuộc sống con người. Mặc dù CPs và dẫn xuất của chúng dạng nanocomposite có lợi thế hấp dẫn bao gồm cả quá trình chế tạo đơn giản, hình thái dễ kiểm soát và chi phí thấp, hạn chế hoạt động ở nhiệt độ cao, thời gian đáp ứng/phục hồi chậm và độ nhạy thấp vẫn là thách thức cho khoa học và công nghệ. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và triển vọng phát triển của họ vật liệu CPs với TiO 2 và SWNTs tác giả đề xuất đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu tổng hợp và tính chất nhạy khí của vật liệu nanocomposite trên nền polyaniline và polypyrrole. Mục tiêu nghiên cứu của luận án i. Tổng hợp vật liệu nanocomposite có cấu trúc dạng sợi của PANi và PPy với TiO 2 và SWNTs bằng phương pháp hóa học. ii. Khảo sát các đặc trưng và cấu trúc vật liệu nanocomposite đã tổng hợp bằng SEM, TEM, FT-IR, Raman, UV-Vis, XRD. iii. Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nanocomposite đã tổng hợp với khí NH 3 và O 2 . Phƣơng pháp nghiên cứu Bằng thực nghiệm, kết hợp với phân tích số liệu dựa trên các mô hình lý thuyết và kết quả thực nghiệm đã công bố. Các mẫu trong luận án được chế tạo bằng phương pháp hóa học tại Bộ môn Quang học và Quang điện tử- Viện Vật lý Kỹ thuật, trường ĐHBK Hà Nội. Cấu trúc, hình thái và thành 3 phần của mẫu được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại khai triển Fourier (FT-IR), phổ Raman, phổ UV-Vis, kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Khảo sát tính chất nhạy khí (khí khử NH 3 và khí có tính ôxy hóa O 2 ) bằng cách đo sự thay đổi điện trở của vật liệu trên đế cảm biến nhờ đồng hồ Keithley 197A, 2000 và hệ ghép nối máy tính Science Workshop 750 Interface. Nồng độ khí NH 3 được đo chuẩn bằng máy BM GasAlert NH 3 – USA. Kết cấu của luận án Nội dung luận án được trình bày trong 4 chương như sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phương pháp tổng hợp và nghiên cứu đặc trưng vật liệu Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của titanium dioxide lên tính chất nhạy khí của polyaniline Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của ống các bon nano đơn vách lên tính chất nhạy khí của polyaniline và polypyrrole CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Polyaniline PANi có chi phí thấp để điều chế monome, ổn định trong môi trường, dễ dàng tổng hợp bằng phương pháp hóa học hoặc điện hóa. PANi có khả năng biến tính bằng các proton pha tạp và bằng tác động môi trường. Hình 1.1 là công thức cấu tạo chung của PANi. Trạng thái ôxy hoá- khử của PANi cho mỗi đơn vị gồm quá trình khử {– NH –B–NH–} và quá trình ôxy hoá {–N=Q= N–}, ở đây B và Q biểu thị cho một đơn vị benzenoid và quinoid. Trạng thái ôxy hoá trung bình trong chuỗi polyme phụ thuộc vào giá trị 1-y: NH NH N N (1-y) x y Benzenoid Quinoid imineamine Hình 1.1. Công thức cấu tạo của polyaniline Trạng thái thứ nhất: trạng thái khử (Leucoemeraldine Base LEB), màu trắng, với 1-y=0. Trạng thái thứ hai: trạng thái ôxy hoá một nửa (Emeraldine- EM), màu xanh lá cây, với 1-y=0,5, là hình thức chủ yếu của PANi. Trạng thái thứ ba: trạng thái ôxy hoá hoàn toàn (Pernigraniline -PNB), màu xanh tím, với 1-y=1. 1.1.1. Tổng hợp polyaniline PANi được tổng hợp dựa trên hai phương pháp chính là điện hoá và hoá học. 4 1.1.2. Tính chất của polyaniline Tính chất hóa học mạnh nhất của PANi là thuộc tính trao đổi anion. PANi có đặc tính điện sắc vì màu của nó thay đổi do phản ứng ôxy hóa khử của màng. PANi được tổng hợp bằng phương pháp hóa học cho độ dài phân tử lớn, độ bền cơ học tốt và được sử dụng phổ biến. Muối emeraldine PANi có độ dẫn điện 100 S/cm, cao hơn nhiều so với các polyme thông thường (<10 -9 S/cm) nhưng thấp hơn so với các kim loại điển hình (> 10 4 S/cm). 1.1.3. Ứng dụng của polyaniline PANi cho cảm biến khí H 2 với độ nhạy thấp, với NO 2 có độ nhạy cao hơn, với NH 3 cho độ nhạy thấp ở nhiệt độ phòng,… 1.2. Polypyrrole Polyme dẫn như PPy có một số tính chất hóa học và điện hóa độc đáo như quá trình biến đổi trạng thái dẫn điện khi có pha tạp. N N N N N N H H H H H H Hình 1.11. Cấu trúc hóa học của PPy dạng tự nhiên 1.2.1. Tổng hợp polypyrrole PPy được tổng hợp dựa trên hai phương pháp chính là điện hoá và hoá học. 1.2.2. Tính chất của polypyrrole PPy phụ thuộc vào mức độ ôxy hóa của PPy và có sự biến đổi mầu sắc từ màu vàng nhạt của PPy trung tính sang màu xám đen khi điện hóa 1.2.3. Ứng dụng của polypyrrole PPy vì nó có một diện tích bề mặt lớn do cấu trúc nano được sử dụng làm điện cực với công suất cao,…và là một vật liệu tiềm năng cho công nghệ tiên tiến. 1.3. Vật liệu nano titanium dioxide (TiO 2 ) 1.3.1. Giới thiệu 1.3.2. Tính chất 1.3.3. Ứng dụng 1.4. Vật liệu ống các bon nano đơn vách (SWNTs) 1.4.1. Giới thiệu 1.4.2. Tính chất 1.4.3. Ứng dụng 1.5. Tổng quan về nanocomposite của polyaniline và polypyrrole 1.5.1. Nanocomposite polyaniline và titanium dioxide 1.5.2. Nanocomposite polyaniline và ống các bon nano đơn vách 1.5.3. Nanocomposite polypyrrole và ống các bon nano đơn vách KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 PANi và PPy được tổng hợp có cấu trúc, tính chất phụ thuộc nhiều vào điều kiện tổng hợp. PANi và PPy thuần sử dụng làm vật liệu nhạy khí có độ nhạy thấp. TiO 2 cho độ nhạy thấp với các khí phân tích như NH 3 , CO,… và hạn chế 5 đáng kể là cảm biến được chế tạo hoạt động ở nhiệt độ cao. CNTs có độ nhạy thấp <10 % với C NH3 = 100 ppm NH 3 , với NO 2 độ nhạy có giá trị cao khoảng 50 %. Sự biến tính PANi và PPy bằng TiO 2 và SWNTs có thể làm tăng cường hoặc giảm bớt những đặc trưng như tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt,… là do dạng cấu trúc nano của NCPs được tổng hợp. CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU 2.1. Mở đầu 2.2. Phƣơng pháp chế tạo nanocomposite của PANi và PPy 2.2.1. Phương pháp cơ học 2.2.2. Phương pháp hóa học 2.2.3. Phương pháp điện hóa 2.2.4. Các kỹ thuật đo khảo sát các tính chất vật liệu nanocomposite trên nền PANi và PPy 2.4.1. Phép đo nhiễu xạ tia X 2.4.2. Phép đo phổ Raman 2.4.3. Phép đo phổ hồng ngoại 2.4.4. Phép đo hình thái bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét và truyền qua 2.3. Thực nghiệm 2.3.1. Hóa chất và thiết bị 2.3.2. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite của PANi với TiO 2 Hình 2.4. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite PANi/TiO 2 Các hóa chất được pha với nồng độ như trong sơ đồ, trộn đều thực hiện bằng siêu âm trong 1 giờ. Quá trình thủy nhiệt tạo sol TiO 2 được tiến hành Dung dịch TiCl 4 40 mM ANi 0,1M HCl 1M Sol TiO 2 Nanocomposite PANi/TiO 2 TiCl 4 99,9% Monome ANi Hỗn hợp ANi 0,1M HCl 1M + sol TiO 2 Thêm nước cất Thủy nhiệt 90 0 C Thêm nước cất, HCl Trùng hợp ở 0 0 C, rung siêu âm APS 0,1M HCl 1M 6 trong 2 giờ liên tục ở 90 0 C. Hỗn hợp ANi 0,1M HCl 1M+ sol TiO 2 được trộn đều bằng cách rung siêu âm liên tục trong 1 giờ. Quá trình trùng hợp tạo PANi/TiO 2 được tiến hành trong 3 giờ liên tục ở 0 0 C, sản phẩm thu được bảo quản trong dung dịch HCl 1M. 2.3.3. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite của PANi với SWNTs . Hình 2.5. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite PANi/SWNTs Quá trình tinh chế SWNTs tiến hành trong 2 giờ liên tục ở nhiệt độ 120 0 C. Hỗn hợp ANi 0,1M HCl 1M+ SWNTs được trộn đều bằng cách rung siêu âm liên tục trong 1 giờ. Quá trình trùng hợp tạo PANi/SWNTs được tiến hành trong 3 giờ liên tục ở 0 0 C, sản phẩm thu được bảo quản trong dung dịch HCl 1M. 2.3.4. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite của PPy với SWNTs Hình 2.6. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite PPy/SWNTs Quá trình tinh chế SWNTs tiến hành trong 2 giờ liên tục ở nhiệt độ 120 0 C. Hỗn hợp Py 0,1M HCl 1M+ SWNTs được trộn đều bằng cách rung siêu âm liên tục trong 1 giờ. Quá trình trùng hợp được tiến hành trong 3 giờ liên tục ở 0 0 C, sản phẩm thu được bảo quản trong dung dịch HCl 1M. SWNTs sạch ANi 0,1M HCl 1M Nanocomposite PANi/SWNTs SWNTs Monome ANi Hỗn hợp ANi 0,1M HCl 1M + SWNTs Thêm HCl 37 %, đun sôi 120 0 C Thêm nước cất, HCl Polyme ở 0 0 C, rung siêu âm APS 0,1M HCl 1M SWNTs sạch Py 0,1M HCl 1M Nanocomposite PPy/SWNTs SWNTs Monome Py Hỗn hợp Py 0,1M HCl 1M+SWNTs Thêm HCl 37 %, sôi 120 0 C Thêm nước cất, HCl Polyme ở 0 0 C, rung siêu âm APS 0,1M HCl 1M 7 2.4. Kết quả và thảo luận 2.4.1. Hình thái bề mặt màng 2.4.1.1. Màng TiO 2 không pha tạp Hình 2.8. Ảnh TEM của TiO 2 Ảnh TEM của TiO 2 trong Hình 2.8 cho biết các hạt TiO 2 màu trắng có kích thước rất nhỏ, còn màu đen là nền của vẩy vàng khi chụp TEM. 2.4.1.2. Màng PANi không pha tạp Hình 2.9. Ảnh SEM của màng PANi Hình 2.10. Ảnh TEM của PANi Ảnh SEM của màng PANi ở Hình 2.9 cho biết màng xốp, có nhiều khoảng trống lớn trong màng. Tuy nhiên, các sợi PANi bám dính nhau tạo thành mảng lớn nhỏ khác nhau, các mảng này xếp chồng lên nhau. Ảnh TEM của PANi (Hình 2.10) cho thấy rõ hình dạng sợi của PANi, các sợi có đường kính trong khoảng từ 20  45 nm, chiều dài sợi PANi không đều từ 1  2 µm. 2.4.1.3. Màng composite PANi/TiO 2 Hình 2.11. Ảnh SEM của composite PANi/TiO 2 : a) 10 % TiO 2 , b) 50 % TiO 2 Với TiO 2 là 10 % (Hình 2.11a) trong composite lớn thì màng xốp kém, với lượng TiO 2 tăng lên đến 50 % (Hình 2.11b) khối lượng thì màng có độ a) b) 8 xốp PANi/TiO 2 tăng lên rất rõ so với màng PANi hoặc màng TiO 2 thuần. Hình 2.12. Ảnh TEM của composite PANi/TiO 2 ; a) 10% TiO 2 , b) 50% TiO 2 Ảnh TEM của composite PANi/TiO 2 cho biết các hạt TiO 2 (màu đen) được phủ không đồng đều dọc theo chiều dài sợi PANi (Hình 2.12). Đường kính sợi nano composite PANi/TiO 2 phân bố trong khoảng 20 45 nm, với chiều dài trung bình 1,5 µm. 2.4.1.4. Màng ống các bon nano đơn vách Hình 2.13. Ảnh SEM của SWNTs Ảnh SEM của SWNTs ở Hình 2.13 cho biết các SWNTs co cụm tạo thành bó, có đường kính khoảng 30 nm tương đối đồng đều. Các bó SWNTs có chiều dài lớn, nhỏ khác nhau, được sắp xếp không theo trật tự nhất định tạo thành các khoảng trống nhất định. Hình 2.14. Ảnh TEM của SWNTs Ảnh TEM ở Hình 2.14 cho thấy các sợi SWNTs có đường kính 1,4 nm, chiều dài không đồng nhất. Các chấm đen là hạt kim loại xúc tác như Au hoặc Ni, các hạt tròn lớn là các hạt các bon vô định hình còn dư chưa được khử hết sau khi tinh chế. a) b) 9 2.4.1.5. Màng composite PANi/SWNTs Hình 2.15. Ảnh SEM của màng PANi/SWNTs Các sợi nanocomposite PANi/SWNTs (Hình 2.15) nằm ngổn ngang không theo trật tự và có thể xếp chồng lên nhau tạo thành những khoảng trống rộng thuận lợi cho sự hấp phụ khí trên bề mặt sợi. Hình 2.16. Ảnh TEM của PANi/ SWNTs Phân tán SWNTs trong trong dung dịch ANi 0,1M HCl 1M, sau đó trùng hợp với chất ôxy hóa là APS 0,1M HCl1M cho thấy sự tạo thành các sợi nano như Hình 2.16. PANi được tạo thành đã phủ trên bề mặt ống SWNTs với độ dày khoảng 25 nm. So sánh giữa sợi composite PANi/TiO 2 và sợi composite PANi/SWNTs thì thấy có sự khác nhau một bên là hạt TiO 2 bám trên sợi PANi và bên kia là PANi bám trên bề mặt sợi SWNTs. 2.4.1.6. Màng polypyrrole thuần PPy được tổng hợp có dạng hạt, kích thước hạt không đều trong khoảng 30  50 nm, phủ trên điện cực PPy phân tán không đều (Hình 2.17). Hình 2.17. a) Ảnh SEM, b) ảnh TEM của PPy Với quá trình trùng hợp monome Py trong môi trường HCl bằng chất ôxy a) 10 APS đã tạo ra PPy có dạng hạt, kết quả này khác với PANi có dạng sợi. 2.4.1.7. Màng PPy/SWNTs Phân tán SWNTs đã tinh chế trong trong dung dịch Py 0,1M HCl 1M, sau đó trùng hợp với chất ôxy hóa là APS 0,1M HCl1M. Hình 2.18. Ảnh SEM của: a) PPy, b) SWNTs và c) composite PPy/SWNTs Hình 2.19. Ảnh TEM của: a) SWNTs, b) composite PPy/SWNTs, c) hình phóng to cấu trúc lõi- vỏ của PPy và SWNTs Ảnh TEM của PPy/SWNTs cho thấy các sợi SWNTs được phủ lớp màng PPy dọc theo chiều dài sợi. Bề dày PPy bao phủ lên SWNTs bề dày khoảng 20 nm. Như vậy, với phương pháp tổng hợp hợp hóa học monome Py chứa SWNTs đã tinh chế đã tạo ra được sợi nanocomposite có cấu trúc lõi- vỏ. 2.4.2.Đặc trƣng cấu trúc điện tử của vật liệu nanocomposite 2.4.2.1.Phổ hồng ngoại 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 30 40 50 60 70 80 90 100 §é truyÒn qua T (%) Sè sãng (cm -1 ) PANi 3441 3232 2913 2851 1567 1469 1300 1136 801 Hình 2.20. Phổ hồng ngoại của PANi 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 30 40 50 60 70 80 90 100 §é truyÒn qua T (%) Sè sãng (cm -1 ) PANi/TiO 2 3426 3217 2929 1566 1474 1300 1132 808 Hình 2.21. Phổ hồng ngoại của nanocomposite PANi/TiO 2 Vật liệu PANi/TiO 2 được chế tạo cho thấy TiO 2 phủ trên bề mặt sợi PANi, do vậy TiO 2 có thể gây ảnh hưởng đến tính chất quang của sợi PANi. [...]... hưởng đến độ nhạy, với khí NH3 và O2 độ dày khoảng 0,8  1,5 µm được coi là phù hợp để chế tạo màng cảm biến và cho độ nhạy cao nhất CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ỐNG CÁC BON NANO ĐƠN LỚP LÊN TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA POLYANILINE VÀ POLYPYRROLE 4.1 Mở đầu 4.2 Nghiên cứu tính chất nhạy khí của PANi với SWNTs 4.2.1 Tính chất nhạy khí NH3 của PANi/SWNTs Hình 4.5 Độ nhạy ở nhiệt độ phòng của PANi và PANi/SWNTs... FT-IR, Raman của các vật liệu tổng hợp được cho thấy sự dịch đỉnh, cường độ đỉnh phụ thuộc vào khối lượng hợp phần CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TITANIUM DIOXIDE LÊN TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA POLYANILINE 3.1 Mở đầu 3.2 Cảm biến khí 3.2.1 Khái niệm cảm biến khí 3.2.2 Cơ chế nhạy khí của nanocomposite trên nền polyaniline 3.3 Thực nghiệm và kết quả đặc trƣng nhạy khí của nanocomposite giữa PANi và TiO2 3.3.1... kết quả nghiên cứu về tính chất nhạy khí NH3 của PANi và PANi/SWNTs ta có những kết luận sau: - Vật liệu PANi/SWNTs có đặc tính nhạy khí với khí khử NH3, có độ nhạy thấp hơn so với PANi, nhưng cao hơn so với SWNTs thuần - Tính chất nhạy khí NH3 của nanocomposite PANi/SWNTs theo thời gian bền hơn so với PANi thuần - Vật liệu nanocomposite PANi/SWNTs có thời gian đạt độ nhạy bão hòa và thời gian hồi phục... màng có độ nhạy khoảng 650 %, gấp 20  25 lần độ nhạy của PANi thuần 5 Đã đưa ra quy trình tổng hợp và tổng hợp được vật liệu nanocomposite PANi/SWNTs có cấu trúc lõi (SWNTs) - vỏ (PANi) Độ nhạy khí NH3 của PANi/SWNTs tăng chậm so với PANi thuần Độ nhạy với O2 cho thấy PANi/SWNTs có độ nhạy là 80 %, lớn gấp 2,3 lần so với PANi ở nhiệt độ phòng 6 Đã đưa ra quy trình tổng hợp và tổng hợp được nanocomposite. .. quy trình tổng hợp và tổng hợp được vật liệu nanocomposite trên nền PANi có cấu trúc sợi, các hạt TiO2 bám trên bề mặt sợi PANi và có đường kính không đổi Tính chất xốp của màng composite PANi/TiO2 thay đổi phụ thuộc tỷ lệ khối lượng TiO2 4 Độ nhạy của PANi/TiO2 biến đổi mạnh so với PANi, TiO2 thuần PANi/TiO2 nhạy khí NH3 trong khoảng nồng độ từ 10  100 ppm có độ nhạy tăng, thời gian đáp ứng và hồi phục... 5.5 4.3 Nghiên cứu tính chất nhạy khí của PPy với SWNTs 4.3.1 Tính chất nhạy khí NH3 của PPy/SWNTs 1400 A B A B B A A B B A 1200 PPy/SWNTs §é nh¹y (%) 1000 800 600 400 SWNTs 200 PPy 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Hình 4.11 Độ nhạy ở nhiệt độ phòng của PPy, SWNTs và PPy/SWNTs ở nồng độ 750 ppm NH3 (A: NH3 bơm khí, B: NH3 mở thông với không khí) 160 Thêi gian (phót) Ở 750 ppm NH3 SWNTs có độ nhạy tính trung... Độ nhạy của PPy/SWNTs (3 % SWNTs), PPy và SWNTs thuần theo nồng độ khí NH3 ở nhiệt độ phòng Hình 4.15 Độ nhạy khí NH3 ở 120 và 200 ppm ở nhiệt độ phòng của PPy/SWNTs theo tỷ lệ phần trăm khối lượng SWNTs 4.3.4 Ảnh hƣởng của tỷ lệ phần trăm khối lƣợng SWNTs lên độ nhạy khí NH3 của PPy/SWNTs Khi tỷ lệ khối lượng SWNTs là 3 % thì PPy/SWNTs cho độ nhạy cao nhất như Hình 4.15 4.3.5 Tính chất nhạy khí O2 của. .. thời gian hồi phục nhanh hơn so với PANi thuần 4.2.1 Tính chất nhạy khí O2 của PANi/SWNTs Hình 4.7 Độ nhạy ở nhiệt độ phòng của PANi và PANi/SWNTs khi áp suất riêng phần ôxy thay đổi (P: hút, O mở bơm) Kết quả màng PANi thuần và màng composite PANi/SWNTs có độ nhạy đo được lần lượt là 35 % và 80 % ở nhiệt độ phòng Độ nhạy khí O2 của PANi/SWNTs lớn hơn của PANi thuần có thể do các nguyên nhân được chỉ... diện tích diện tích bề mặt hấp phụ khí của PPy, làm tăng tính chất xốp của 24 màng do đó cải thiện sự khuếch tán khí, đồng thời làm tăng khả năng dẫn do mức độ ôxy hóa tăng cường (Phổ FT-IR và Raman) Vật liệu PANi/SWNTs và PPy/SWNTs được chế tạo có cấu trúc sợi dạng lõi- vỏ, vỏ có bề dày từ 15  20 nm được sử dụng làm màng nhạy khí có độ nhạy cao KẾT LUẬN 1 Đã tổng hợp được PANi có cấu trúc sợi bằng... Hình 3.6 Độ nhạy khí NH3 ở nhiệt độ phòng của: a) PANi ở 20 ppm, b) PANi theo nồng độ với bề dày màng 1,2 m Hình 3.6a cho biết độ nhạy của màng PANi là 16 %, đó là giá trị độ nhạy trung bình của các chu kỳ đo Hình 3.6b là kết quả độ nhạy của màng PANi theo nồng độ khí NH3 Lượng khí NH3 được bơm lần lượt vào chuông là 7, 25, 36, 50, 65, 82 và 100 ppm, thời gian bơm từ 2  4 s, thời gian trộn khí khoảng . tài nghiên cứu: Nghiên cứu tổng hợp và tính chất nhạy khí của vật liệu nanocomposite trên nền polyaniline và polypyrrole. Mục tiêu nghiên cứu của luận án i. Tổng hợp vật liệu nanocomposite. LÊN TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA POLYANILINE VÀ POLYPYRROLE 4.1. Mở đầu 4.2. Nghiên cứu tính chất nhạy khí của PANi với SWNTs 4.2.1. Tính chất nhạy khí NH 3 của PANi/SWNTs Hình 4.5. Độ nhạy. XRD. iii. Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nanocomposite đã tổng hợp với khí NH 3 và O 2 . Phƣơng pháp nghiên cứu Bằng thực nghiệm, kết hợp với phân tích số liệu dựa trên các mô hình