Chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp lai graphene với nano kim loại ứng dụng trong lĩnh vực sensor

MỞ ĐẦU Sự phát tr t th h h t ph h th t h h h ự phát tr hì h h “H h h rá ứ th ph tr h r h h t th p h t th h h t h trì h h h h tr r ph h t th t (S) tr t tr t tá t th ề h t h h h ứ t r h t h p r t t h th t h h h th h h th p h t h ph tr h ề (2nên h h r ph t h th ự tr ph pháp h trì h ( h t h h ằ th t th h th p ph pháp h h h h h t h th trự t ( h t th t th t h (V) pz ằ r ph ự ự h trì h h t h h p pháp h tr t tr t h NO x, tì t t tr h h th tr h h t ph t h ề - Sử h NH3 (amoniac) Nh dimensional, 2D) có t h h ứ t p tr ì t h tr : h h h h h B h tr tr h ph h t hh t t h h há h p - L h h tr h tá h h th th h t ự h t h h tì h ph 50 tr h t t tr th h t h tr t hh NH3, CO, CH4, H2, SO2 h th h h h ph h th t h th h tr h t trá h p ự h , h t t ) thay NEMS h MEMS) hằ h trì h thự h t - t h h h h t h h t r ph ẫ h th h - Chương Ph tr V t L trì h th h t h h t hồ ph h p h h h t h p t t h t r ph r ph V-V h ứ ề t h p h trì h thự rGO/ t pháp khác t t -V th h ) h h ự tr t áp t h t hồ r ph h ề ph t t r ph R E S SEM A M h NH3 h p th t tr h th tr Sử - Chương 4, 5, Trình bày h : tr ứ quy trì h t h ph h ự Nh r ph h t h át t h h t h H h r h tr PS R A ) H Kh t h r ph ( R A h Ph - Chương N h GS S L Khắ Bì h tr t ẫ h ht h t Rắ – tr t h há t r B Kh t h p h Q t r ( PGS S r pH M N tr t th h t - Chương G hồ ph r ph ằ ựh h h : Gr ph át t h (rGO) Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CHIỀU GRAPHENE 1.1 Graphene, Graphene Oxide (GO) reduced Graphene Oxide (rGO) tr Graphene, graphene oxide reduced graphene oxide ba t p t h h r ph t tr ứ h h hì h th h t t r tử r t r h tr t ph 2D Graphene h p2; Graphene oxide (GO) p ép r ph t h GO ph ắ th ự h h ph ự tĩ h tá r t t t tr r ph tr h ề t p cho ; Reduced Graphene Oxide (rGO) hay h h ph h t t r ph ph th hóa h h t tr ph gian GO, h Sự khử Oxi hóa th sau GO ph pháp t Hình 1.2 Quy trình tạo thành sản phẩm GO rGO từ vật liệu graphite Các hình tròn màu đỏ nhóm chức chứa oxi (nhóm chức hữu cơ) đính bề mặt graphene h (Hình 1.2) 1.2 Cấu trúc vật liệu chiều graphene r t h th r r ph t tt ằ ỗ tử th h tử r ự h t orbital lai hóa s-p (orbital sp2) Cá t tr r t ề tr tử r tπ tr h trị nguyên tử carbon liên kết nguyên tử carbon cấu trúc 2D graphene ứ r ph tr Hình 1.3 Hình minh họa orbital hóa ph ằ hì h th h tr tr tr ứ p p2 h Mặt phẳng orbital sp2 ph tr Or t ph h hì h th h t h ứ ph ứ r t pz r t t h h t h h p tr pz há th r ph e [28, trang 2] (Hình 1.3) 1.3 Các tính chất đặc trưng khả ứng dụng vật liệu chiều graphene tr t ề t h t r ph h h t h t h h t t tr tự h r ph th p tr th h Cá t t t t th h t ph h p tr Sensor and Actuators B [12] t h ề t (2630 -1 -1 cm v s ) h t t -1 r t t t (~ 5000 W (~ 97 7%) Gr ph r hì h h t h t h p h (~ 10 h t/ p ề ) t tr tY K ) h h t : ( ( 200000 10 P ) tr ề t t ĩ h ự há ỗ ứ h ẫ t ) tr ứ tr r ph ph -1 t rt h t ứ th tr th h tự t h h 12 h tt h t ph ( g ) h t p h Advances Materials [108] -1 h t t h 1.4 Các phương pháp chế tạo graphene H h ề ph h graphene: Lắ h pháp há h ph pháp h h h r ph t ứ – h h t th t t h h h , nuôi epitaxy, tá h h Khi phân tích rằ h t p h t h hr r tr pháp pháp h th th t pháp Ph áp ứ t th p h h p h ứ h ph ph Q trì h h t t r ph th ph pháp h h p h t tr ng gian graphite oxide, h t h graphite oxide graphene oxide thành graphene V t t ph h t h h t th h h p ph h th r ph t h h h t p h ph h r ph t tá tán vào dung môi ph h th ã : p carboxyl (-COOH) á tá :T h r ph t h ề t h p ép (-O-), hydroxyl (-OH), carbonyl (-C=O), tĩ h h thự h h, sau oxi hóa tr ắ th ự ự t h t h h th h t h p GO r ph t r tá ph t tử tác t ph h h graphene (Hình 1.2) GO ph ù h ph tr r ph (rGO) [12, 76, 101] trì h thự h ph GO h t rGO t ph t ph ũ tr h t tr ự h pháp h há pháp ph tử ứ r t t th h ph , ẫ h h h t r ph h há tr t tr ề t h h t [26 59 96] 1.5 Tổ hợp lai graphene/nano kim loại 1.5.1 Giới thiệu vật liệu nano kim loại t Nano t (th th ề t t t t th ự há dẫ ự tr t tử r t t tử chúng, hình thành t tr ề t t th t tr t lòng t t h ề h ằ t tr t bên h ứ t hì h th h t h th h t há [77 tr tử ề t h t ũ tử ề tự chúng á 0D, 1D 2D nanomet S ì h p ự tá h th tử ằ t h p tr p riêng, t h th t ề tt h th ) tr h h r t há 100 t ) V t h t tr f - t xung quanh ề t h t t h tr tử ( t tr tứ ề h t 6] 1.5.2 Các dạng sai hỏng cấu trúc graphene Graphene, GO tr h h h rGO tr ự t t h thự t ề h t , h h th trá h h h t , á tr h h tr h t h h tử h r h h A t h t h h t h tr tá th h màng graphene t ề ẫ h ự h t [113] h t rõ h t ự r ph t p t t h h ứ t tr graphene hằ th [17], [28], [66] 1.5.3 Các dạng cấu trúc tổ hợp lai graphene/nano kim loại, : -L h t r ph graphene có th t h h tá tr ề tử t tr h h h h tự r tr h h t tử t, nên h t trì h ắ t t tá tĩ h t tử tr ề t graphene Hình 1.19 “Cầu nối” Carbon Nanotubes h p r ph dây nano t tr r ph t: chúng ẫ h á tr h t : r ph [35] - tr graphene t ề phù h p h th h r ph t cá t ự h p ph h -L h h t h h tr ề có ẫ Cá h h ề , h t vào s h h h á tr r r h t r ph th h t th th mảng graphene rời rạc ề th h t h tr t h t (Hình 1.19) [100] 1.5.4 Một số ứng dụng tổ hợp lai graphene/nano kim loại h p há r phene/ h : hì h h ự th ứ h p Lh ự tr h r t t h p hh t tr r ĩ h ự ũ ĩ h ự h h khí, t h p r ph h t ph ứ hồ ph h h 55% th h r ph p Pt h tP t h th hồ áp h h th p (40 ppm) th h (Hình 1.21a) [45] 8% tr t h H2 1%) r ph h h h H2 ( t h p h H2 ( ũ hồ ph 1%) ph th t ~ 80% (Hình 1.21b) [15] Chương SENSOR KHÍ TRÊN NỀN VẬT LIỆU GRAPHENE 2.1 Tổng quan sensor S r th t h h t tr tự h th h t h (Hình 2.1) [44, trang 1-6], [51, trang 1], [73, trang 245-248] ph Hai h t h ph h t p h r ph tử h tr t Sự th bên h ph ph t p h tr h th t h t h h thá r h t h tt h tử Bộ phận chuyển đổi (Transducer ) Vật liệu nhạy (Receptor) t (transducer) Trong tr r th th h h h h tr õr Tác nhân kích thích ựt (receptor) trì h h t tá t h th h t Thiết bị đo lường Tín hiệu Hình 2.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động chung sensor Độ nhạy S (%) ch h át tr tr t R0 tr t ự th tr tr tr tr ự tr tr r h tr h t p h tá t h th h r h t tá khí ph tử V R h th h t thứ sau [33], [78], [88]: 2.2 Sensor khí vật liệu graphene Về chế nhạy khí graphene ự tr t h t h t p h h t ph t p t O) h donor (NH3 tr ề ề t h t h h h khiết ph r ph h ( r t p z) ề S O2 áp r ph h th h t h h tr tr h h h Ga+ h h t r ph th h t h hồ hemFET, Hình 2.10 Sự tương tác nhóm chức hữu rGO với phân tử khí [90] t h (Hình 2.6) [58] : r ph th á h tr ( th ph h t pháp h t h t th r r) tr th t cá có h ẵ -t h (Hì h 10) [34, 40, 75, 90] t h h ề phù h h tr chúng tr h rGO h t tr Có tín hiệu th h - Graphene biến tính h Các phân tử khí h ẵ h t h th huyền phù không cho tín hiệu nhạy khí, graphene khiết đặt đế có sai hỏng cho tín hiệu nhạy khí [58] tr hì h h t h Đế với sai hỏng h h th t h h ph Hình 2.6 Graphene khiết dạng h [58, 82, 110] tr h t th Graphene h h h h h h h: Không tín hiệu t h t tr h t h th h graphene h h tr tác nhân sâu xa h h tr t h h t tử th r t h h th y t th h ph t phát t h (pristine ẫ ì ph h h th h h h t r ph ự th t r ph r ph h rằ th h pt r (H2O NO2), t h graphene) h t h h graphene [12, 26, 31, 41, 59, 103] H - Graphene tr t tá ph h tử h t th t h tr h t th , t h hùm tia ion graphene, k t r h h t h có t r ph h NO2 h h h tr r h t tr t r ph hồ áp h h h th h t (Hình 2.7a) [40] h tr h h h Chiếu xạ lần Chiếu xạ lần ẫ t h h h tr ề t át h ph phù h p h t h tr trì h h ph pháp h t h t é Ban đầu tì h t th h r t Hình 2.7 a) Tín hiệu hồi đáp độ dẫn (G/G0) ẫ với khí NO2 sensor khí vật liệu: graphene khiết, graphene chiếu xạ chùm hạt Ga+ lần lần [40] r h t t trì h h t tt h t h p r ph trì h phù h p áp ứ ph t pháp Thời gian (s) t th ph pháp h h h tr h (rGO) h h tr trì h thự h ũ h h Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 3.1 Mục đích thực nghiệm Mục đích thực nghiệm tr h t r h ) trì h (rGO sensor h t ề h t ph áp khí NH3 tr h ề t tt é ĩ h ự h t t h Nội dung thực nghiệm luận án gồm hai phần chính: h t - h - Ứ á r h ứ t h h t t th t h p t h p rGO/ rGO/ h t h h trì h tự theo thự h hì h 3.2 Quy trình tổng hợp vật liệu rGO theo phương pháp hóa học, gồm bước: - Tách lớp Graphite: T tá h th h h r ph t ( r ph t f r ph t t p th ù h ) r t (E f t r t h Gr ph t ) tá h t KM O4 HNO3 - Oxi hóa graphite tách lớp thành graphite oxide: H p h h theo ph pháp h t H2SO4, NaNO3 KMnO4 r ph t S phân tán tr ph ự p r ph th (GO) - Khử màng GO thành màng h GO rGO: t tr tá h h h tr h ( h t) tá ( h t H r z h ề t th h t h h pháp hóa học (Phương pháp Hummers cải tiến) ) Bảng 3.1: Ký hiệu mẫu rGO tạo thành từ trình thực nghiệm luận án t màng GO th h Hình 3.2 Quy trình tổng hợp vật liệu rGO theo phương ph màng rGO (hình 3.2) ù th ề hử, h ẫ rGO t th h t trì h thự h t; (ii) + h t ẫ h ẫ rGO t h : (i) ẫ rGO t th h ề th h 31 Các thiết bị thực nghiệm sử dụng: L Má t th nh t tt 7000 1000 tr tr /ph t; Má h th h hỉ h h h ề th ph r z t 1000W; Má t – 3300 vòng/phút; L o t h ; H ph h ;H h t t ; t V -5 10 torr 10 3.3 Quy trình tổng hợp dây nano Ag hạt nano Au h t t A th h ht ph h p t pháp tr trì h quy trình trì h t pháp ph t ph h d h ph ề ph th h ph ph h t t h tr th h ề h h th t h ) ph h áp 120o t h ề h t (dung môi th h h ề 16 – 18 kg/cm2, nh t h pháp p h p h t ph ph h (Seed-mediated growth) h t t tr Tạo màng nano kim loại: Các th A th dây h t h t t Thiết bị thực nghiệm sử dụng: H th ph h t ph (spray pyrolysis) [2] 3.4 Các phương pháp khảo sát vật liệu (gồm nhóm phép đo): Nh h át t hh Nh h át t h Nh h át hì h thá phép r t H Kh H h : FTIR, UV-Vis, XPS EDS t ề :G XRD, Raman B t: Ả h h p SEM h h t ự Nh ph Cao PTN Phân tích Trung tâm); Ph HCM; Kh N h hA M h h th h t V tL h t Rắ h h t h H t V t tr h : P NK h N p HCM (Saigon Hi-Tech Part) t tr I-V A M th p H M (B ũ h t HQG p th , ph Q PS h 3.5 Phương pháp khảo sát nhạy khí NH3 3.5.1 Chế tạo sensor khí vật liệu rGO, nano kim loại tổ hợp lai Các tr t r h ẫ tr ề t ngõ ra) ằ h h ph t hỉ h t pháp t h h tr h th th t h h ự ( h tử th -6 h (10 torr) Kim h th Ag 11 th h ắ ự tr ề ềr t th hì h h t h h ( )t 3.5.2 Xây dựng hệ khảo sát nhạy khí Bộ môn Vật lý Chất rắn H h h h ằ khí b ph th B t t t h , h th h t hì h 12 p h át ề h h t ph h,b h át h h h h h: át h Buồng khảo sát nhạy khí Buồng tạo bọt khí Hệ thống điều khiển máy tính Hình 3.12 Sơ đồ cấu tạo tổng quát hệ đo nhạy khí buồng tạo bọt khí, cá ph hr h h tử NH3 h , ằ h h ù h h NH3; Hệ thống cấp kiểm soát dòng khí gồ d tr flowmeter Cá ằ t h th t t ẫ hằ th h t h ự tr t ồ tr tứ th qua ph th ề ẫ h t tr ề t h u ề h h gá t h l ằ ẫ ẫ tr t h th h t ề r Bộ phận thu nhận tín hiệu điều khiển hoạt động khảo sát nhạy khí, VOM (protek 506) COM V , dây dòng khí tr õ vào ngõ cho dòng khí, hồ Ar t p LP ; Buồng khảo sát nhạy khí th t h 246 h / t tr h t p thự h thông Labview 12 Các thông số trình khảo sát nhạy khí NH3 h t t trì h thự h p h h 600 : h h thự h h ỗ h h ), l ề h ì h t h 900 giây (300 h 60 mL/phút, h h t ph áp át h t h Chương VẬT LIỆU GRAPHENE (rGO): KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG NHẠY KHÍ NH3 4.1 Khảo sát đặc tính vật liệu rGO cấu trúc 2D h p thự h át h h h trì h tr r trì h t h p rGO th XRD, UV-V R h h h trì h cm-1 h r ắ r tr r h tr [24, 99] Dự tr h h tr 273 h 233 t ph t th h t h tr h ự p r ph t tr 830–982 cm 1228–1260 1410–1750 cm-1 h ỉ h h p th t h h t rằ t t p3 h h h t p ự hì h th h t ph GO thành GO ỉ h ph h p th t t ỉ h r ph tr 233 GO rGO tr (Hình 4.7) Phổ XPS (X-ray photoemission spectroscopy) th R -1 h h tr h ự h h h : 3400–3550 cm (Hình 4.2a) [97], [107] 273 ề tr há ỉ h ph t tr h àn : ề t -1 Đỉnh phổ hấp thụ ph p ề rGO tr ép : h th h GO rồ phép ph tr phép t 500-4000 cm h h th h trì h ự h h -1 ù h ựt p A M rGO tr h át h t t PS SEM Phổ FTIR tr t h t hì h 12 pháp h tá h th h rGO th h ph r ph t f t ựt h t h GO (Hình 4.9) th h ự ắ tr t phép á h GO h rGO Ph rõ r PS 13 r r ph t th eV ỉ h ỉ h ph t tr á h tr tử h r ( ) ỉ h ph tr 289 V r tr ( - ) tr 284 t h th r ph t ; ( ) tr 285 V; ( ) ỉ h ph tr 286 V; ( ) ỉ h ph epoxide : ( ) ỉ h ph tr h h ự r t á h tr 287 V h r [25], [90] Hình 4.12 Tổng hợp phép khảo sát minh chứng cho tạo thành vật liệu rGO chế tạo theo phương pháp hóa học th tr ẫ GO t ỉ hh ỉ h (IC-OH + IC-O-C + IC=O + IC=O(OH)) -C (IC-C) tr t 29 Sau 14 t tá h h t) ( tr th p h B tr r ẫ rGO-350 ( t ựt ỉ h G th h t h th h ph rGO t h hồ t p h th S rGO t ph cho ự t h t ề tr h t t th p có hh h t -1 1350 th h ề tr (Hình GO rGO h rGO p h ẫ th h áp ứ ù ự tr /□ , màng rGO-H800 62% - 80% ỉ h ph ỉ h át rGO (Hình 4.10) -1 1582 h h th h Các ảnh SEM AFM h phép t , màng rGO-H350 tá / ù 4.8) ũ th 60 – h t) (Hình 4.9) Nh phổ Raman t t 42 h h h t h r z ẫ rGO ề h t tr ề h t ứ h 4.2 Khảo sát nhạy khí NH3 vật liệu rGO 4.2.1 Cơ chế nhạy khí NH3 vật liệu rGO Hình 4.14 trì h h h NH3 Hình 4.13 Cấu tạo sensor khí tạo thành từ vật liệu rGO h t t rGO-H350 rõ ự t sensor t tr h h h h tr ẫ th luân phiên tr thá h p K t th h h tr p t qua ự th th :V t h h tr ự rGO th h t Độ nhạy S = (R – R0)/R0 (%) r h t tr t h h t p [33, 34, 88, 90, 109] Khi rGO Thời gian (s) Hình 4.14 Biểu đồ nhạy khí NH3 sensor rGO-H350 15 t p ph rGO tr h t tử h t h ề t h h NH3, tr tử h tt t t rGO t t N t h h h ph ph , th h t NH3 h rGO ẫ tử NH3 ự tr 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tác nhân khử đến khả nhạy khí NH3 vật liệu rGO át h th h h NH3 r màng rGO cao, [78, 90] K t h th : V 150o h r rGO ũ ẫ rGO h r h h t h ét th p h h NH3 th p rt tử h [84 114] h t kh h t t Nhiệt độ khử (oC) t h t h h Hình 4.17 a) Sự giảm dần giá trị điện trở độ th ph r z nhạy khí NH3 sensor rGO nhiệt độ khử tăng lên từ 150oC lên 800oC h t t 105 /□ rGO th h t t t 930 /□ th p h ù tr rGO t rGO r hỉ h t 800o h nên r K t h tá ề R0 h NH3 h t tr h rGO t 33% 3% (Hình 4.17) h r z h ph tá tr Độ nhạy S = (R – R0)/R0 (%) th tr h ẫ rGO hỉ h 800o 2,9 k/□ tr h Điện trở R0 (kΩ/□) Kh ứ ũ t 18% t t 150o k/□ h h 1% (Hì h 4.18) 16 Chương VẬT LIỆU NANO KIM LOẠI: KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH VÀ ĐỘ NHẠY KHÍ NH3 Các phép h át SEM, XRD, UV-Vis EDS á h ựt th h Trong ph h h ựt t t h tắt hỉ trì h th h A t t trì h p Ag (Agnw) với đỉnh nhiễu xạ đỉnh hấp thụ đặc trưng tương ứng ph t A - D h h p t th t trình thự Hình 5.3 Giản đồ XRD (a) phổ hấp thụ UV-Vis (b) dây nano h tr phép h t h tr Hình 5.6 Ảnh SEM dây nano Ag (Agnw-PVP-300) : khác nhau: l ~ µm (Agnw-PVP-100), l > 10 µm (Agnw-PVP-300), l ~ 10 µm (Agnw-PVP-400), h h ằ tr h 40 – 70 nm - H tA h ~05µ - H t A K t t t h h th h h ~ 80 h NH3 th t h tr th h h NH3 (Hình 5.13) dây nano Ag ề r thá h h luân Như vậy, h Hình 5.12 Minh họa sensor r h há tr (A p) t tr h p (H t A ) h t h hồ t áp Hình 5.13 Biểu đồ nhạy khí NH3 sensor dây nano Ag 17 Chương TỔ HỢP LAI rGO/NANO KIM LOẠI: CHẾ TẠO, KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG NHẠY KHÍ NH3 6.1 Chế tạo khảo sát tính chất tổ hợp lai rGO/nano kim loại Điều kiện chế tạo mẫu: tr p rGO th h p t rGO/ t rGO-H350 th t ẫ ph h h th h th p h h t tr Hình thái cấu trúc tổ hợp lai rGO/nano kim loại: Hì h trì h ph ề h t h A M h th rõ r 1D, ề ề ựt A tr ề t a) t rGO, rGO tr d) tr rGO h t theo ph pháp h h p h ẫ th t V rGO kΩ/□ h tr tr t h p rGO/A p Ω/□) r h th p bề mặt màng rGO; d) ảnh AFM dây nano Ag (Agnw) phân bố kết nối mảng rGO nhỏ h h ~ 80 nm Hình 6.2 a) Ảnh SEM hạt nano Au (Aunp) phân bố h t nano Au (Agnp) t A tr ứ tr h t A ự h t tr Ω/□ ( tr A ( ~ 05µ ) h rGO th á t h p R ~ 48 A t tr Ω/□ (rGO/h t A ) 2,8 kΩ/□ (rGO/Agnw-PVP-100), 2,39 kΩ/□ (rGO/Agnw-PVP-400) 1,2 kΩ/□ (rGO/Agnw-PVP-300) N (Hình 6.5b) th h tr t t p ũ r h hì h t ề cá t p t t t h rGO tr h h h tr t hh h t t h h t nên h Khảo sát kết hợp vật liệu rGO với vật liệu nano kim loại ự tr UV-vis XPS Ph PS t h p rGO/Agnw (rGO dây nano Ag) rGO/A p (rGO h h ựh -V h t ph A ) t h p th 18 t tr ỗ t h pt th h ỉ h ph tr riêng chúng (Hình 6.4a,b,d,e) Hình 6.4 Phổ XPS tổ hợp rGO/Agnw: a), b); rGO/Aunp: d), e) mẫu rGO tương ứng c), f) th rGO t h t ũng h th ự hì h th h A (A p) có nano Ag (Agnw) có h th h th h rGO r t ẫ h (d ~ 80 (l > 10 µ ) h t (Hì h ự há h tr h t h t h p tử ) hỉ f) M h h ù tr tr t hr t ỗ á t t 6.2 Khảo sát khả nhạy khí NH3 tổ hợp lai rGO/nano kim loại Sá r h h t t h t há át : rGO; rGO/A p; rGO/h t A ; rGO/A wPVP-100; rGO/Agnw-PVP-300 rGO/AgnwPVP-400 t ề t h t rGO h rGO-H350 Hình 6.6 Cấu trúc sensor tổ hợp lai rGO/dây nano kim loại 19 Hình 6.15 Tổng hợp kết nhạy khí NH3 sensor chế tạo từ vật liệu vật liệu tổ hợp lai chế tạo từ quy trình thực nghiệm luận án át ự h Kh h p h rGO/ t th trình bày t (rGO tắt h tr hì h 15 h ) t t : So sánh rGO/h t A tá h NH3 ph h h NH3 r rGO th rGO/A p h th tử NH3 th ù rằ t t h p rGO/hạt kim loại ẫ ề th h p rGO/A p (S = 26%) rGO/h t A (S = 16%) h t t h h hồ h t áp h t h t t 20 h h h t th p th rGO h t0 ph t r tr h tr t rGO/h t A rGO/A h t ( t r rGO th ứ th h h p ẫ rGO/A w-PVP-100 h t hồ ph h h t ) th h h t t h h h t (l > 10 µm) h t 44%, t h h rõ h h t h p th h h tr t ) t p h th h tr th p h t 1,2 kΩ/□ 44 t h t( t ề h t Mẫ rGO/A w-PVP-300 tr (S = t h p h h rGO t rGO th t hì h dây nano Ag có chiều dài tăng lên t t h t ự h h t tr A hồ h t h p t h p rGO/h t A (S = 15%) hoàn toàn (Hình 6.7b) Nh rGO h w-PVP-100 (rGO kết hợp với nguyên liệu kim loại (S = 21%) 10%), hắ ph h NH3 dây nano Ag l ~ µ ) h h ự Ag khác hình dạng) ( ẫ thá h h (S = 10%) (Hình 6.7a) t r rGO th h rằ h h dây nano Ag h h (Hì h 8) 6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình khảo sát nhạy khí NH3 Sử ù t r t rGO/Agnw-PVP-300, l há h h th h át hh h NH3 th ũ h t t trì h r h h p h ựt ề á : Khảo sát ảnh hưởng H2O, ự hồ ph sensor 2%) th th ph hh tử H2O r t h ( hỉ tử NH3 (42%) h H2O áp t h Hình 6.10 So sánh hồi đáp tổ hợp rGO/Agnw với loại khí NH3 H2O (Hình 6.10) 21 Khảo sát thời gian lưu trữ mẫu, 21 t h h t tr ề h ẫ th tr h t 78% r tr thá (Hình 6.12) K t hì h 13 h th h t h trì h thự h, r t h có nhận biết phân tử khí NH3 nồng độ thấp h h NH3 h ẫ h ph h H Q NH3 tr h h h t tr h th h khí NH3 th t) át tr h r t ph th p (< 10000 pp ) r ũ th h hỗ h p h tổ hợp rGO/Agnw theo thời gian h (ử t Hình 6.12 b) Sự biến đổi độ nhạy khí t h tử ự h CO, H2, C2H2, NH3 Hình 6.13 b) Sự biến đổi độ nhạy khí tổ hợp rGO/Agnw theo mức độ pha loãng dung dịch NH3 sử dụng (Hình 6.14) Hình 6.14 Ảnh chụp hình trình khảo sát nhạy khí mẫu rGO/Agnw với khí: Acetylene (C2H2), Carbon Monoxide (CO), Hydro (H2) Ammonia (NH3) nồng độ 10000 ppm 22 KẾT LUẬN L “Chế tạo nghiên cứu tính chất tổ hợp lai Graphene với nano kim loại - Ứng dụng lĩnh vực sensor” N h ứ h t h p trì h rGO-H800 t 80% h t r h h ũ h ứ ề hì h h ì h h ứ t tr tr tr ẫ 60 h A ) r trì h h h t h h 10 µ rGO h tr tr h tr t p h p rGO-H350/Agnw (1,2 k/□) tr tr t rGO-H350 (4 /□) th K t thự h h tr h hỉ h h t tr t p h h tồ t tr ề h GO th h  r h h á h t h p h t p ph rGO ề th h t t rGO h NH3 ề h h tá th h ứ h á h tr t tá trự h hỉ h th ự ề th p h h hĩ thự t h t r h rGO tử NH3 h NH3, ề h th hĩ rGO/ h trì h h th h át h S ứ h h pt t h ề rGO t rGO th t h h t t t rGO t h t h t h th r z h h th h h t h hh A h ~ 62% - (A r hắp M t r pháp h h hr t ứ ph th t h ứ h t0 ) h : tr ề t h h th t há h p th h h ph th p h ( h áp ứ t tr t tr R = /□ tr t h rGO h ph th p th h N h t t t h t h t h t tr h tr tr t h th r t t rGO t 23 t th th h t ẫ t hắ ph ph é t h h h h h h t th ( ề th h tr t h h t t) h th h h tr trì h ề h h h h -r ự tr Q t (S h fE K r ) h r h t th h h th h th tr h h H h h E tự t th t t h ề th p 10000 pp t h t p ph át h ề h ằ ề L w h H h t ứ N ph tr t t t tự h p t h tử h NH3 h hỉ h H N át h h ề h h t t h ph th h t t h h ứ á t h 44% ) rGO h ứ h p é t h áp h rGO/A w t h t 10% h ph t ph ph hh ự h h h h t  t h p h t rGO th th p th t h h ề t th h h t r h (t tr h rGO h p tr t h t h t h r h p hi ề h h phát á t h th f w át h t r h h t át h h thự h r r t p t tr f 93 tr Một số kết luận án kết chung nhóm nghiên cứu gồm NCS HVCH Bộ môn Vật Lý Chất Rắn, hướng dẫn PGS.TS Trần Quang Trung, khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên ĐHQG Tp Hồ Chí Minh 24 [...]... nhạy khí NH3 của sensor dây nano Ag 17 Chương 6 TỔ HỢP LAI rGO /NANO KIM LOẠI: CHẾ TẠO, KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG NHẠY KHÍ NH3 6.1 Chế tạo và khảo sát các tính chất của tổ hợp lai rGO /nano kim loại Điều kiện chế tạo mẫu: tr p 2 rGO á th h p t rGO/ t rGO-H350 th t ẫ ph h h th h th p h h t tr á Hình thái và cấu trúc của các tổ hợp lai rGO /nano kim loại: Hì h 6 2 trì h ph ồ ề á h t h A M h th 2... trong h t há át : rGO; rGO/A p; rGO/h t A ; rGO/A wPVP-100; rGO/Agnw-PVP-300 và rGO/AgnwPVP-400 t ề t h t rGO h rGO-H350 Hình 6.6 Cấu trúc của sensor tổ hợp lai rGO/dây nano kim loại 19 Hình 6.15 Tổng hợp các kết quả nhạy khí NH3 của các sensor chế tạo từ vật liệu thuần và vật liệu tổ hợp lai được chế tạo từ quy trình thực nghiệm của luận án át ự h Kh h p h á rGO/ t th trình bày t (rGO á tắt h tr hì h... nhạy khí của mẫu rGO/Agnw với lần lượt các khí: Acetylene (C2H2), Carbon Monoxide (CO), Hydro (H2) và Ammonia (NH3) ở nồng độ 10000 ppm 22 KẾT LUẬN L á Chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp lai Graphene với nano kim loại - Ứng dụng trong lĩnh vực sensor N h ứ h t h p trì h rGO-H800 t 80% h t r h h ũ h ứ ề hì h h ì h á h 1 ứ á t á tr tr tr ẫ 60 h A ) á r trì h h h t h h hề 10 µ rGO 4 h tr tr h... LIỆU NANO KIM LOẠI: KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH VÀ ĐỘ NHẠY KHÍ NH3 Các phép h át SEM, XRD, UV-Vis và EDS và cùng á á h ựt th h Trong ph h hứ h ựt á t á t này h tắt hỉ trì h th h A t t trì h p Ag (Agnw) với các đỉnh nhiễu xạ và đỉnh hấp thụ đặc trưng tương ứng ph t A - D 3 h h p hề t th t quá trình thự Hình 5.3 Giản đồ XRD (a) và phổ hấp thụ UV-Vis (b) của dây nano á h tr á phép h t h tr Hình 5.6 Ảnh SEM của. .. Hình 6.4 Phổ XPS của tổ hợp rGO/Agnw: a), b); rGO/Aunp: d), e) và các mẫu rGO thuần tương ứng c), f) ồ th rGO t á h t ũng h th ự hì h th h A (A p) có nano Ag (Agnw) có á h th h th h rGO r t ẫ h (d ~ 80 (l > 10 µ ) thì h t (Hì h 6 4 ự há h tr h t h á t h p tử ) á hỉ f) M á h h ù tr tr t hr t ỗ á á t t 6.2 Khảo sát khả năng nhạy khí NH3 của tổ hợp lai rGO /nano kim loại Sá r h h t ử t á trong h t há át... FTIR, UV-Vis, XPS và EDS t ề :G ồ XRD, Raman B t: Ả h h p SEM h h t ự Nh á ph Cao và PTN Phân tích Trung tâm); Ph HCM; Kh N h hA M hứ ử h h th h t V tL h t Rắ h á h t h H t V t tr h : P NK h N p HCM (Saigon Hi-Tech Part) t tr và I-V A M th p H M (B ũ ồ h t HQG p th , ph Q PS h 3.5 Phương pháp khảo sát nhạy khí NH3 3.5.1 Chế tạo sensor khí trên nền vật liệu rGO, nano kim loại và tổ hợp lai Các tr t r... h hỗ h p h ồ của tổ hợp rGO/Agnw theo thời gian h khi (ử t Hình 6.12 b) Sự biến đổi độ nhạy khí t h tử ồ ự h CO, H2, C2H2, NH3 Hình 6.13 b) Sự biến đổi độ nhạy khí của tổ hợp rGO/Agnw theo mức độ pha loãng của dung dịch NH3 sử dụng (Hình 6.14) Hình 6.14 Ảnh chụp màn hình quá trình khảo sát nhạy khí của mẫu rGO/Agnw với lần lượt các khí: Acetylene (C2H2), Carbon Monoxide (CO), Hydro (H2) và Ammonia (NH3)...3.3 Quy trình tổng hợp dây nano Ag và hạt nano Au h t t A th h ht ph h p t pháp tr trì h các quy trình á trì h t pháp ph t ph h d h ph ề ph á th h ph ph h t t h tr th h ề h h th t h ) ph h áp 120o t h ề và h t (dung môi th h h ề 16 – 18 kg/cm2, nh t h pháp p á h p h t ph ph h (Seed-mediated growth) h t t tr Tạo màng nano kim loại: Các th A th dây h t h t t Thiết bị thực nghiệm sử dụng: H th ph h... ph và ỉ h át rGO (Hình 4.10) -1 1582 h hứ h th h hề Các ảnh SEM và AFM h phép t , màng rGO-H350 khi tá / ù 4.8) ũ th 2 60 – h t) (Hình 4.9) Nh phổ Raman t t 2 42 hứ h h h t h r z thì ẫ rGO ề h t tr ề h t ứ h 4.2 Khảo sát nhạy khí NH3 của vật liệu rGO 4.2.1 Cơ chế nhạy khí NH3 của vật liệu rGO Hình 4.14 trì h ồ h h NH3 Hình 4.13 Cấu tạo của sensor khí tạo thành từ vật liệu rGO h t t rGO-H350 rõ ự t sensor. .. sát ảnh hưởng của hơi H2O, ự hồ á ph sensor 2%) th th á ph hh tử H2O r t h ( hỉ tử NH3 (42%) h H2O áp t h á Hình 6.10 So sánh sự hồi đáp của tổ hợp rGO/Agnw lần lượt với 2 loại khí NH3 và H2O (Hình 6.10) 21 Khảo sát thời gian lưu trữ mẫu, 21 t h h t tr ề h ẫ th tr h t 78% r tr thá (Hình 6.12) K t hì h 6 13 h th h t h á trì h thự h, r t h á có nhận biết các phân tử khí NH3 ở nồng độ thấp và ồ h h NH3 ... Chế tạo khảo sát tính chất tổ hợp lai rGO /nano kim loại Điều kiện chế tạo mẫu: tr p rGO th h p t rGO/ t rGO-H350 th t ẫ ph h h th h th p h h t tr Hình thái cấu trúc tổ hợp lai rGO /nano kim loại: ... nồng độ 10000 ppm 22 KẾT LUẬN L Chế tạo nghiên cứu tính chất tổ hợp lai Graphene với nano kim loại - Ứng dụng lĩnh vực sensor N h ứ h t h p trì h rGO-H800 t 80% h t r h h ũ h ứ ề hì h h ì h... NH3 tổ hợp lai rGO /nano kim loại Sá r h h t t h t há át : rGO; rGO/A p; rGO/h t A ; rGO/A wPVP-100; rGO/Agnw-PVP-300 rGO/AgnwPVP-400 t ề t h t rGO h rGO-H350 Hình 6.6 Cấu trúc sensor tổ hợp lai