báo cáo khoa học tài liệu cảm biến khí

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC02/06-10 NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU MICRO- NANO VÀ THIẾT BỊ KÈM THEO ĐỂ KIỂM TRA MỘT SỐ THÔNG SỐ QUAN TRỌNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÍ VÀ NƯỚC KC02.05/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài : Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chủ nhiệm đề tài/dự án: GS.TS. Nguyễn Đức Chiến Hà Nội – 2009 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRƯỞNG ĐẠI HỌC BACH KHOA HÀ NỘI CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC02/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU MICRO-NANO VÀ THIẾT BỊ KÈM THEO ĐỂ KIỂM TRA MỘT SỐ THÔNG SỐ QUAN TRỌNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÍ VÀ NƯỚC KC 02.05/06-10 Chủ nhiệm đề tài/dự án: Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: (ký tên) (ký tên và đóng dấu) GS. TS. Nguyễn Đức Chiến Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ (ký tên) (ký tên và đóng dấu khi gửi lưu trữ) GS.TSKH. Thân Đức Hiền Hà Nội - 2009 PHẦN I: BÁO CÁO THỐNG KÊ 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HN __________________ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2009 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN I. THÔNG TIN CHUNG 1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo cảm biến trên cơ sở vật liệu micro-nano và thiết bị kèm theo để kiểm tra một số thông số quan trọng của môi trường khí và nước Mã số đề tài: KC02.05/06-10 Thuộc: Chương trình: KC02.05/06-10 2. Chủ nhiệm đề tài/dự án: Họ và tên: Nguyễn Đức Chiến Ngày, tháng, năm sinh: 25- 05 – 1951 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Giáo sư, Tiến sỹ Chức danh khoa học: Giảng viên cao cấp; chức vụ: Viện trưởng Điện thoại: CQ: 04 8680787; NR: 04 369 22 24; DĐ: 0913 393 960 Fax: 04 38692963; E-mail: ndchien-iep@mail.hut.edu.vn Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Địa chỉ tổ chức: Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Ba Trưng, Hà Nội Địa chỉ nhà riêng: Số 68, Ngõ 39, Tạ Quang Bửu 3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án: Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Điện thoại: 04 38684878 ; Fax: 04 3 8692033 E-mail: qlkh@mail.hut.edu.vn Website: www.hut.edu.vn Địa chỉ: Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội 2 Họ và tên thủ trưởng tổ chức: GS.TS. Nguyễn Trọng Giảng Số tài khoản: 931.01.062, Kho Bạc Nhà Nước Chi nhánh Quận Hai Bà Trưng Ngân hàng: Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục và Đào tạo II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN 1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án: - Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 04 năm 2007 đến tháng 04 năm 2009 - Thực tế thực hiện: từ tháng 04 năm 2007 đến tháng 04 năm 2009 - Được gia hạn (nếu có): 06 tháng - Lần 1: từ tháng 04 năm 2009 đến tháng 10 năm 2009 2. Kinh phí và sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 2000 000 000 tr.đ, trong đó: + Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 2000 0000 000 tr.đ. + Kinh phí từ các nguồn khác: tr.đ. + Tỷ l ệ và kinh phí thu hồi đối với dự án (nếu có): b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH: Theo kế hoạch Thực tế đạt được Số TT Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) Ghi chú (Số đề nghị quyết toán) 1 22/09/2007 910 000 000 22/09/2007 910 000 000 574 098 000 2 23/09/2008 763 000 000 23/09/2008 763 000 000 957 661 825 3 03/11/2009 327 000 000 03/11/2009 327 000 000 c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng Theo kế hoạch Thực tế đạt được Số TT Nội dung các khoản chi Tổng SNKH Nguồn khác Tổng SNKH Nguồn khác 1 Trả công lao động (khoa học, phổ thông) 703 703 731 731 3 2 Nguyên, vật liệu, năng lượng 745 745 775 775 3 Thiết bị, máy móc 388 388 347 347 4 Xây dựng, sửa chữa nhỏ 5 Chi khác 164 164 102 102 6 Kinh phí trả lại Nhà nước 0 18 7 Kinh phí trích quỹ theo báo cáo chênh lệch thu chi 0 37 Tổng cộng 2000 2000 1955 2000 Lý do thay đổi (nếu có): • Trả công lao động: chuyển 10 triệu từ công tác trong nước và 18 triệu từ tiền mua thiết bị. • Nguyên vật liệu: chuyển 23 triệu từ tiền mua thiết bị. 3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án: Số TT Số, thời gian ban hành văn bản Tên văn bản Ghi chú 1 1163/QĐ-BKCN, 19/05/2006 Phê duyệt các tổ chức cá nhân trúng tuyển chủ trì thực hiện đề tài thuộc Chương trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2006-2010, “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Công nghệ Vật liệu, KC02.05 2 2090/QĐ-BKCN, 22/09/2006 Phê duyệt nội dung và kinh phí các đề tài đã trúng tuyển thuộc Chương trình trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2006-2010, “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Công nghệ Vật liệu, KC02.05 3 2833/QĐ-BKCN, 22/09/2006 Quyết định phê duyệt kế hoạch đấu thầu mua sắm tài sản của các đề tài thuộc Chương trình trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2006-2010, “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Công nghệ Vật liệu, KC02.05 4 HĐ số 05/2006/HĐ- ĐTCT-KC 02/06- 10, 24/04/2007 Hợp đồng Nghiên cứu Khoa học và Phát triển Công nghệ 5 383/QĐ-BKCN, 20/03/2009 Quyết định về việc điều chỉnh thời gian thực hiện đề tài trọng điểm cấp Nhà nước giai đoạn 2006-2010, “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng 4 Công nghệ Vật liệu, KC02.05 6 158/VPCT-HCTH, 06/05/2009 Công văn cho phép điểu chỉnh kinh phí của đề tài KC.02.05/06-10. 4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án: Số TT Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Tên tổ chức đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt được Ghi chú 1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Linh kiện cảm biến màng mỏng, cảm biến sinh học, thiết bị đo cảm khí biến màng mỏng, thiết bị đo cảm biến sinh học - Cảm biến đo khí ethanol và LPG dạng màng mỏng. - Thiết bị cảnh báo cháy nổ và đo khí LPG và hơi cồn. - Cảm biế n sinh học và thiết bị đo cảm biến sinh học. 2 Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Cảm biến màng dầy ABO 3 và thiết bị đo cảm biến khí màng dày - Cảm biến đo khí ethanol và LPG dạng màng dầy. - Thiết bị cảnh báo cháy nổ và đo khí LPG và hơi cồn 3 Viện Hóa học, Viên Khoa học và Công nghệ Việt Nam Viện Hóa học, Viên Khoa học và Công nghệ Việt Nam Cảm biến điện hóa và thiết bị đo cảm biến điện hóa - Cảm biến điện hóa. - Các thiết bị đo điện hóa. 5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án: Số TT Tên cá nhân đăng ký theo Tên cá nhân đã tham gia Nội dung tham gia chính Sản phẩm chủ yếu đạt được Ghi chú 5 Thuyết minh thực hiện 1 GS.TS. Nguyễn Đức Chiến GS.TS. Nguyễn Đức Chiến Quản lý chung, định hướng nghiên cứu 2 PGS.TS. Nguyễn Văn Hiếu PGS.TS. Nguyễn Văn Hiếu - Thư ký, - Ổn đình quy trình công nghệ chế tạo vật liệu nano. - Nghiên cứu chế tạo cảm biến màng mỏng - Quy trình cho phép chế tạo vật liệu nano SnO 2 và TiO 2 pha tạp và không pha tạp. - Cảm biến khí màng mỏng đo được khí LPG và hơi cồn. 3 TS. Đặng Đức Vượng TS. Đăng Đức Vượng - Nghiên cứu chế tạo các loại thiết bị đo cảm biến màng mỏng - Các thiết bị cho phép báo ngưỡng và hiển thị nồng độ khí LPG và hơi cồn. 4 TS. Mai Anh Tuấn TS. Mai Anh Tuấn - Nghiên cứu cảm biến sinh học và thiết bị đo cảm biến sinh học. - Các cảm biến sinh học cho phép xác định được dư lượng thuốc trừ sâu và kim loại nặng trong nước. 5 Dương Ngọc Huyền TS. Phương Đình Tâm Khảo sát tinh chất cảm biến sinh học Các tính chất cơ bản của cảm biến sinh học. 6 PGS. TS. Nguyễn Ngọc Toàn PGS. TS. Nguyễn Ngọc Toàn Nghiên cứu cảm biến màng dầy và thiết bị đo cảm biến màng dầy. Cảm biến màng dầy các loại, đo khí LPG và hơi cồn. 8 TS. Hoàng Cao Dũng TS. Hoàng Cao Dũng Thiết kế mạch điện tử, viết phần mềm giao diện cho thiết bị. Phân mềm, và giao diện kết nối máy tính. 6 9 GS.TS. Lê Quốc Hùng GS.TS. Lê Quốc Hùng Nghiên cứu chế tạo các loại thiết bị đo điện hóa Thiết bị đo tính năng các sensor điều chế được và sử dụng cho phân tích các kim loại nặng trong môi trường nước sử dụng các cảm biến điện hóa. TS. Vũ Thị Thu Hà TS. Vũ Thị Thu Hà Nghiên cứu chế tạo các loại sensor điện hóa trên cơ sở vật liệu kích thước micromet. Khảo sát tính chất và khả năng sử dụng trong phân tích của các sensor chế tạo được. Chuẩn bị báo cáo đề tài nhánh Các sensor điện hóa và ứng dụng chúng cho phân tích các kim loại nặng trong môi trường nước. Bản báo cáo đề tài nhánh 6. Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Thực tế đạt được (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Ghi chú* 1 02 Đoàn ra (đi Trung Quốc) 02 Đoàn ra (đi Trung Quốc) 2 01 Đoàn vào 01 Đoàn vào 7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Thực tế đạt được (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Ghi chú* 1 Tổ chức 01 hội nghị Tổ chức 01 hội nghị, kinh phí 17.000.000 (mười bảy triệu đồng) Viện ITIMS, ĐHBKHN 7 8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu: Thời gian (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Số TT Các nội dung, công việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Theo kế hoạch Thực tế đạt được Người, cơ quan thực hiện 1 Hoàn thiện và ổn định quy trình chế tạo vật liệu: 5/07-4/08 5/07-4/08 - Vật nano cho cảm biến màng mỏng N.V. Hiếu - Vật liệu nano perovskite 5/07-10/07 5/07-10/07 N.N. Toàn - Vật liệu cảm biến sinh học sử dụng Ezym họ cholinesterase M.A. Tuấn - Vật liệu cảm biến điện hóa L.Q. Hùng 2 Đặt mua thiết bị và xây dựng hệ đo các đặc trưng của cảm biến 04/07-12/08 04/07-11/08 - 01 hệ ở ĐHBKHN N.V. Hiếu - 01 hệ ở VKHVL N.N. Toàn 3 Hoàn thiện và ổn định quy trình chế tạo các loại cảm biến. 12/07-12/08 - Cảm biến khí dạng màng mỏng đo hơi cồn và khí ga 12/07-03/09 N.V. Hiếu - Cảm biến khí dạng màng dầy và khối đo hơi cồn và khí ga 5/07-10/08 5/07-10/08 N.N. Toàn - Cảm biến sinh học xác định dư lượng thuốc trừ sâu 9/07-12/08 9/07-1/2010 M.A. Tuấn - Cảm biến điện hoá xác định hàm lượng ion nặng 6/07-12/08 7/07-12/08 L.Q. Hùng 4 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các loại thiết bị cảm biến. - Thiết bị đo khí ga và hơi cồn sử dụng cảm biến dạng màng mỏng. 5/07-10/08 9/07-7/09 Đ.Đ Vượng - Thiết bị đo khí ga và hơi cồn sử dụng cảm biến dạng màng dầy và khối . 5/07-10/08 5/07-10/08 N.N Toàn - Thiết bị xác định dư lượng thuốc trừ sâu sử dụng cảm biến sinh học 7/07-11/08 8/08-12/08 M.A. Tuấn - Thiết bị xác định hàm lượng ion nặng sử dụng cảm biến điện hoá 8/07-12/08 8/07-12/08 L.Q. Hùng [...]... cảm biến điện hóa, cảm biến sinh học 1/08-12/08 V.T.T Hà III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN 1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Số TT Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng chủ yếu 1 2 Số lượng Cảm biến các loại 1.1 Cảm khí ga - Cảm biến màng mỏng -Cảm biến màng dày 1.2 Cảm biến hơi cồn - Cảm biến màng mỏng - Cảm biến màng dày 1.3 Cảm biến sinh học 1.4 Cảm biến điện hóa Thiết bị đo cảm biến. .. Tạo Cảm Biến Sinh Học 128 2.2.4.1 Thiết kế mặt nạ (MASK) cho vi cảm biến 128 2.2.4.2 Thiết kế bản mạch cho vi cảm biến 133 2.2.4.3 Chế tạo cảm biến sinh học 133 2.2.4.4 Hàn dây và đóng gói cảm biến 142 2.2.4.5 Đóng gói và chức năng hóa cảm biến miễn dịch 145 2.3 CHẾ TẠO THIẾT BỊ SỬ DỤNG CẢM BIẾN .148 2.3.1 Chế tạo các loại thiết bị đo khí sử dụng cảm biến. .. 26 1.2 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 29 1.2.1 Công Nghệ Chế Tạo Cảm Biến Khí .29 1.2.1.1 Cảm biến khí thay đổi độ dẫn .29 1.2.1.2 Cảm biến điện hóa 30 1.2.1.3 Cảm biến điện cực lựa chọn ion 31 1.2.1.4 Cảm biến chất điện ly rắn 32 1.2.1.5 Cảm biến nhạy hơi êtanol và LPG 33 1.2.2 Công Nghệ Chế Tạo Cảm Biến Điện Hóa 35 1.2.2.1 Giới... cứu chế tạo vật liệu cảm biến khí nano SnO2 và TiO2 182 3.1.1.1 Tổng hợp vật liệu và tính chất nhạy khí của vật liệu SnO2 .182 3.1.1.2 Kết quả chế tạo màng SnO2 pha tạp Pt bằng phương pháp phún xạ .193 3.1.1.3 Tổng hợp vật liệu và tính chất nhạy khí của vật liệu TiO2 195 3.1.2 Kết quả nghiên chế tạo vật liệu cảm biến khí họ ABO3 202 3.1.2.1 1 Quy trình chế tạo vật liệu nhạy khí kích thước... cứu cấu trúc của vật liệu .206 3.2 KẾT QUẢ CHẾ TẠO CÁC LOẠI CẢM BIẾN 213 3.2.1 Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Khí Dạng Màng Mỏng .213 3.2.1.1 Kết quả chế tạo cảm biến 213 3.2.1.2 Khảo sát công suất tiêu thụ của cảm biến 215 3.2.1.3 Khảo sát đặc trưng nhạy khí .218 3.2.2 Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Khí Màng Dày ABO3 .224 3.2.2.1 Chế tạo cảm biến màng dày ABO3 bằng... chế tạo vỏ cảm biến 226 3.2.2.3 Chế tạo cảm biến LPG màng dày ABO3 228 3.2.2.4 Cảm biến hơi ethanol (sử dụng màng dày ABO3) 233 3.2.3 Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Điện Hóa: 239 Các điện cực chế tạo hoàn chỉnh: 239 3.2.4 Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Sinh Học 241 3.2.4.1 Kết quả thiết kế, chế tạo và khảo sát cảm biến sinh học 241 3.2.4.2 Hàn và đóng gói cảm biến ... cồn Cảm biến màng mỏng - Thiết bị báo ngưỡng cồn - Thiết bị đo nồng độ hơi cồn hiển thị số 2.4 Thiết bị đo hơi cồn Cảm biến màng dày - Thiết bị Alco -I đo nồng độ thấp Thiết bị đo nồng độ ion kim loại nặng trong nước Thiết bị đo dư lượng thuốc trừ sâu sử dụng cảm biến sinh học Máy đo điện hóa đa năng, đo các tín hiệu ra của các loại cảm biến điện hóa, cảm biến sinh học - Hê kiểm chuẩn thiết bị cảm biến. .. với những điều kiện của Việt nam 1.1.1.2 Cơ sở khoa học 1.1.1.2.1 Nguyên lý hoạt động cảm biến bán dẫn Hình 1.1 Cơ chế nhạy khí: (a) mô hình cơ chế nhạy khí của vật liệu SnO2; (b) mô hình nhạy khí của vật liệu SnO2 khi đặt trong môi trường khí khử Các loại cảm biến khí bán dẫn thường được chế tạo bằng các loại vật liệu oxít bán dẫn, thông thường là vật liệu SnO2 dạng màng mỏng Khi các tinh thể oxít... .106 2.2 CHẾ TẠO CẢM BIẾN 108 2.2.1 Chế Tạo Cảm Biến Khí Màng Mỏng .108 2.2.1.1 Thiết kế và chế tạo cảm biến bằng công nghệ vi điện tử 108 2.2.1.2 Quy trình chế tạo cảm biến bằng công nghệ vi điện tử 112 2.2.2 Chế Tạo Cảm Biến Màng Dày .121 2.2.2.1 Xây dựng hệ đo đạc và kiểm chuẩn cảm biến Viện KHVL 123 2.2.3 Chế Tạo Vi Điện Cực Phục Vụ Đề Tài 125 2.2.3.1... cảm biến khí thuộc Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS) thuộc trường Đại học Bách khoa Hà nội quan tâm nghiên cứu trong vòng 5 năm gần đây Các vật liệu TiO2 và SnO2 có cấu trúc hạt, ống, thanh kích thước nano đã được chế tạo bằng phương pháp hoá học Kết quả khảo sát đặc trưng điện và đặc trưng nhạy khí của vật liệu nano TiO2 và SnO2 dạng hạt cho thấy những ưu và nhược điểm sau: - Vật liệu . Đại học Bách khoa Hà Nội Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Linh kiện cảm biến màng mỏng, cảm biến sinh học, thiết bị đo cảm khí biến màng mỏng, thiết bị đo cảm biến sinh học - Cảm biến. Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Cảm biến màng dầy ABO 3 và thiết bị đo cảm biến khí màng dày - Cảm biến đo khí ethanol. - Cảm biến màng dày 20 20 20 1.3. Cảm biến sinh học 1.4. Cảm biến điện hóa 10 10 10 2 Thiết bị đo cảm biến 2.1. Thiết bị đo khí Ga Cảm biến màng mỏng - Thiết bị báo