Cải thiện đặc tính nhạy khí của vật liệu thanh nano α fe2o3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN PHAN THẮNG CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU THANH NANO α-Fe2O3 CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÝ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐẶNG ĐỨC VƯỢNG HÀ NỘI - 2012 Nguyễn Phan Thắng 2012 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT III DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ V LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU Fe2O3 VÀ CẢM BIẾN KHÍ 1.1 Vật liệu Fe2O3 1.1.1 Cấu trúc tinh thể 1.1.2 Các dạng hình thái Fe2O3 .6 1.1.2.1 Khối nano Fe2O3 1.1.2.2 Dây nano Fe2O3 1.1.2.3 Lá nano Fe2O3 .8 1.1.3 1.2 Tính chất điện Fe2O3 .9 Cảm biến khí thông số đặc trưng 10 1.2.1 Các loại cảm biến khí 11 1.2.1.1 Các loại cảm biến khí ôxít kim loại bán dẫn 11 1.2.1.2 Cảm biến khí xúc tác 12 1.2.1.3 Cảm biến khí điện hóa 14 1.2.1.4 Cảm biến khí quang 15 1.2.2 Các thông số đặc trưng cảm biến khí 16 1.2.2.1 Độ nhạy 16 1.2.2.2 Tốc độ đáp ứng thời gian hồi phục 17 1.2.2.3 Tính chọn lọc 18 I Nguyễn Phan Thắng 1.2.2.4 1.3 2012 Tính ổn định 18 Tính nhạy khí vật liệu Fe2O3 18 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Chế tạo vật liệu nano Fe2O3 pha tạp CuO 20 2.2 Vật liệu Fe2O3 tổ hợp WO3 21 2.3 Nghiên cứu khảo sát tính chất vật liệu 23 2.3.1 Nghiên cứu hình thái cấu trúc vật liệu 23 2.3.1.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 23 2.3.1.2 Phương pháp phân tích hình thái bề mặt vật liệu 25 2.3.2 Phương pháp khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu 27 2.3.2.1 Chế tạo mẫu đo 27 2.3.2.2 Khảo sát đặc trưng nhạy khí vật liệu 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Vật liệu Fe2O3 pha tạp CuO Fe2O3 tổ hợp WO3 31 3.2 Các kết đo nhạy khí 34 3.2.1 Đặc trưng nhạy khí vật liệu nano α-Fe2O3 pha tạp CuO 34 3.2.2 Đặc trưng nhạy khí vật liệu Fe2O3 tổ hợp WO3 38 3.2.2.1 Đặc trưng nhạy cồn 38 3.2.2.2 Đặc trưng nhạy LPG 40 KẾT LUẬN 43 CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 II Nguyễn Phan Thắng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT  XRD: X-ray Diffraction  ED: Electron diffraction  SEM: Scanning electron microscope  TEM: Transmission electron microscopy  FE-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscopy  PVD: Physical vapor deposition  EDX: Energy-dispersive X-ray spectroscopy III 2012 Nguyễn Phan Thắng 2012 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Thống kê số dạng vật liệu nhạy khí sử dụng Fe2O3 19 Bảng 2: Các mẫu tiến hành tổ hợp 22 Bảng 3: Thống kê khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu 30 IV Nguyễn Phan Thắng 2012 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Sơ đồ ứng dụng sắt lĩnh vực sống Hình Cấu trúc tinh thể Fe2O3 .4 Hình Cấu trúc tinh thể Fe2O3 dạng FeO6 cấu trúc bát diện Hình Các đỉnh chuẩn phổ nhiễu xạ tia X α-Fe2O3 Hình Ảnh FE-SEM nanocubes Fe2O3 Hình Ảnh chụp SEM TEM dây nano Fe2O3 .8 Hình Ảnh FE-SEM chụp mẫu nanopines Fe2O3 Hình Cấu trúc vùng cấm vật liệu Fe2O3 10 Hình Cấu tạo cảm biến khí: dạng khối (trái) dạng màng (phải) 11 Hình 10 Đặc trưng cảm biến P/N711 12 Hình 11 Cảm biến khí xúc tác 13 Hình 12 Sơ đồ mạch hoạt động cảm biến khí xúc tác 13 Hình 12 Cấu tạo cảm biến khí điện hóa 14 Hình 13 Hoạt động cảm biến khí điện hóa 15 Hình 14 Cảm biến khí hồng ngoại 16 Hình 15 Sự thay đổi điện trở cảm biến có khí thử 17 Hình 16 Qui trình chế tạo nano Fe2O3 21 Hình 17 Máy phân tích phổ nhiễu xạ tia X (Brucker D8 Advance) 23 Hình 18 Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét 25 Hình 19 Sơ đồ mặt cắt kính hiển vi điện tử truyền qua 26 Hình 20 Phương pháp quay phủ V Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình 21 Mô hình giải thích chế nhạy khí 28 Hình 22 Sơ đồ hệ đo đặc trưng nhạy khí cảm biến 29 Hình 23 Sơ đồ mạch đo 30 Hình 24 Ảnh SEM(a) FE-SEM nano -Fe2O3 sau xử lý 600oC 32 Hình 25 Ảnh chụp XRD mẫu α- Fe2O3 32 Hình 26 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) mẫu pha tạp với ti lệ 33 Hình 27 Ảnh FE-SEM hạt nano WO3 sau nhiệt thủy phân 180oC 34 Hình 28 Ảnh SEM (a) phổ EDX (b) mẫu - Fe2O3 tổ hợp WO3 với tỉ lệ khối lượng Fe:W=60:40 34 Hình 29 Đặc trưng nhạy khí theo nhiệt độ Fe2O3 với khí LPG cồn 35 Hình 30 Độ nhạy vật liệu Fe2O3 pha tạp CuO mẫu với cồn nồng độ 2500 ppm 36 Hình 31 Đáp ứng cồn 350oC mẫu pha tạp 1% CuO 37 Hình 32 Sự phụ thuộc độ nhạy vào nồng độ cồn 37 Hình 33 Đường đo đặc trưng nhạy khí vật liệu 370oC 38 Hình 34 Hồi đáp α-Fe2O3 tổ hợp WO3 với 5000 ppm cồn dải nhiệt độ 200-400oC 39 Hình 35 Đáp ứng α-Fe2O3 tổ hợp WO3 với cồn 390oC Hình 36 Đáp ứng α-Fe2O3 tổ hợp WO3 với cồn 250oC Hình 37 Độ nhạy α-Fe2O3 tổ hợp WO3 Với khí LPG dải 200-400oC 41 Hình 38 Độ nhạy α-Fe2O3 tổ hợp WO3 Với khí LPG 370oC 41 VI Nguyễn Phan Thắng 2012 LỜI MỞ ĐẦU Nghiên cứu giới rằng: ôxít kim loại bán dẫn Fe2O3, SnO2, TiO2, ZnO WO3 ứng dụng mạnh làm cảm biến khí Vật liệu oxit bán dẫn Fe2O3 với nhiều ưu điểm độ ổn định cao, bền hóa, bền nhiệt nhạy với chất khí quan tâm nghiên cứu rộng khắp có nhiều ứng dụng rộng rãi Vật liệu nano Fe2O3 đa hình thái nghiên cứu, chế tạo nhiều phương pháp Trong luận văn, vật liệu nano Fe2O3 chế tạo phương pháp nhiệt thủy phân Đây phương pháp cho phép chế tạo mẫu với số lượng lớn có hiệu suất cao, độ lặp lại tốt có tính kinh tế Với đề tài:” Cải thiện đặc tính nhạy khí vật liệu nano α-Fe2O3”, luận văn vào phần chế tạo vật liệu nano Fe2O3 sử dụng phương pháp pha tạp hay tổ hợp để cải thiện tính chất nhạy khí vật liệu ban đầu Cụ thể vật liệu nano Fe2O3 pha tạp với ôxít CuO tổ hợp với vật liệu nano hạt WO3 Ngoài phần Mở đầu, Kết luận Danh mục tài liệu tham khảo, luận án trình bày chương: Chương I: Tổng quan vật liệu Fe2O3 cảm biến khí Giới thiệu vật liệu Fe2O3, phương pháp chế tạo vật liệu cảm biến khí khả ứng dụng vật liệu Fe2O3 cảm biến khí Chương II: Thực nghiệm Trình bày chế tạo vật liệu, phương pháp nghiên cứu cấu trúc phương pháp nghiên cứu đặc tính nhạy khí vật liệu Chương III: Kết thảo luận Trình bày vật liệu chế tạo, đặc tính nhạy khí đo đạc, kết luận tính khả dụng vật liệu Nguyễn Phan Thắng 2012 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU Fe2O3 VÀ CẢM BIẾN KHÍ 1.1 Vật liệu Fe2O3 Vật liệu ôxít sắt có nhiều ứng dụng quan trọng tự nhiên đời sống Trong y học, Fe2O3 ôxít sắt Fe3O4 chất hoạt động hóa học bề mặt, chất tương thích sinh học không độc hại Ôxít sắt mà đặc biệt hạt nano ôxít sắt với tính chất từ nên ứng dụng rộng rãi y học làm chất tương phản chụp ảnh cộng hưởng từ, đánh dấu mô tế bào ung thư, điều khiển dẫn thuốc vào thể, dùng liệu pháp nhiệt vùng - tế bào đánh dấu hạt nano ôxít sắt đốt nóng trường xoay chiều tác động đến tế bào đó, nhiệt sinh gây kích thích đến để giết chết tế bào gây hại Ngoài nguyên tố sắt biết đến thành phần vi lượng tế bào hồng cầu máu Trong công nghiệp, ôxít sắt nguồn nguyên liệu để sản xuất gang, thép sản phẩm hợp kim khác sắt - sản phẩm công nghiệp nặng Trong khoa học địa chất, tính chất từ hợp phần ôxít sắt sử dụng để xác định tuổi loại đất đá… Sắt ôxít dùng làm xúc tác cho phản ứng quan trọng như: phản ứng tổng hợp NH3 (Fe3O4 - Al2O3 - K2O - CaO), phản ứng Shift (Fe3O4 - Cr2O3), phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch (Fe3O4 5-10% Cr2O3), phản ứng tách nước etyl benzen thành styren (α-Fe2O3 - K2O), phản ứng ôxi hóa rượu tạo aldehyde xeton (α-Fe2O3 - MoO3) nhiều ứng dụng xúc tác sắt ôxít xúc tác trình ôxi hoá tạp chất hữu loại bỏ khí CO độc hại khói thuốc [1] Sơ đồ hình mô tả khả ứng dụng rộng rãi ôxít sắt Ta thấy ôxít sắt có tầm quan trọng đặc biệt lĩnh vực khoa học sống Ôxít sắt tìm thấy nhiều tự nhiên: đất đá, nước ngầm tồn dạng quặng sắt Ở Việt Nam quặng sắt tìm thấy nhiều nơi Hà Tĩnh, Thái Nguyên, Yên Bái, Cao Bằng … [20] Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình Sơ đồ ứng dụng sắt lĩnh vực sống Ôxít sắt có ba dạng thù hình ôxít FeO, Fe2O3 Fe3O4 –đây coi hỗn hợp loại ôxít Mỗi loại có cấu trúc đặc tính điện, hóa, xúc tác riêng Tuy nhiên tính chất ôxi hóa khử gốc ion sắt Fe2+ Fe3+ ôxít mà vật liệu ôxít sắt thể tính chất khác Các ôxít chứa ion Fe2+ thường có xu bị ôxi hóa để trở thành Fe3+ Các ion Fe3+ có tính ôxi hóa yếu nên bền tồn điều kiện môi trường Do đặc tính bền Fe2O3 nên nghiên cứu tập trung nhiều vào việc chế tạo dạng cấu trúc nano vật liệu nghiên cứu tính chất ứng dụng 1.1.1 Cấu trúc tinh thể Cấu trúc ôxít sắt xác định chủ yếu nhiễu xạ tia X nhiễu xạ nơtron đơn tinh thể với thông tin bổ xung từ phổ hồng ngoại, nhiễu xạ điện tử kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao Một vài năm sau ứng dụng thành công phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc tinh thể, Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình 26 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) mẫu pha tạp với ti lệ khối lượng CuO 0,5% Cũng với phương pháp nhiệt thủy phân, mẫu hạt nano WO3 chế tạo thành công với độ đồng cao [16] Hạt nano WO3 có kích thước đường kính cỡ 20-30 nm chụp SEM hình 27 Kích thước hạt nano WO3 nhỏ so với cầu Fe2O3, tiến hành tổ hợp hạt WO3 đến khoảng trống nano Fe2O3 Hình 28 ảnh SEM phổ EDX mẫu nano -Fe2O3 tổ hợp WO3 theo tỉ lệ khối lượng Fe:W 60:40 Hạt nano WO3 phủ bề mặt xen kẽ vào cầu nano Fe2O3 Phổ EDX cho thấy có đỉnh Fe, W O, mẫu hoàn toàn tạp chất, với tỉ lệ Fe:W tương đồng lý thuyết tính toán trước tổ hợp 33 Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình 27 Ảnh FE-SEM hạt nano WO3 sau nhiệt thủy phân 180oC a b Hình 28 Ảnh SEM (a) phổ EDX (b) mẫu - Fe2O3 tổ hợp WO3 với tỉ lệ khối lượng Fe:W=60:40 3.2 Các kết đo nhạy khí 3.2.1 Đặc trưng nhạy khí vật liệu nano α-Fe2O3 pha tạp CuO Vật liệu nano α-Fe2O3 vật liệu tiềm lĩnh vực cảm biến khí Vật liệu nano α-Fe2O3 thể khả nhạy với nhiều khí Tuy khuyết điểm vật liệu độ nhạy với cồn khí ga không cao, khả chọn lọc kém, tương tác với nhiều khí thử tồn môi trường Do vấn đề quan tâm khắc phục hai nhược điểm vật liệu nano α- Fe2O3 34 Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình 29 Đặc trưng nhạy khí theo nhiệt độ Fe2O3 với khí LPG cồn Trên hình 29 cho thấy vật liệu Fe2O3 nhạy với khí LPG cồn, độ nhạy chúng điều kiện nhiệt độ tương đối gần Như vậy, khả phân biệt khí khó khăn, có tính chọn lọc Có nhiều hướng để tác động vào vật liệu thay đổi tính chất vật liệu pha tạp ôxít kim loại, tổ hợp vật liệu với nhau, sử dụng cảm biến đa lớp Trong luận văn tiến hành pha tạp CuO vào vật liệu nano α- Fe2O3, đồng thời vật liệu ôxít sắt tổ hợp với hạt WO3 chế tạo theo qui trình chuẩn nhóm cảm nghiên cứu Qua hình 30 nhận thấy mẫu vật liệu pha tạp CuO cải thiện đáng kể độ nhạy với cồn thể tình bán dẫn loại n vật liệu khảo sát Cụ thể 350oC với nồng độ khí thử 2500 ppm mẫu vật liệu cho độ nhạy khoảng 5,41 lần mẫu pha tạp CuO theo tỉ lệ khối lượng 0,5%, 1%, 1,5%, 2% cho độ nhạy tương ứng 14,67; 16,29; 12.72 11,41 lần Như bắt đầu pha tạp độ nhạy mẫu với cồn bắt đầu tăng đạt giá trị tối ưu với tỉ lệ khối lượng pha tạp CuO 1% Khi tăng tỉ lệ pha tạp CuO lên 1,5% 2% độ nhạy với cồn lại có xu hướng giảm xuống 35 Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình 30 Độ nhạy vật liệu Fe2O3 pha tạp CuO mẫu với cồn nồng độ 2500 ppm Đối với khí ga mẫu pha tạp không cải thiện độ nhạy, chí giảm chút, điều thể vật liệu pha tạp có xu hướng chọn lọc với cồn Đồng thời nhận thấy nhiệt độ làm việc tối ưu mẫu pha tạp 350oC nhiệt độ làm việc mẫu pha tạp 1% CuO Khảo sát phụ thuộc độ nhạy vào nhiệt độ làm việc để tìm nhiệt độ làm việc tối ưu thiếu trình nghiên cứu chế tạo cảm biến dựa vật liệu oxide bán dẫn Bên cạnh đó, việc khảo sát độ nhạy phụ thuộc vào nồng độ khí thực 36 Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình 31 Đáp ứng cồn 350oC mẫu pha tạp 1% CuO Đường đáp ứng cồn 350oC mẫu Fe2O3 pha tạp CuO có tỉ lệ khối lượng 1% đưa Đáp ứng mẫu ổn định với lượng khí đưa vào 500; 1000; 1500; 2000; 2500 ppm Đường hồi phục tốt, khoảng 1-2 phút mẫu trạng thái ban đầu Hình 32 Sự phụ thuộc độ nhạy vào nồng độ cồn mẫu màng 350oC 37 Nguyễn Phan Thắng 2012 Chúng ta biết khảo sát phụ thuộc độ nhạy vào nồng độ khí yếu tố quan trọng ứng dụng chế tạo cảm biến khí Hình 32 phụ thuộc độ nhạy cảm biến sở vật liệu nano α- Fe2O3 vật liệu pha tạp vào nồng độ cồn 350oC Kết thực nghiệm rằng, độ nhạy cảm biến phụ thuộc mạnh vào nồng độ khí thử Độ nhạy cảm biến tăng tăng nồng độ khí thử Điều giải thích sau: Tại nhiệt độ định, nồng độ khí thử vào nhiều, lượng khí khuyếch tán vào màng tăng lên điện trở màng giảm độ nhạy tăng 3.2.2 Đặc trưng nhạy khí vật liệu Fe2O3 tổ hợp WO3 3.2.2.1 Đặc trưng nhạy cồn Sau mẫu tổ hợp chế tạo thành công, vật liệu phủ lên điên cực đo để khảo sát đặc trưng nhạy khí với cồn LPG Với dải nhiệt độ đo từ 200-400oC Các mẫu khảo sát thể tính chất ổn định cao Trên hình 33 đường đo đặc trưng điện trở theo thời gian với nồng độ cồn từ 500 ppm đến 5000 ppm Các mẫu thể độ ổn định vật liệu cao với lượng nồng độ khí thử khác a, Fe : W= 70:30 b, Fe:W=60:40 Hình 33 a;b Đường đo đặc trưng nhạy khí vật liệu 370oC 38 Nguyễn Phan Thắng 2012 d, Fe2O3 c, Fe:W=30:70 Hình 33 c;d Đường đo đặc trưng nhạy khí vật liệu 370oC Sau khảo sát đặc tính nhạy cồn vật liệu Fe2O3, đường đặc trưng độ nhạy theo dải nhiệt độ 200-400oC đưa hình 34 Điều đặc biệt khả nhạy cồn có thay đổi rõ rệt: việc nhạy nhiệt độ cao mẫu Fe2O3 mẫu tổ hợp có điểm nhạy nhiệt độ thấp 250oC với hai mẫu có tỉ lệ khối lượng Fe:W 70:30 60:40 Trong mẫu tỉ lệ Fe:W 60:40 có độ đáp ứng nhiệt độ 250oC tốt với 13,49 lần Hình 34 Hồi đáp α-Fe2O3 tổ hợp WO3 với 5000 ppm cồn dải nhiệt độ 200-400oC 39 Nguyễn Phan Thắng 2012 Khi tăng tỉ lệ tổ hợp tới Fe:W 30:70 độ nhạy lại trở lên bình thường độ đáp ứng tỉ lệ thuận theo nhiệt độ đạt độ nhạy cao lên 13 lần 400oC Hình 35 Đáp ứng α-Fe2O3 tổ hợp WO3 với cồn 390oC Hình 36 Đáp ứng α-Fe2O3 tổ hợp WO3 với cồn 250oC Hình 35, 36 cho thấy rõ đặc tính đáp ứng với nồng độ cồn mẫu nhiệt độ thấp cao Như mẫu Fe2O3 tổ hợp WO3 đưa khả ứng dụng cao độ nhạy cồn tăng lên Hơn với mẫu có tỉ lệ khối lượng Fe:W 60:40 cho thấy, vật liệu tổ hợp có khả làm việc nhiệt độ thấp 250oC so với mẫu Do bước đầu thành công việc cải thiện tính chất nhạy khả làm việc vật liệu 3.2.2.2 Đặc trưng nhạy LPG Các mẫu α-Fe2O3 tổ hợp WO3 sau khảo sát với cồn khảo sát tính chất đáp ứng với khí thử LPG Kết đo cho thấy cải thiện rõ rệt độ đáp ứng vật liệu với khí thử LPG Cụ thể hình 37 ta thấy rõ độ nhạy tăng lên, nhạy cao với mẫu có tỉ lệ Fe:W 70:30 370oC với 93,79 lần nhạy Đây cải thiện rõ rệt so với mẫu trước Tuy nhiệt độ làm việc hạn chế nhiệt độ cao, rõ ràng vật liệu có cải thiện rõ rệt tính chọn lọc Vật liệu có độ nhạy LPG vượt trội so với cồn cho thấy tính ứng dụng cao 40 Nguyễn Phan Thắng 2012 Hình 37 Độ nhạy α-Fe2O3 tổ hợp WO3 Với khí LPG dải 200400oC Các đường đặc trưng độ nhạy theo nhiệt độ độ thuận nghịch tăng nồng độ khí thử Ở đây, nồng độ LPG tăng lên độ đáp ứng cảm biến tăng lên Hình 38 Độ nhạy α-Fe2O3 tổ hợp WO3 với khí LPG 370oC Như vậy, vật liệu nano α-Fe2O3 sau pha tạp tổ hợp cải thiện tính chọn lọc độ nhạy khí Cụ thể mẫu pha tạp CuO 1% khối lượng thể độ nhạy với khí LPG đồng thời nâng cao tính nhạy khí với cồn Mẫu Fe2O3 41 Nguyễn Phan Thắng 2012 tổ hợp WO3 với tỉ lệ khối lượng Fe:W 60:40 giảm nhiệt độ làm việc xuống 250oC Mẫu Fe2O3 tổ hợp WO3 với tỉ lệ khối lượng Fe:W 70:30 có độ nhạy vượt trội với khí LPG so với cồn 370oC: với cồn độ nhạy 11,7 lần; với khí LPG độ nhạy lên tới 93,79 lần 42 Nguyễn Phan Thắng 2012 KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu chế tạo nano α-Fe2O3 phương pháp nhiệt thủy phân đồng thời nghiên cứu cải thiện đặc tính nhạy khí vật liệu phương pháp pha tạp CuO tổ hợp với hạt nano WO3, thu số kết luận sau:  Đã chế tạo thành công vật liệu α-Fe2O3 có cấu trúc dạng nhím biển với đường kính 2-5 µm cánh nano có chiều dài cỡ 300-500 nm, đường kính cỡ vài chục nm  Vật liệu pha tạp nano α-Fe2O3 CuO với tỉ lệ khối lượng Fe2O3:CuO 0,5%; 1%; 1,5% 2% nghiên cứu chế tạo  Vật liệu tổ hợp nano Fe2O3 hạt nano WO3 chế tạo thành công với tỉ lệ khác khối lượng nguyên tử Fe:W  Đã khảo sát đặc tính nhạy khí vật liệu Fe2O3 pha tạp CuO vật liệu tổ hợp Fe2O3 tổ hợp WO3 Các kết cho thấy: vật liệu Fe2O3 pha tạp CuO tăng cường tính chọn lọc với cồn, nhạy 350oC với tỉ lệ CuO 1% không nhạy với khí LPG Vật liệu tổ hợp Fe2O3 tổ hợp WO3 khảo sát với khí LPG cồn, kết cho thấy: vật liệu nhạy với cồn nhiệt độ thấp 250oC cho kết độ nhạy cao với mẫu có tỉ lệ khối lượng Fe:W= 60:40; đồng thời với khí LPG vật liệu thể tính nhạy vượt trội 370oC với mẫu có tỉ lệ Fe:W= 70:30 Kết cho thấy cải thiện đáng kể độ nhạy tính chọn lọc với khí thử, đồng thời mở hướng ứng dụng làm cảm biến khí vật liệu 43 Nguyễn Phan Thắng 2012 CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ Hieu Pham Ngoc, Toan Phi Van, Thang Nguyen Phan, Vuong Dang Duc, Chien Nguyen Duc, (2011), Synthesis and Gas-Sensing Properties of Hollow Sea Uchin-Like α-Fe2O3 Nanostructure, e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 9, pp 508-511 Nguyễn Hoàng Hưng, Nguyễn Phan Thắng, Đặng Đức Vượng, Nguyễn Đức Chiến (2011), Gas sensing property of CuO doped hollow sea urchinlike α-Fe2O3 material, Hội nghị Việt – Hàn lần thứ (VKIJSAM)– Hà Nội Nguyen Phan Thang, Dang Duc Vuong, Pham Ngoc Hieu, Khuc Quang Trung, Vu Xuan Hien and Nguyen Duc Chien (2010), LPG sensing properties of α-Fe2O3 nanorods/SnO2 nanorods composite, International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology 5th (IWAMSN2010) Nguyễn Phan Thắng, Nguyễn Hoàng Hưng, Đặng Đức Vượng, Nguyễn Đức Chiến (2011), Nanocomposites of Fe2O3 nanorods with WO3 and SnO2 nanoparticles for gas sensor application, Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS) – Hồ Chí Minh 44 Nguyễn Phan Thắng 2012 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cornell R.M., Schwertmann U (2003), The Iron Oxides, ISBN – 527-30273 Gu J., Li S., Wang E., Li Q., Sun G., Xu R., Zhang H., (2009), Singlecrystalline α-Fe2O3 with hierarchical structures: Controllable synthesis, formation mechanism and photocatalytic properties, Journal of Solid State Chemistry 182, pp 1265–1272 Hieu Pham Ngoc, Toan Phi Van, Thang Nguyen Phan, Vuong Dang Duc, Chien Nguyen Duc, (2011), “Synthesis and Gas-Sensing Properties of Hollow Sea Uchin-Like α-Fe2O3 Nanostructure”, e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 9, pp 508-511 Huo L., Li Q., Zhao H., Yu L., Gao S., Zhao J (2005), Sol–gel route to pseudocubic shaped -Fe2O3 alcohol sensor: Preparation and characterization, Sensors and Actuators B 107, pp 915–920 Nguyễn Hoàng Hưng, Nguyễn Phan Thắng, Đặng Đức Vượng, Nguyễn Đức Chiến (2011), Gas sensing property of CuO doped hollow sea urchin-like αFe2O3 material, Hội nghị Việt – Hàn lần thứ (VKIJSAM)– Hà Nội Liao L., Zheng Z., Yan B., Hang J X., Gong H., Li J C., Liu C., Shen Z X., and Yu T (2008), Morphology controllable synthesis of - Fe2O3 1D nanostructures: Growth mechanism and nano device based on single nanowire, The Journal of Physical Chemistry 112, pp 10784–10788 Liu H., Wang G., Park J., Wang J., Liu H., Zhang C (2009), Electrochemical performance of-Fe2O3 nanorods as anode material for lithium-ion cells, Electrochimica Acta 54, pp 1733–1736 Mandal S., Muller A H E (2008), Facile route to the synthesis of porous αFe2O3 nanorods ,Materials Chemistry and Physics 111, pp 438–443 45 Nguyễn Phan Thắng 2012 Nasibulin A G., Rackauskas S., Jiang H., Tian Y., Mudimela P R., Shandakov S D., Nasibulina L I., Sainio J., and Kauppinen E I (2009), Simple and Rapid Synthesis of α-Fe2O3 Nanowires Under Ambient Conditions, Nano Res 2, pp 373-379 10 Patil L.A (2009),, Fe2O3 - ZnO based Gas Sensors, Sensors and Transducers Journal, pp 10468-75 11 Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến, (2000), “Giáo trình Cảm biến” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 12 Shao H F., Qian X F., Yin J., Zhu Z.K (2005), Controlled morphology synthesis of β-FeOOH and the phase transition to Fe2O3, Journal of Solid State Chemistry 178, pp 3130–3136 13 Tang H., Yan M., Zhang H., Li S., Ma X., Wang M., Yang D (2006), AselectiveNH3 gas sensor based on Fe2O3–ZnO nanocomposites at room temperature, Sensors and Actuators B, pp 114 910–915 14 Nguyen Phan Thang, Dang Duc Vuong, Pham Ngoc Hieu, Khuc Quang Trung, Vu Xuan Hien and Nguyen Duc Chien (2010), LPG sensing properties of αFe2O3 nanorods/SnO2 nanorods composite, International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology 5th (IWAMSN2010) 15 Nguyễn Phan Thắng, Nguyễn Hoàng Hưng, Đặng Đức Vượng, Nguyễn Đức Chiến (2011), Nanocomposites of Fe2O3 nanorods with WO3 and SnO2 nanoparticles for gas sensor application, Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS) – Hồ Chí Minh 16 Đặng Đức Vượng, Nguyễn Hoàng Hưng, Nguyễn Đức Chiến (2009), Tính chất điện đặc trưng nhạy khí NH3 màng mỏng WO3, Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS) - Đà Nẵng 46 Nguyễn Phan Thắng 2012 17 Wang Y., Wang S., Zhao Y., Zhu B., Kong F., Wang D., Wu S., Huang W., Zhang S (2007),“H2S sensing characteristics of Pt-doped a-Fe2O3 thick film sensors”, Sensors and Actuators B 125, pp 79–84 18 Xie X., Yang H., Jiao H., Ma J., Zhang L., Li L., Yu J., Zhang R., Yang W (2009), Controlled synthesis and magnetic property of α-Fe2O3 nanocubes and hollow microspheres constructed with α-Fe2O3 nanorods, Journal of Alloys and Compounds 477, pp 90–99 19 Zhang F., Yang H., Xie X., Li L., Zhang L., Yu J., Zhao H., Liu B., (2009), Controlled synthesis and gas-sensing properties of hollow sea urchin – like αFe2O3 nanostructures and – α-Fe2O3 nanocubes, Sensors and Actuators B141, pp 381–389 20 http://vi.wikipedia.org/wiki/Fe2O3 trích dẫn ngày 25/11/2010 21 http://www.synkera.com/pdf/Synkera_DataSheet_Flammable.pdf trích dẫn ngày 27/02/2012 22 http://www.intlsensor.com/pdf/catalyticbead.pdf trích dẫn ngày 27/02/2012 23 http://www.intlsensor.com/pdf/electrochemical.pdf trích dẫn ngày 27/02/2012 24 http://www.intlsensor.com/pdf/infrared.pdf trích dẫn ngày 27/02/2012 47 ... tính nhạy khí vật liệu nano α-Fe2O3 , luận văn vào phần chế tạo vật liệu nano Fe2O3 sử dụng phương pháp pha tạp hay tổ hợp để cải thiện tính chất nhạy khí vật liệu ban đầu Cụ thể vật liệu nano. .. 31 3.1 Vật liệu Fe2O3 pha tạp CuO Fe2O3 tổ hợp WO3 31 3.2 Các kết đo nhạy khí 34 3.2.1 Đặc trưng nhạy khí vật liệu nano α-Fe2O3 pha tạp CuO 34 3.2.2 Đặc trưng nhạy khí vật liệu. .. tạo vật liệu cảm biến khí khả ứng dụng vật liệu Fe2O3 cảm biến khí Chương II: Thực nghiệm Trình bày chế tạo vật liệu, phương pháp nghiên cứu cấu trúc phương pháp nghiên cứu đặc tính nhạy khí vật