Tính chất nhạy khí NH3 của vật liệu tổ hợp polyaniline (PANi) với zno và cuo

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI NGUYN MINH KHễI TNH CHT NHY KH NH3 CA VT LIU T HP POLYANILINE (PANi) VI ZnO V CuO LUN VN THC S KHOA HC CHUYấN NGNH: VT Lí K THUT NGI HNG DN KHOA HC TS NGUYN ANH PHC C H NI - 2016 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO LI CM N Trong quỏ trỡnh hc v nghiờn cu ti Vin Vt lý K thut Trng i hc Bỏch khoa H Ni tụi ó nhn c s quan tõm sõu sc v giỳp rt nhit tỡnh ca cỏc thy, cụ giỏo v cỏc anh ch cỏn b khoa hc ca Vin Tụi xin by t lũng bit n sõu sc ti tt c nhng s giỳp quý bỏu ú c bit, tụi xin chõn thnh cm n TS Nguyn Anh Phỳc c, ngi thy ó tn tỡnh nh hng v hng dn tụi sut quỏ trỡnh thc nghim hon thnh lun ny Tụi cng chõn thnh cm n cỏc thnh viờn nhúm cm bin khớ ó giỳp v cú nhng ý kin úng gúp quý bỏu quỏ trỡnh thc hin lun tt nghip Trong quỏ trỡnh nghiờn cu, tụi cũn nhn c s quan tõm giỳp ca cỏc phũng chc nng, phũng thớ nghim khỏc v ngoi trng nh: phũng thớ nghim phõn tớch cu trỳc, phũng thớ nghim quang ph AIST, phũng thớ nghim Hin vi in t - Vin v sinh Dch t Trung ng Mt ln na tụi xin chõn thnh cm n tt c s giỳp ny Cui cựng tụi xin cm n gia ỡnh bn bố, nhng ngi ó ng viờn giỳp c v tinh thn ln vt cht tụi hon thnh lun ny H Ni, ngy thỏng nm 2016 Hc viờn Nguyn Minh Khụi I Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO LI CAM OAN Tụi xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu riờng ca tụi Cỏc kt qu nờu lun l trung thc v cha tng cụng b bt k mt cụng trỡnh no Tỏc gi Nguyn Minh Khụi II Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO MC LC LI M U CHNG 1: TNG QUAN 1.1 Khỏi nim cm bin khớ v cỏc thụng s c trng 1.1.1 Gii thiu, phõn loi v ng dng ca cm bin khớ 1.1.2 Cu to v nguyờn lý lm vic ca cm bin khớ 1.1.3 Cỏc thụng s c trng ca cm bin khớ 1.2 Vt liu ZnO v CuO 1.2.1 Gii thiu .9 1.2.2 Nguyờn lý hot ng ca cm bin oxit bỏn dn 1.2.3 Vt liu ZnO cu trỳc nano 12 1.2.4 Vt liu CuO cu trỳc nano 16 1.3 Vt liu polyaniline (PANi) .17 1.3.1 Gii thiu 17 1.3.2 Phng phỏp doping húa, iu kin to polymer dn 18 1.3.3 C ch nhy khớ 20 1.3.4 Vt liu PANi 21 1.4 Vt liu t hp PANi vi ZnO v CuO 23 1.4.1 C ch nhy khớ ca vt liu t hp 23 1.4.2 Mt s kt qu nghiờn cu nhy ca vt liu t hp 25 CHNG 2: THC NGHIM .27 2.1 Ch to vt liu 27 2.1.1 Quy trỡnh ch to ZnO 27 2.1.2 Quy trỡnh ch to CuO 28 2.1.3 Ch to Polyaniline (PANi) 29 2.1.4 Quy trỡnh trn ZnO, CuO vi PANi 29 2.2 Ph in cc 30 2.2.1 Chun b in cc 30 2.2.2 K thut quay ph (spin-coating) .30 III Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO 2.3 Kho sỏt c trng nhy khớ 31 2.3.1 H o khớ .31 2.3.2 Kho sỏt c trng nhy khớ vi khớ NH3 32 2.4 Phng phỏp kim tra .33 2.4.1 Phng phỏp chp bng kớnh hin vi quột in t (SEM) 33 2.4.2 Phng phỏp phõn tớch cu trỳc vt liu ph nhiu x tia X (XRD) 34 2.4.3 Phng phỏp nghiờn cu cu trỳc vt liu ph tỏn sc nng lng (EDX) 35 CHNG 3: KT QU V THO LUN 37 3.1 Vt liu polyaniline (PANi) .37 3.1.1 Kt qu phõn tớch hỡnh thỏi v cu trỳc vt liu PANi 37 3.1.2 Tớnh nhy khớ ca vt liu PANi 38 3.2 Vt liu ZnO v vt liu t hp ZnO/PANi 41 3.2.1 Kt qu phõn tớch hỡnh thỏi v cu trỳc 41 3.2.2 Tớnh nhy khớ ca vt liu t hp ZnO/PANi .44 3.2.3 nh hng ca t l lng ZnO:PANi ti nhy khớ 51 3.3 Vt liu CuO v vt liu t hp CuO/PANi 53 3.3.1 Kt qu phõn tớch hỡnh thỏi v cu trỳc .53 3.3.2 Tớnh nhy khớ ca vt liu t hp CuO/PANi .56 3.3.3 nh hng ca t l lng CuO:PANi ti nhy khớ 60 KT LUN V KIN NGH 62 DANH MC TI LIU THAM KHO .64 CC CễNG TRèNH KHOA HC CễNG B .67 IV Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO DANH MC BNG Bng 1.1 Cỏc lnh vc ng dng ca cm bin khớ Bng 1.2 Nhng tỏc hi ca khớ NH3 i vi ngi nhng nng khỏc Bng 1.3 Kh nng nhy khớ ca ZnO vi mt s khớ khỏc 13 Bng 1.4 nhy khớ ca vt liu ZnO cu trỳc nano 16 Bng 1.5 nhy khớ ca vt liu CuO cu trỳc nano 17 Bng 1.6 B rng ro th ca mt s polymer 18 Bng 1.7 Cỏc tỏc nhõn ụxi húa 19 Bng 3.1 Thnh phn nguyờn t vt liu t hp ZnO/PANi 43 Bng 3.2 Thi gian ỏp ng v thi gian hi phc trung bỡnh 52 Bng 3.3 Thnh phn nguyờn t vt liu t hp CuO/PANi 55 Bng 3.4 Thi gian ỏp ng v thi gian hi phc trung bỡnh ca mu .61 V Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1 Dng cm bin khớ thng gp Hỡnh 1.2 S thay i in tr cm bin cú mt ca khớ kh .7 Hỡnh 1.3 Nhy khớ ca vt liu PANi ti 100 oC vi NH3 Hỡnh 1.4 Mụ hỡnh tng tỏc ca cm bin oxit bỏn dn vi tng loi khớ 11 Hỡnh 1.5 Gin th hin s thay i cao ro th trờn cỏc ht mụi trng khớ th .12 Hỡnh 1.6 So sỏnh nhy khớ ca cm bin vi cỏc loi khớ NH3 v LGP .15 Hỡnh 1.7 Chui trung tớnh, Polaron v Bipolaron 19 Hỡnh 1.8 Hỡnh v mụ t s chuyn ng ca in t () v l trng (+) .20 Hỡnh 1.9 Cỏc dng cu trỳc ca polyaniline 21 Hỡnh 1.10 Cu trỳc xp ca mt cm bin khớ mụi trng khụng khớ khụ (trỏi) v mụi trng cú s hin din ca oxi (phi) .25 Hỡnh 1.11 a) Lp tip xỳc P-N, b) Lp tip xỳc P-N a khớ NH3 vo .25 Hỡnh 2.1 Quy trỡnh ch to vt liu ZnO 28 Hỡnh 2.2 Quy trỡnh ch to CuO .28 Hỡnh 2.3 Quy trỡnh ch to PANi 29 Hỡnh 2.4 S mụ t k thut quay ph 31 Hỡnh 2.5 S mụ t h o c trng nhy khớ .31 Hỡnh 2.6 Mch nguyờn lý thu thp tớn hiu .32 Hỡnh 2.7 S mỏy chp nh SEM 33 Hỡnh 2.8 S to tia X 35 Hỡnh 3.1 nh SEM vt liu PANi 37 Hỡnh 3.2 Gin XRD ca mu PANi nguyờn cht .38 Hỡnh 3.3 ng ỏp ng khớ ca vt liu PANi (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC 39 Hỡnh 3.4 ỏp ng khớ ca mu PANi theo nhit vi cỏc nng NH3 khỏc 40 VI Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO Hỡnh 3.5 ỏp ng khớ ca mu PANi theo nng vi cỏc nhit khỏc 40 Hỡnh 3.6 nh SEM vt liu ZnO .41 Hỡnh 3.7 Gin XRD ca mu vt liu ZnO x lý nhit 500 oC .42 Hỡnh 3.8 nh SEM vt liu t hp ZnO/PANi .42 Hỡnh 3.9 nh EDX ca mu vt liu t hp ZnO/PANi 43 Hỡnh 3.10 ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp ZnO/PANi 10 % (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC .44 Hỡnh 3.11 ỏp ng khớ theo nhit ca vt liu t hp ZnO/PANi 10 % 45 Hỡnh 3.12 ỏp ng khớ theo nng vt liu t hp ZnO/PANi 10 % .46 Hỡnh 3.13 ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp ZnO/PANi 20 % (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC .47 Hỡnh 3.14 ỏp ng khớ theo nhit vt liu t hp ZnO/PANi 20 % .48 Hỡnh 3.15 ỏp ng khớ theo nng vt liu t hp ZnO/PANi 20 % .48 Hỡnh 3.16 ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp ZnO/PANi 30 % (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC .49 Hỡnh 3.17 ỏp ng khớ theo nhit vt liu t hp ZnO/PANi 30 % .50 Hỡnh 3.18 ỏp ng khớ theo nng ca vt liu t hp ZnO/PANi 30 % 50 Hỡnh 3.19 th so sỏnh ỏp ng khớ NH3 ca mu vt liu t hp ZnO trn 10 %, 20 %, 30 % PANi v PANi thun ti 40 oC vi cỏc nng khỏc 51 Hỡnh 3.20 th so sỏnh ỏp ng khớ NH3 ca mu vt liu t hp ZnO trn 10 %, 20 %, 30 % PANi v PANi thun ti 100 oC vi cỏc nng khỏc 52 Hỡnh 3.21 Gin XRD ca vt liu CuO 53 Hỡnh 3.22 nh SEM ca vt liu t hp CuO/PANi 20 % .54 Hỡnh 3.23 nh EDX ca mu vt liu t hp CuO/PANi 54 Hỡnh 3.24 ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp CuO/PANi 10 % (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC .56 Hỡnh 3.25 ỏp ng khớ theo nhit ca vt liu t hp CuO/PANi 10 % 57 Hỡnh 3.26 ỏp ng khớ theo nng ca vt liu t hp CuO/PANi 10 % 57 VII Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO Hỡnh 3.27 ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp CuO/PANi 20 % (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC .58 Hỡnh 3.28 ỏp ng khớ theo nhit ca vt liu t hp CuO/PANi 20 % 59 Hỡnh 3.29 ỏp ng khớ theo nng ca vt liu t hp CuO/PANi 20 % 59 Hỡnh 3.30 th so sỏnh ỏp ng khớ NH3 ca mu vt liu t hp CuO trn 10 %, 20 % PANi v PANi thun ti 40 oC vi cỏc nng khỏc .60 Hỡnh 3.31 th so sỏnh ỏp ng khớ NH3 ca mu vt liu t hp CuO trn 10 %, 20 % PANi v PANi thun ti 100 oC vi cỏc nng khỏc .60 VIII Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO LI M U Trong thi i phỏt trin ca khoa hc cụng ngh, ngi khụng ch s dng cỏc giỏc quan sinh hc ca c th m cũn s dng cỏc thit b in t nhn bit th gii xung quanh Cỏc thit b in t ú gi l b cm bin Cụng nghip húa phỏt trin lm ny sinh nhiu nguy c v ụ nhim mụi trng v an ton sc khe ngi Chớnh vỡ vy bt u t nhng nm 1950, cỏc nh nghiờn cu trờn th gii ó tỡm thit b cú kh nng phỏt hin khớ c, khớ chỏy ú l cm bin phõn tớch thnh phn khớ Cm bin khớ c ng dng rng rói lnh vc chớnh l: kim tra, giỏm sỏt hm lng khớ mụi trng v phỏt hin, cnh bỏo rũ r khớ Cú rt nhiu loi cm bin khớ khỏc nhng cm bin khớ da trờn c ch thay i in tr c cỏc nh khoa hc c bit quan tõm bi giỏ thnh r, cú kh nng ng dng sn xut cụng nghip Ngi ta thng s dng cỏc loi ụxit bỏn dn ch to cm bin khớ vỡ cú nhiu u im nh giỏ thnh r, bn húa, bn nhit v cho nhy cao vi nhiu cht khớ Tuy nhiờn cỏc ụxit bỏn dn ny u lm vic nhit cao [1,2] ụi nhng tỡnh nht nh khụng th thc hin tng nhit cm bin hot ng c Chớnh vỡ th, vt liu polymer dn ó c nghiờn cu v phỏt trin mnh m bi nú hot ng nhit thp, thm nhit phũng [3] Vt liu pha trn gia polymer dn v ụxit bỏn dn giỳp tng u im ca cm bin [4,5] Vi cỏch ch to n gin, vt liu t hp gia oxit bỏn dn v polymer dn ang l mt hng mi chỳng ta s dng ch to cm bin khớ dựng phỏt hin, cnh bỏo khớ NH Trờn c s nhng phõn tớch trờn õy, tụi ó chn ti lun l: Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaninline (PANi) vi ZnO v CuO c la chn Mc ớch ca ỏn nhm nghiờn cu tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp gia PANi vi ZnO v CuO cu trỳc nano vi t l lng khỏc ca polymer dn PANi c th l: Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO b) Vt liu t hp CuO/PANi Hỡnh 3.22 nh SEM ca vt liu t hp CuO/PANi 20% Vi nhit thy phõn quỏ trỡnh ch to CuO kho sỏt 160 oC, ta ch to c mu CuO trn PANi 20 % nh SEM vt liu t hp CuO trn 20 % PANi hỡnh 3.22 ta thy vt liu CuO õy l dng cú di khong 400 - 500 nm c bao ph bi cỏc ht PANi cú kớch thc 100 - 150 nm ng u ca mu l khỏ tt Sau phõn tớch nh SEM, mu CuO trn PANi 20 % c phõn tớch tip bng gin EDX ti khoa Vt Lý - i hc Quc Gia H Ni Hỡnh 3.23 nh EDX ca mu vt liu t hp CuO/PANi 54 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO Bng 3.3 Thnh phn nguyờn t vt liu t hp CuO/PANi Element Weight % Atomic % CK 6.95 20.02 OK 17.98 38.86 SK 0.48 0.52 CuK 74.59 40.6 Hỡnh 3.23 Ph EDX ca mu, ta thy mu cú cỏc nguyờn t nh C, O, S, Cu Nh vy thỡ ph EDX khụng phỏt hin c nguyờn t Nit mu pha trn iu ny cú th gii thớch l phn trm lng N l quỏ nh, hoc cú th xut hin s chng chp nh tia X vi cỏc nguyờn t khỏc (nh ca nguyờn t K nm gia nh ca nguyờn t C v O) Bng 3.3 biu din thnh phn nguyờn t vt liu t hp CuO/PANi, ta thy lng Cu chim khong 74.59 % v lng O chim khong 17.98 % lng ca hn hp, tc l lng CuO chim khong 91.5 % (theo thc nghim thỡ CuO chim khong 80 %) tc l cú mt lng PANi b mt i Lng PANi mt i l phn ng trựng hp to Polyaniline phn ng khụng hon ton, sau ú c lc ra hn hp Trong mu cũn cú lng nh nguyờn t lu hunh (S) õy l phn d ca APS phn ng Phn N khụng xut hin trờn ph EDX c gii thớch ti Mc 3.2.1b 55 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO 3.3.2 Tớnh nhy khớ ca vt liu t hp CuO/PANi a) Mu vt liu t hp CuO/PANi 10 % 200ppm300ppm 700 200ppm 650 100ppm 100ppm 60oC 50ppm o 40 C 600 550 Điện trở (k) Điện trở (k) 600 650 500 50ppm 550 500 450 400 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Thời gian (s) 50 100 150 200 250 300 350 Thời gian (s) A 450 B 190 300ppm 200ppm o 80 C 100ppm 350 300 300ppm 100ppm 170 Điện trở (k) 50ppm 200ppm 180 400 Điện trở (k) 300ppm 160 50ppm 100oC 150 140 130 120 110 250 100 50 100 150 200 250 300 350 Thời gian (s) 50 100 150 200 250 300 350 Thời gian (s) C D Hỡnh 3.24 ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp CuO/PANi 10 % (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC Trờn hỡnh 3.24 biu din ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp CuO/ PANi 10 % ti cỏc nhit 40 oC, 60 oC, 80 oC, 100 oC, ta thy ng ỏp ng khớ 40 56 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO C v 100 oC cú tng mnh nng khớ th tng Thi gian ỏp ng v thi o gian hi phc khong 15 - 20 s Cỏc kt qu sau x lý c tng hp phõn tớch theo s thay ca nhit v nng ỏp ng khớ theo nng v nhit : ỏp ng khớ theo nhit 50ppm 100ppm 200ppm 300ppm Đáp ứng khí (Rgas/Rair) 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 40 50 60 70 80 Nhiệt độ (oC) 90 100 Hỡnh 3.25 ỏp ng khớ theo nhit ca vt liu t hp CuO/PANi 10% Hỡnh 3.25 biu din ỏp ng khớ ca vt liu t hp CuO/PANi 10 % ta thy ti 80 oC ỏp ng khớ ca vt liu l tt nht (1,7 ln 300 ppm) v ỏp ng khớ thp hn cỏc mc nhit xung quanh Ti 40 oC ỏp ng khớ l thp nht, ch t 1,2 ln - 1,35 ln ng vi gii nng khớ th 50 ppm n 300 ppm Đáp ứng khí (Rgas/Rair) ỏp ng khớ theo nng 40oC 60oC 80oC 100oC 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 50 100 150 200 250 300 Nồng độ (ppm) Hỡnh 3.26 ỏp ng khớ theo nng ca vt liu t hp CuO/PANi 10 % 57 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO Cỏc ng ỏp ng khớ theo nng trờn hỡnh 3.26 khụng tuyn tớnh, nng tng t 50 ppm lờn 100 ppm thỡ s thay i ỏp ng khớ l rừ rt nht, ng ỏp ng khớ dc nht, ú nng t 100 ppm n 300 ppm, ỏp ng khớ tng tuyn tớnh nhng tng khụng nhiu b) Mu vt liu t hp CuO/PANi 20 % Hỡnh 3.27 ng ỏp ng khớ cỏc nhit khỏc cú t l nhiu l thp, iu ny l in tr tng lờn mt lng ln so vi giỏ tr nhiu Thi gian ỏp ng v thi gian hi phc nh, ch t 10 - 15 s 300ppm 1400 200ppm 1000 50ppm 800 Điện trở (k) Điện trở () 40 oC 1000 300ppm 100ppm 60 oC 100ppm 1200 200ppm 1200 50ppm 800 600 600 400 400 50 100 150 200 250 300 350 Thời gian (s) 50 100 A 1000 200ppm 150 200 300ppm 300ppm 200ppm 500 100ppm 80 oC 600 400 Điện trở (k) 800 Điện trở (k) 300 B 100ppm 50ppm 250 Thời gian (s) 100oC 50ppm 400 300 200 200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 50 100 150 200 250 300 350 Thời gian (s) Thời gian (s) C D Hỡnh 3.27 ng ỏp ng khớ ca vt liu t hp CuO/PANi 20 % (A) 40 oC, (B) 60 oC, (C) 80 oC, (D) 100 oC 58 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO Kt qu sau x lý, ta c ỏp ng khớ theo nng v nhit : ỏp ng khớ theo nhit 50 ppm 100 ppm 200 ppm 300 ppm Đáp ứng khí (Rgas/Rair) 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 40 50 60 70 80 o 90 100 Nhiệt độ ( C) Hỡnh 3.28 ỏp ng khớ theo nhit ca vt liu t hp CuO/PANi 20 % Hỡnh 3.28 biu din ỏp ng khớ ca vt liu theo nhit , ti 60 oC ỏp ng khớ ca vt liu l tt nht (3,0 ln 300 ppm) v ỏp ng khớ thp hn cỏc mc nhit xung quanh Ti 40 oC ỏp ng khớ l thp nht Nhit ti u cm bin lm vic l 60 oC ỏp ng khớ theo nng Đáp ứng khí (Rgas/Rair) 3,0 2,8 40oC 60oC 80oC 100oC 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 50 100 150 200 250 Nồng độ (ppm) 300 Hỡnh 3.29 nhy theo nng ca vt liu t hp CuO/PANi 20 % Hỡnh 3.29 S thay i ỏp ng khớ ph thuc vo nng cú th chia vựng Vựng 1, nng thp t 50 - 100 ppm, dc tuyn tớnh cao, tng nng 59 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO t 50 n 100 ppm thỡ ỏp ng khớ tng t 2,1 n 2,5 ln nhit 40 oC Vựng 2, tng dn nng t 100 ppm n 300 ppm tng tuyn tớnh t 2,5 ln n 3,0 ln 60 oC 3.3.3 nh hng ca t l lng CuO:PANi ti ỏp ng khớ 2,6 Đáp ứng khí (Rgas/Rair) 2,4 40oC 2,2 PANi CuO + PANi 10% CuO + PANi 20% 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 50 100 150 200 250 300 Nồng độ (ppm) Hỡnh 3.30 th so sỏnh ỏp ng khớ NH3 ca mu vt liu t hp CuO trn 10 %, 20 % PANi v PANi thun ti 40 oC vi cỏc nng khỏc Đáp ứng khí (Rgas/Rair) 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 100oC PANi CuO+PANi 10% CuO+PANi 20% 50 100 150 200 250 Nồng độ (ppm) 300 Hỡnh 3.31 th so sỏnh ỏp ng khớ NH3 ca mu vt liu t hp CuO trn 10 %, 20 % PANi v PANi thun ti 100 oC vi cỏc nng khỏc Hỡnh 3.30 biu din ỏp ng khớ NH3 ca vt liu PANi, CuO trn 10% PANi, CuO trn 20 % PANi ti 40 oC vi cỏc nng 50 ppm, 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm ta thy ỏp ng khớ ca vt liu PANi khụng trn l t 1,04 ln n 1,15 ln, rt thp so vi hai mu cũn li ỏp ng khớ ca vt liu t hp ZnO trn 60 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO 20 % PANi l cao nht t 1,6 ln n 2,5 ln iu ny c gii thớch l vt liu sau trn cú kớch thc v xp cao hn hn so vi vt liu PANi khụng trn Hỡnh 3.31 biu din ỏp ng khớ NH3 ca vt liu PANi, CuO trn 10 % PANi, CuO trn 20 % PANi ti 100 oC vi cỏc nng 50 ppm, 100 ppm, 200 ppm Ta thy ỏp ng khớ ca vt liu CuO trn 20 % PANi l nhy nht, ỏp ng khớ tng dn t 1,67 ln n 2,28 ln nng khớ th tng Vy c hai nhit 40 oC v 100oC thỡ ỏp ng khớ ca vt liu t hp CuO vi 20 % PANi cao nht ỏp ng khớ tng dn nng khớ tng dn v tng thnh phn PANi t hp vt liu CuO/PANi thỡ nhit lm vic ca cm bin gim gn n nhit phũng C th i vi vt liu t hp CuO trn 20 % PANi thỡ nhit lm vic ti u l 60 oC Bng 3.4 Thi gian ỏp ng v thi gian phc hi trung bỡnh ca mu Thi gian ỏp ng Thi gian hi phc CuO + PANi 10% 15- 20 s 15-20 s CuO+ PANi 20% 10- 15 s 10-15 s PANi 20-25 s 60-70 s Bng 3.4 thng kờ thi gian ỏp ng v thi gian phc hi trung bỡnh ca mu PANi khụng trn v vt liu t hp ZnO vi 10 % PANi, 20 % PANi Ta thy thi gian ỏp ng v thi gian phc hi ca vt liu PANi thun di hn ca cỏc mu vt liu t hp Do ú, õy cú th l hng nghiờn cu ch to cm bin nhy khớ nhit gn vi nhit phũng 61 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO KT LUN V KIN NGH Kt lun - Ch to thnh cụng dõy PANi cu trỳc nano ỏp ng vi khớ NH3 nhit gn vi nhit phũng - Ch to thnh cụng tm ZnO cu trỳc nano vi kớch thc ng u vi b dy vo khong t 40 nm n 60 nm Kớch thc ng kớnh ca tm ZnO 140 nm n 400 nm V t hp vi dõy PANi vi cỏc t l % lng khỏc - Ch to thnh cụng CuO cu trỳc nano cú ng u cao, di khong 400-500nm V t hp vi dõy PANi vi cỏc t l % lng khỏc - Kho sỏt tớnh cht nhy khớ ca vt liu t hp ZnO:PANi vi t l lng 10 % PANi, 20 % PANi, 30 % PANi vi khớ NH3 Trong ú, vt liu t hp ZnO:PANi vi t l lng 70:30 cú tớnh cht nhy khớ cao vi NH3 nhit gn vi nhit phũng (40 oC) Thi gian ỏp ng ca cỏc mu trờn l rt nhanh nhiờn mt vo nhit thỡ thi gian phc hi lõu, thm l khụng phc hi c - Kho sỏt tớnh cht nhy khớ ca vt liu t hp CuO:PANi vi t l lng 10 % PANi, 20 % PANi vi khớ NH3 Vi vt liu t hp CuO: PANi t l lng 80:20, ỏp ng khớ ca vt liu khỏ cao (t giỏ tr cao nht l 3,0 ln 300 ppm v 60 oC) - Da vo cỏc kt qu trờn ta thy nhy ca vt liu t hp ZnO/PANi v CuO/PANi vi khớ NH3 cao hn so vi vt liu PANi thun ln lt l 6,58 ln v 2,36 ln 40 oC vi nng khớ th 300 ppm Thi gian ỏp ng, thi gian phc hi ca vt liu PANi thun chm hn ln lt l 10 s v 50 s so vi cỏc vt liu t hp ZnO/PANi, CuO/PANi - nhy ca vt liu t hp ph thuc vo lp tip xỳc P-N v xp ca vt liu Lp tip xỳc P-N cng rng thỡ nhy cng cao, cu trỳc vt liu cng xp thỡ nhy cng cao v ngc li 62 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO Kin ngh - Kho sỏt tớnh chn lc ca cỏc mu vt liu t hp - Kho sỏt vt liu t hp oxit bỏn dn vi t l theo lng PANi khỏc v tỡm mc ti u - Ch to cỏc hỡnh thỏi ca oxit bỏn dn, polymer dn kho sỏt nhit v cỏc loi khớ khỏc - Nghiờn cu nh hng t l lng ca vt liu t hp gia oxit bỏn dn khỏc vi cỏc polymer dn khỏc n tớnh cht nhy khớ 63 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO DANH MC TI LIU THAM KHO [1] Dng Th Thỳy, lun thc s (2015) Nguyờn cu tớnh nhy khớ ca vt liu dõy nano SnO2 bin tớnh bi WO3, i hc s phm H Ni [2] Th Thu, lun thc s (2014) Nghiờn cu v ch to vt liu cu trỳc nano TiO2 dng ng ng dng cm bin khớ, i hc Cụng ngh [3] Chu Vn Tun, Trn Chung, Mai Vn Tun (2012) Nghiờn cu ch to cm bin nhy hi etanol trờn c s vt liu polymer dn in, Tp khoa hc t63-67 [4] Geng Li-na, Hebei (2009), Gas sensitivity of polyaniline/SnO2 hybrids to volatile organic compounds, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 19, 678683 [5] R.Archana, B.Divya Priya, M.Monisha, T.Vinoth, P.Raji, P.Krishna Sharma (2010), Synthesis of Al/ZnO-PANi Nanocomposites for sensing Application, Special Issue on IEEE Sponsored Intrernational Conference on Intelligent Systems and Control, [6] Vn Bng, ỏn tt nghip (2015), Cm bin khớ trờn c s vt liu CuO pha trn Polyaniline, i hc Bỏch Khoa H Ni [7] Chu Anh Tun, lun ỏn tin s (2013) Nghiờn cu tng hp dõy nano polyaniline bng phng phỏp in hoỏ ng dng ch to cm bin, Vin o to quc t v khoa hc vt liu (ITIMS), i hc Bỏch Khoa H Ni [8] Kennedy M (2004), Investigation of tin oxide (SnOx) gas sensors based on monodisperse nanoparticle films, Dissertation, Der Fakultăat făur [9] Chaolei Huang, Xiaojun Tian, Jie Liu, Wenxue Wang, Zaili Dong, Lianqing Liu (2013), Fabrication of a single CuO nanowire-based gas sensor working at room temperature, Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO), 2013 International Conference on [10] Martel A, Caballero - Briones F, Quintana P, Bartolo Perez P, Pena J.L (2007), X - ray study of tin oxide films obtained by reactive DC sputtering from a metallic tin target in pure oxygen plasma, Surface and Coatings Technology 2010, 4659 - 4665 64 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO [11] Dinesh K Aswal, Shiv K Gupta (2007), Science and technology of chemiresistor gas sensors, Science and Technology of Chemiresistor Gas Sensor, ISBN: 978-1-60021-514-8, 20-177 [12] ng Trung, ỏn tt nghip (2013), Nghiờn cu ch to Nano ZnO bng phng phỏp nhit thy phõn, ng dng cho cm bin nhy khớ, i hc Bỏch khoa H Ni [13] Trnh Thanh Thy, Lun thc s (2009), Nghiờn cu mng mng ZnO cú tớnh cht nhy khớ , i hc khoa hc t nhiờn, HQG TPHCM [14] Nguyn Th Lan Phng, Lun thc s (2009), Nghiờn cu ch to v kho sỏt tớnh cht nhy khớ ca vt liu ZnO nanowires, i hc Khoa hc t nhiờn, H QGHN [15] Nguyn c Khoỏng, Lun ỏn tin s (2016), Nghiờn cu ch to dõy, nano ZnO v vt liu lai ZnO-SnO2, ZnO-LaOCl nhm ng dng cho cm bin khớ, Vin o to quc t v khoa hc vt liu (ITIMS), Trng i hc Bỏch Khoa H Ni [16] P Samarasekara and Yapa (2007), Effect of sputtering conditions on the gas sensitivity of copper oxide thin, Sri Lankan Journal of Physics, 8, 21-27 [17] M E Mazhar, G Faglia, C Baratto, E Comini, D Zappa, R Kumar, G Sberveglieri (2014), P-type CuO nanowires and thin film for highly sensitive kelvin probe gas sensing applications, Procedia Engineering, 87, 16-19 [18] Aixia Gu, Guangfeng Wang, Xiaojun Zhang (2010), Synthesis of CuO nanoflower and its application as a H2O2 sensor, Bulletin of Materials Science, 33, 17-20 [19] Mai Anh Tuan, Nguyen Van Hieu, Tran Trung, Chu Van Tuan (2011), Electrochemical Synthesis of polyaniline nanowires as hydrogen gas sensor, The Vietnam - Korea International Symposium on Advanced Materials anh Their Processing, Hanoi, Vietnam, 14 - 15, 12 - 16 [20] Chu Van Tuan, Mai Anh Tuan, Nguyen Van Hieu, Tran Trung (2012), Electrochemical Synthesis of polyaniline nanowires on Pt interdigitated 65 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO microelectrode for room temperature NH3 gas sensor application, Current Applied Physics, 12, 1011 - 1016 [21] Chu Anh Tun, lun ỏn tin s (2013), Nghiờn cu tng hp dõy nano polyaniline bng phng phỏp in hoỏ ng dng ch to cm bin, Vin o to quc t v khoa hc vt liu (ITIMS) i hc Bỏch Khoa H Ni [22] A.L Kukla a, Yu.M Shirshov, S.A Piletsky (1996), Ammonia sensors based on sensitive polyaniline films, Sensors and Actuators B:Chemical, 3, 135-140 [23] Mohammad Hafizuduin Hajijumali, Norhachimah Ramli, Izura Izzuddin, Muhamad Mat Salleh & Muhammad Yahay (2011), Infuence of PANI Additions on Methanol Sensing Properties of ZnO Thin Films, Sains Malaysiana, 40, 203-208 [24] Jian Gong,Yinhua Liand, Yulin Deng (2010), UV and visible light controllable depletion zone of ZnO-polyanilinep n junction and its application in a photoresponsive sensor, Physical chemistry chemical physics : PCCP, 14864-7 [25] Correia Pires (2003),Thin films for gas sensor, Departmen to de Fisica, Sensors and Actuators B: Chemical, 3, 175-182 [26] Schmid W (2004), Consumption measurements on SnO2 sensors in low and normal oxygen concentration, Essenzur Erlangung des akademischen Gradeseines [27] Patil, Chougule, Pawar, Shashwati (2011), Fabrication of Polyaniline/ZnO Nanocomposite Gas Sensor, Sensors & Transducers 134.11, 120-131 [28] Nguyn Vn Tuyờn, Lun thc s (2012), Nghiờn cu ch to vt liu nano ZnO, TiO2 dựng cho pin mt tri s dng cht nhy mu, i hc Khoa hc t nhiờn [29] Li Li Yang (2006), Synthesis and Characterization of ZnO Nanostructures, Journal of Crystal Growth, 289, 2663 - 669 [30] Zhong Lin Wang (2013), Zinc oxide nanostructures: growth, properties and applications, Journal of Materials Science, 48, 612 - 624 [31] Chaolei Huang, Xiaojun Tian, Jie Liu, Longhai Li, Zengxu Zhao, Wenxue Wang, Zaili Dong, Lianqing Liu (2013), Study on fabrication and characterization of single CuO nanowire devices, Nanotechnology (IEEE-NANO), 2013 13th IEEE Conference on 66 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO [32] Ivanna Troppe, Karina Pierpauli, Paolo N Catalano (2011), CuO nanowire sensing at room temperature, Astronomy and Nuclear Physics [33] Bựi Anh Tun, ỏn tt nghip (2014), Nghiờn cu, ch to v kho sỏt tớnh nhy khớ ca vt liu composite ZnO/CuO, i hc Bỏch Khoa H Ni [34] Nguyn c Thin, lun ỏn tin s (2014), Nghiờn cu tng hp v tớnh cht nhy khớ ca vt liu nanocomposite trờn nn polyaniline v polypyrrole, i hc Bỏch khoa H Ni [35] Amir Mostafaei, Ashkan Zolriasatein (2012), Synthesis and characterization of conducting polyaniline nanocomposites containing ZnO nanorods, Progress in Natural Science: Materials International, 22, 4273 - 280 67 Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp polyaniline (PANi) vi ZnO v CuO CC CễNG TRèNH KHOA HC CễNG B Nguyn Anh Phỳc c, Vn Bng, Nguyn Minh Khụi, c Th, ng c Vng, Nguyn c Chin, Tớnh cht nhy khớ NH3 ca vt liu t hp SnO2/Ppy v CuO/Pani 68 ... trúc vật liệu nano ZnO, CuO, PANi vật liệu tổ hợp ZnO/ PANi, CuO/ PANi thông qua phép đo SEM, XRD, EDX thảo luận tính chất nhạy khí vật liệu Tính chất nhạy khí NH3 vật liệu tổ hợp polyaniline (PANi). .. ứng khí theo nhiệt độ vật liệu tổ hợp CuO/ PANi 10 % 57 Hình 3.26 Độ đáp ứng khí theo nồng độ vật liệu tổ hợp CuO/ PANi 10 % 57 VII Tính chất nhạy khí NH3 vật liệu tổ hợp polyaniline (PANi) với ZnO. .. hình thái vật liệu CuO khác phương pháp này[18,31] 16 Tính chất nhạy khí NH3 vật liệu tổ hợp polyaniline (PANi) với ZnO CuO b) Ảnh hưởng vật liệu CuO cấu trúc nano đến tính chất nhạy khí Tác giả