Nghiên cứu tính chất nhạy hơi của vật liệu lai sợi nano sno2 và tấm nano mos2

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG CHIẾN NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU LAI SỢI NANO SnO2 VÀ TẤM NANO MoS2 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Bình Định – 2019 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG CHIẾN NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU LAI SỢI NANO SnO2 VÀ TẤM NANO MoS2 Chuyên ngành : Vật lý chất rắn Mã số Người hướng dẫn khoa học : 8440104 : TS Dương Anh Tuấn GS TS Nguyễn Văn Hiếu iii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu tính chất nhạy khí vật liệu lai sợi nano SnO2 nano MoS2” thành nghiên cứu thân hướng dẫn tập thể hướng dẫn GS TS Nguyễn Văn Hiếu TS Dương Anh Tuấn thực Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS), trường Đại học Bách khoa Hà Nội Những kết chưa xuất công bố tác giả khác Các kết thu xác hồn tồn trung thực Bình Định, ngày 20 tháng 07 năm 2019 Học viên Nguyễn Hồng Chiến iv Lời cảm ơn Tơi xin bày tỏ kính trọng lòng biết ơn sâu sắc đến hai người Thầy hướng dẫn GS TS Nguyễn Văn Hiếu TS Dương Anh Tuấn hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi nhiều q trình thực luận văn Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS), trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy cô giáo khoa Vật lý trường Đại học Quy Nhơn tận tình giảng dạy, cung cấp kiến thức bổ ích làm tiền đề để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin cảm ơn Thầy PGS TS Nguyễn Đức Hòa, Thầy PGS TS Nguyễn Văn Duy, Thầy TS Chử Mạnh Hưng Thầy TS Nguyễn Văn Tốn tận tình giúp đỡ kịp thời đưa lời khuyên quý báu để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi chân thành cảm ơn tập thể học viên cao học nghiên cứu sinh trường Đại học Quy Nhơn Viện ITIMS luôn đồng hành giúp đỡ tơi mặt q trình học tập thực luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, người ln bên cạnh, giúp đỡ vật chất tinh thần, người ủng hộ, động viên suốt trình học tập thực luận văn Tác giả Nguyễn Hồng Chiến MỤC LỤC Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Danh mục kí hiệu chữ viết tắt viii Danh mục hình ảnh ix Danh mục bảng biểu xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu ô-xit kim loại bán dẫn SnO2 1.1.1 Cấu trúc tinh thể SnO2 1.1.2 Tính chất điện vật liệu SnO2 1.1.3 Vật liệu SnO2 ứng dụng cảm biến khí 1.2 Tổng quan vật liệu MoS2 1.2.1 Cấu trúc tinh thể MoS2 1.2.2 Tính chất điện vật liệu MoS2 10 1.2.3 Vật liệu MoS2 ứng dụng cảm biến khí 11 1.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 12 1.4 Phương pháp phun tĩnh điện 13 1.4.1 Nguyên lý phương pháp phun tĩnh điện 13 1.4.2 Các thông số ảnh hưởng đến hình thái sợi nano chế tạo phương pháp phun tĩnh điện 14 1.4.2.1 Điện áp 14 1.4.2.2 Tốc độ phun 14 1.4.2.3 Khoảng cách đầu kim đế 15 1.4.2.4 Nồng độ polymer dung dịch 15 1.5 Cảm biến khí ơ-xit kim loại bán dẫn 15 1.5.1 Sơ lược cảm biến khí 15 1.5.2 Các đặc trưng cảm biến khí 16 1.5.2.1 Độ đáp ứng 16 1.5.2.2 Độ nhạy khí 17 1.5.2.3 Thời gian đáp ứng thời gian hồi phục 17 1.5.2.4 Độ chọn lọc 18 1.5.2.5 Độ ổn định 19 1.5.2.6 Giới hạn đo khí 19 1.5.3 Cơ chế nhạy khí ơ-xit kim loại bán dẫn 20 1.5.3.1 Ô-xit bán dẫn loại n 20 1.5.3.2 Ô-xit bán dẫn loại p 21 1.5.3.3 Hiện tượng ô-xi hấp phụ bề mặt ô-xit kim loại 21 1.5.3.4 Cơ chế nhạy khí sợi nano ơ-xit kim loại bán dẫn 23 1.6 Giới hạn an toàn số loại khí độc khí dễ cháy nổ 26 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 28 2.1 Chế tạo sợi nano SnO2 phương pháp phun tĩnh điện 28 2.1.1 Các hóa chất thiết bị 28 2.1.2 Quy trình chế tạo sợi nano SnO2 29 2.2 Chế tạo vật liệu lai hóa sợi nano SnO2 với nano MoS2 30 2.3 Chế tạo cảm biến 31 2.4 Các phương pháp phân tích vật liệu 33 2.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 33 2.4.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 33 2.4.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 34 2.4.4 Phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 35 2.4.5 Phương pháp phân tích phổ tán xạ Raman 35 2.5 Khảo sát tính chất nhạy khí 35 2.5.1 Buồng đo khí 36 2.5.2 Hệ trộn khí 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ 39 3.1 Hình thái, vi cấu trúc tính chất nhạy khí vật liệu sợi nano SnO239 3.1.1 Kết phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 39 3.1.2 Hình thái vi cấu trúc vật liệu sợi nano SnO2 40 3.1.3 Khảo sát tính chất nhạy khí cảm biến dựa sở vật liệu sợi nano SnO2 43 3.2 Hình thái, vi cấu trúc tính chất nhạy khí vật liệu lai hóa sợi nano SnO2 với nano MoS2 (SnO2/MoS2) 51 3.2.1 Hình thái vi cấu trúc vật liệu nano MoS2 51 3.2.2 Hình thái vi cấu trúc vật liệu SnO2/MoS2 54 3.2.3 Khảo sát tính chất nhạy khí cảm biến dựa sở vật liệu lai SnO2/MoS2 55 3.2.3.1 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch MoS2 55 3.2.3.2 Đặc trưng hồi đáp độ đáp ứng cảm biến 58 3.2.3.3 Thời gian đáp ứng thời gian hồi phục cảm biến 61 3.2.3.4 Độ lặp lại độ chọn lọc cảm biến 61 3.2.3.5 Giới hạn đo cảm biến 62 3.2.4 Cơ chế nhạy khí cảm biến dựa sở vật liệu lai SnO2/MoS2 63 3.3 So sánh tính chất nhạy khí cảm biến dựa sở vật liệu sợi nano SnO2 SnO2/MoS2 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 viii Danh mục kí hiệu chữ viết tắt STT Kí hiệu, viết tắt SEM TEM TMDs MOSFET Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Scanning Electron Kính hiển vi điện tử Microscope quét Transition Electron Kính hiển vi điện tử Microscope truyền qua Transition Metal Dicalcogenides Hợp chất đi-cha-cogen kim loại chuyển tiếp Metal Oxide Transitor hiệu ứng Semiconductor Feild trường oxit kim loại Effect Transitor bán dẫn CNTs Cacbon nanotubes Ống nano cacbon XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X EDX Energy-dispersive X-ray Phổ tán sắc spectroscopy lượng tia X sccm 10 ppm ppb Standard cubic centimeters per minute Parts per million Parts per billion Đơn vị đo lưu lượng khí (cm3/phút) Một phần triệu Một phần tỷ ix Danh mục hình ảnh Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể SnO2 Hình 1.2 Mơ hình cấu trúc vùng lượng SnO2 Hình 1.3 Thống kê số lượng báo xuất số vật liệu nano cấu trúc 2D qua năm, (Nguồn: Scopus, 28 tháng 12 năm 2018) Hình 1.4 Tinh thể MoS2 với cấu trúc 1T (a), 2H (b), 3R (c) sơ đồ 3D minh họa cấu trúc MoS2 [28] Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc vùng lượng MoS2 10 Hình 1.6 Sơ đồ minh họa phương pháp phun tĩnh điện 13 Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc cảm biến khí 16 Hình 1.8 Thời gian đáp ứng hồi phục cảm biến khí 17 Hình 1.9 Sơ đồ mức lượng bán dẫn loại n trước (a) 22 Hình 1.10 Sơ đồ minh họa thay đổi độ rộng vùng nghèo điện tử bán dẫn loại n chân khơng (a), mơi trường khơng khí (b), mơi trường khí khử (c) mơi trường khí ô-xi hóa (d) 24 Hình 2.1 Hệ phun tĩnh điện viện ITIMS, trường Đại học Bách khoa Hà Nội 28 Hình 2.2 Quy trình chế tạo sợi nano SnO2 phương pháp phun tĩnh điện 29 Hình 2.3 Quy trình tách lớp vật liệu MoS2 30 Hình 2.4 Điện cực lược 31 Hình 2.5 Quy trình chế tạo cảm biến SnO2/MoS2 cảm biến MoS2 32 Hình 2.6 Cấu tạo buồng đo khí 36 Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo hệ trộn khí 37 Hình 3.1 Phổ TGA mẫu sợi nano SnO2/PVP 39 Hình 3.2 Ảnh FESEM sợi SnO2 trước ủ (a) sau ủ 600 °C (b, c) 40 Hình 3.3 Phổ EDX sợi nano SnO2 41 Hình 3.4 Giản đồ XRD sợi nano SnO2 42 Hình 3.5 Đặc trưng hồi đáp cảm biến (a, b, c, d, e) độ đáp ứng cảm biến nồng độ khí NO2 nhiệt độ khác (f) 44 Hình 3.6 Độ đáp ứng cảm biến khí NO2 biểu diễn phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc 45 x Hình 3.7 Thời gian đáp ứng hồi phục cảm biến nhiệt độ làm việc 300 °C nồng độ khí NO2 46 Hình 3.8 Đặc trưng hồi đáp phụ thuộc độ đáp ứng theo nhiệt độ làm việc cảm biến nồng độ khí SO2 (a), CO (b), H2 (c) NH3 (d) 47 Hình 3.9 Độ lặp lại cảm biến ppm khí SO2 (a) độ nhạy khí chọn lọc cảm biến (b) khảo sát 300 °C 48 Hình 3.10 Kết fit tuyến tính đường biểu diễn phụ thuộc độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 (a) kết fit 10 giá trị đường 300 °C 49 Hình 3.11 Đặc trưng I-V cảm biến SnO2 nhiệt độ 50 Hình 3.12 Sơ đồ minh họa chế nhạy khí cảm biến dựa sở sợi nano SnO2 51 Hình 3.13 Ảnh FESEM mẫu bột MoS2 thương mại (a, b) mẫu nano MoS2 sau rung siêu âm (c, d) 51 Hình 3.14 Phổ EDX nano MoS2 52 Hình 3.15 Phổ Raman nano MoS2 53 Hình 3.16 Sơ đồ minh họa kiểu hoạt động Raman vật liệu MoS2 53 Hình 3.17 Ảnh FESEM sợi nano SnO2/MoS2 54 Hình 3.18 Phổ EDX sợi nano SnO2/MoS2 khảo sát vị trí khác 54 Hình 3.19 Phổ Raman sợi nano SnO2/MoS2 55 Hình 3.20 Đặc trưng hồi đáp phụ thuộc độ đáp ứng vào nồng độ khí SO2 cảm biến C1 (a), C2 (b), C3 (c) C4 (d) nhiệt độ khác 56 Hình 3.21 Độ đáp ứng phụ thuộc vào nhiệt độ cảm biến 10 ppm khí SO2 57 Hình 3.22 Đặc trưng hồi đáp cảm biến C3 nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc khác 58 Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ đáp ứng cảm biến C3 theo nồng độ khí NO2 (a) theo nhiệt độ làm việc (b) 59 Hình 3.24 Đặc trưng hồi đáp phụ thuộc độ đáp ứng vào nhiệt độ cảm biến C3 khí khử H2 (a), CO (b) NH3 (c) 60 Hình 3.25 Thời gian đáp ứng/hồi phục cảm biến C3 nồng độ khí NO2 150 °C 61 65 chiều cao hàng rào lớp chuyển tiếp Như vậy, tiếp xúc với khí khử điện trở cảm biến giảm xuống Có thể mơ tả q trình khí NH3 theo phương trình sau:  NH  3O2(ads) N  6H 2O  6e , (3.4)  NH  3O(ads) N  3H 2O  3e , (3.5) 2 NH  3O(ads) N  3H 2O  6e (3.6) 3.3 So sánh tính chất nhạy khí cảm biến dựa sở vật liệu sợi nano SnO2 SnO2/MoS2 Trong luận văn này, để tiện so sánh khảo sát đặc trưng nhạy khí cảm biến dựa sở nano MoS2 nồng độ khí NO2 Cảm biến MoS2 chế tạo phương pháp nhỏ phủ q trình xử lí nhiệt tương tự cảm biến SnO2/MoS2 Hình 3.30 Đặc trưng hồi đáp phụ thuộc độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 cảm biến MoS2 nhiệt độ Hình 3.30a đặc trưng hồi đáp cảm biến MoS2 ppm, ppm 10 ppm khí NO2 dải nhiệt độ 100 °C – 200 °C Đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ đáp ứng theo nồng độ khí nhiệt độ thể Hình 3.30b Kết khảo sát cho thấy cảm biến MoS2, tiếp xúc với 66 khí NO2 điện trở giảm MoS2 bán dẫn loại p Điện trở cảm biến giảm từ 57 kΩ; 120 kΩ 160 kΩ xuống 40 kΩ; 75 kΩ 89 kΩ nhiệt độ 200 °C; 150 °C 100 °C tiếp xúc với ppm khí NO2 Kết thể Hình 3.30b cho thấy độ đáp ứng cảm biến MoS2 khí NO2 đạt giá trị cực đại 100 °C giảm xuống nhiệt độ tăng Hình 3.31 Đồ thị biểu diễn độ đáp ứng theo nhiệt độ cảm biến 10 ppm khí NO2 (a) đồ thị biểu diễn độ đáp ứng cảm biến theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc tối ưu cảm biến (b) Hình 3.31a đồ thị so sánh giá trị độ đáp ứng cảm biến dựa sở sợi nano SnO2, cảm biến dựa sở nano MoS2 cảm biến dựa sở vật liệu lai hóa sợi nano SnO2 với nano MoS2 10 ppm khí NO2 nhiệt độ làm việc khác nhau; Hình 3.31b đồ thị biểu diễn phụ thuộc giá trị độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 khác nhiệt độ làm việc tối ưu cảm biến Kết cho thấy rằng, cảm biến SnO2/MoS2 cho độ đáp ứng với NO2 cao nhiệt độ hoạt động tối ưu thấp so với cảm biến sợi nano SnO2 Cụ thể cảm biến SnO2/MoS2 cho độ đáp ứng với NO2 cao nhiệt độ 150 °C, cảm biến SnO2 cho độ đáp ứng tốt 300 °C Đồng thời, xét nhiệt độ hoạt động tối ưu cảm biến, độ đáp ứng 10 ppm khí NO2 cảm biến SnO2/MoS2 135 lần, lớn gần lần so với cảm biến SnO2 Kết khảo sát cho thấy nhiệt 67 độ làm việc tối ưu cảm biến MoS2 100 °C, thấp so với cảm biến khác, nhiên độ đáp ứng cảm biến khí NO2 khơng đáp kể, 100 °C, độ đáp ứng cảm biến ppm khí NO2 khoảng 1.5 lần, thấp nhiều so sánh với cảm biến SnO2 cảm biến SnO2/MoS2 Độ đáp ứng cao nhiệt độ hoạt động thấp hai điều kiện quan trọng để ứng dụng cảm biến khí vào thực tiễn Như vậy, việc chế tạo vật liệu lai hóa sợi nano SnO2 với nano MoS2 giúp tăng cường độ đáp ứng cảm biến so với vật liệu riêng lẻ Hình 3.32 Điện trở cảm biến nhiệt độ Có nhiều yếu tố góp phần làm tăng cường độ đáp ứng cảm biến khí hình thái, kích thước tinh thể, độ xốp vật liệu, tác dụng vật liệu có tính xúc tác, tác động tổng hợp vật liệu hợp chất com-po-zit, … Trong khuôn khổ luận văn cho giá trị độ đáp ứng cảm biến SnO2/MoS2 tăng cường so với cảm biến sợi nano SnO2 tác dụng lớp chuyển tiếp dị thể p-n hình thành vật liệu SnO2/MoS2 Chính lớp chuyển tiếp làm mở rộng vùng nghèo sợi nano SnO2 vị trí nano MoS2 bao bọc sợi nano SnO2 Điều chứng minh qua việc điện trở cảm biến SnO2/MoS2 cao so với cảm biến sợi nano 68 SnO2 cảm biến nano MoS2 Hình 3.32 đồ thị so sánh điện trở (điện trở cảm biến đặt mơi trường khơng khí) cảm biến nhiệt độ khác Độ đáp ứng cảm biến so sánh khí khác Kết rằng, tất khí khảo sát, cảm biến SnO2/MoS2 cho độ đáp ứng cao hơn, đồng thời nhiệt độ làm việc tối ưu thấp so với cảm biến sợi nano SnO2 (Hình 3.33) Kết khảo sát cho thấy, cảm biến SnO2/MoS2 có độ đáp ứng cao khí NO2 độ đáp ứng cảm biến lại tăng cường nhiều khí NH3 so với cảm biến sợi nano SnO2 Hình 3.33 Độ đáp ứng cảm biến SnO2 SnO2/MoS2 nhiệt độ 50 ppm khí NH3 (a), 250 ppm khí H2 (b), 10 ppm khí SO2 (c) 200 ppm khí CO (d) Xét thời gian đáp ứng hồi phục tất khí khảo sát, cảm biến SnO2/MoS2 có thời gian đáp ứng/hồi phục dài nhiều so với cảm biến SnO2 nhiệt độ làm việc tối ưu Điều lí giải cảm biến SnO2/MoS2 hoạt động tốt khí NO2 nhiệt độ 150 °C thấp 69 nhiều so với cảm biến SnO2 (300 °C) Như đề cập phần trên, nhiệt độ thấp hoạt tính ơ-xi hấp phụ thấp, tốc độ phản ứng khí đo với ơ-xi hấp phụ xảy chậm, tốc độ hấp phụ giải hấp phụ khí xảy chậm hơn, điều làm cho điện trở cảm biến SnO2/MoS2 cần nhiều thời gian để đạt tới trạng thái bão hịa, thời gian đáp ứng hồi phục cảm biến lâu Tuy nhiên, xét nhiệt độ cảm biến SnO2/MoS2 có thời gian đáp ứng thời gian hồi phục nhanh so với cảm biến SnO2 (Hình 3.34) Hình 3.34 Thời gian đáp ứng (a) hồi phục (b) cảm biến SnO2 SnO2/MoS2 ppm khí NO2 nhiệt độ Bảng 3.3 đưa so sánh tổng quát đặc trưng nhạy khí cảm biến dựa sở sợi nano SnO2 cảm biến dựa sở vật liệu lai hóa SnO2/MoS2 Bảng 3.3 So sánh đặc trưng nhạy khí cảm biến SnO2 SnO2/MoS2 NO2 SnO2/MoS2 SnO2 Nhiệt độ làm việc tối ưu 150 °C 300 °C Độ đáp ứng với 10 ppm khí nhiệt độ tối ưu 132 69 Thời gian đáp ứng – hồi phục 143s – 1852s 39s – 86s Giới hạn phát 0,068 ppb 0,610 ppb 70 SO2 H2 NH3 CO Nhiệt độ làm việc tối ưu 150 °C 300 °C Độ đáp ứng với 10 ppm khí nhiệt độ làm việc tối ưu 11,1 7,5 Thời gian đáp ứng – hồi phục 120s – 600s 15s – 31s Nhiệt độ làm việc tối ưu 200 °C 400 °C Độ đáp ứng với 250 ppm khí nhiệt độ làm việc tối ưu 5,2 3,9 Thời gian đáp ứng – hồi phục 110s – 279s 10s – 21s Nhiệt độ làm việc tối ưu 200 °C 400 °C Độ đáp ứng với 50 ppm khí nhiệt độ làm việc tối ưu 6,1 1,8 Thời gian đáp ứng – hồi phục 95s - 540s 22s – 28s Nhiệt độ làm việc tối ưu 200 °C 350 °C Độ đáp ứng 200 ppm khí nhiệt độ làm việc tối ưu 1,9 1,8 Thời gian đáp ứng – hồi phục 180s – 130s 9s -19s Từ kết nghiên cứu trên, kết luận vật liệu sợi nano SnO2 hội tụ đầy đủ điều kiện để ứng dụng lĩnh vực cảm biến khí Cảm biến khí dựa sở vật liệu sợi nano SnO2 cho độ đáp ứng tốt khí ơ-xi hóa, thời gian hồi đáp cảm biến ngắn, độ ổn định cao, độ chọn lọc tốt khả phát khí nồng độ thấp (dưới ppb) Điểm hạn chế lớn cảm biến sợi nano SnO2 hoạt động nhiệt độ cao (trên 250 °C) Việc lai hóa vật liệu sợi nano SnO2 với vật liệu nano MoS2 giúp cải thiện độ đáp ứng cảm đặc biệt khí khử Đồng thời, cảm biến dựa sở vật liệu lai hóa SnO2/MoS2 hoạt động nhiệt độ thấp 71 (dưới 200 °C), độ ổn định tương đối cao, độ chọn lọc tốt khả phát khí nồng độ thấp 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dựa sở kết phân tích trình bày trên, rút số kết luận sau: Đã chế tạo thành cơng vật liệu SnO2 có cấu trúc sợi nano phương pháp phun tĩnh điện, đường kính trung bình sợi SnO2 nằm khoảng 700 nm đến 750 nm trước xử lí nhiệt khoảng 260 nm sau xử lí nhiệt Sợi nano đồng đều, bề mặt sợi tương đối xốp Sợi nano SnO2 bao gồm hạt kết lại với nhau, kích thước trung bình hạt khoảng 13,8 nm Đã khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu sợi nano SnO2 với khí thử NO2, SO2, H2, NH3 CH4; kết cho thấy cảm biến khí dựa vật liệu sợi nano SnO2 cho độ chọn lọc tương đối tốt với khí NO2, độ đáp ứng cảm biến 10 ppm khí NO2 aa nhiệt độ làm việc tối ưu 300 °C, giới hạn phát cảm biến đạt 6,1×10-4 (ppm) Giải thích chế nhạy khí vật liệu sợi nano SnO2 thơng qua mơ hình vùng nghèo điện tử Đã tăng cường giá trị độ đáp ứng cảm biến khí dựa vật liệu SnO2/MoS2 so với vật liệu sợi nano SnO2 tất khí khảo sát mà đặc biệt NH3 So với cảm biến sợi nano SnO2 cảm biến SnO2/MoS2 hoạt động tốt nhiệt độ thấp hơn, thời gian đáp ứng thời gian phục hồi cải thiện Giải thích chế tăng cường đặc tính nhạy khí vật liệu SnO2/MoS2 so với vật liệu sợi nano SnO2 dựa mô hình chuyển tiếp dị thể p-n Mặc dầu chúng tơi cố gắng thực đề tài nghiên cứu cách hồn thiện có thể, nhiên, cịn có nhiều vần đề khác cần giải để hồn thiện thêm Do đó, chúng tơi kiến nghị định hướng nghiên cứu bao gồm: 73 - Nghiên cứu biến tính vật liệu SnO2/MoS2 với số kim loại có tính xúc tác Pt, Pd, … nhằm cải thiện tính chất nhạy khí vật liệu - Với ưu điểm vượt trội vật liệu SnO2/MoS2, chúng tơi hồn tồn nghiên cứu tính chất khác vật liệu quang xúc tác, tách nước quang điện hóa, … để ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác 74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A D Wang et al (2017), “Enhanced formaldehyde sensing properties of hollow SnO nanofibers by graphene oxide Research Highlights,” Sensors Actuators B Chem [2] X Kou et al (2018), “Superior acetone gas sensor based on electrospun SnO nanofibers by Rh doping,” Sensors Actuators B Chem., vol 256, pp 861–869 [3] N Xie et al (2018), “Enhanced sensing properties of SnO2 nanofibers with a novel structure by carbonization,” Sensors Actuators B Chem., vol 271, pp 44–53 [4] J Yang, C Gao, H Yang, X Wang, and J Jia (2017), “High selectivity of a CuO modified hollow SnO2 nanofiber gas sensor to H2S at low temperature,” Eur Phys J Appl Phys., vol 79, no 3, p 30101 [5] J.-H Kim, Y Zheng, A Mirzaei, H W Kim, and S S Kim (2017), “Synthesis and Selective Sensing Properties of rGO/Metal-Coloaded SnO2 Nanofibers,” J Electron Mater., vol 46, no 6, pp 3531–3541 [6] Z U Abideen, J Y Park, H W Kim, and S S Kim (2017), “Graphene-loaded tin oxide nanofibers: optimization and sensing performance,” Nanotechnology, vol 28, no 3, p 035501 [7] D Wang et al (2017), “Enhanced formaldehyde sensing properties of hollow SnO nanofibers by graphene oxide,” Sensors Actuators B Chem., vol 250, pp 533–542 [8] S Yang, C Jiang, and S Wei (2017), “Gas sensing in 2D materials,” Appl Phys Rev., vol 4, no 2, p 021304 [9] X.-Q Qiao et al (2018), “Tunable MoS2 /SnO2 P–N Heterojunctions for an Efficient Trimethylamine Gas Sensor and 4-Nitrophenol Reduction Catalyst,” ACS Sustain Chem Eng., vol 6, no 9, pp 12375–12384 [10] S Das and V Jayaraman (2014), “SnO2: A comprehensive review on structures and gas sensors,” Prog Mater Sci., vol 66, pp 112–255 [11] B.-Y Wei, M.-C Hsu, P.-G Su, H.-M Lin, R.-J Wu, and H.-J Lai (2004), “A novel SnO2 gas sensor doped with carbon nanotubes operating at room temperature,” Sensors Actuators B Chem., vol 101, no 1–2, pp 81–89 [12] Y Zhang, X He, J Li, Z Miao, and F Huang (2008), “Fabrication and ethanolsensing properties of micro gas sensor based on electrospun SnO nanofibers,” 75 Sensors Actuators B Chem., vol 132, no 1, pp 67–73 [13] Y Cao, Y Li, D Jia, and J Xie (2014), “Solid-state synthesis of SnO2 –graphene nanocomposite for photocatalysis and formaldehyde gas sensing,” RSC Adv., vol 4, no 86, pp 46179–46186 [14] N Van Hieu, N A P Duc, T Trung, M A Tuan, and N D Chien (2010), “Gassensing properties of tin oxide doped with metal oxides and carbon nanotubes: A competitive sensor for ethanol and liquid petroleum gas,” Sensors Actuators B Chem., vol 144, no 2, pp 450–456 [15] N Van Hieu, H.-R Kim, B.-K Ju, and J.-H Lee (2008), “Enhanced performance of SnO2 nanowires ethanol sensor by functionalizing with La2O3,” Sensors Actuators B Chem., vol 133, no 1, pp 228–234 [16] N Van Toan et al (2015), “Scalable fabrication of SnO2 thin films sensitized with CuO islands for enhanced H2S gas sensing performance,” Appl Surf Sci., vol 324, pp 280–285 [17] T Van Dang, N Duc Hoa, N Van Duy, and N Van Hieu (2016), “Chlorine Gas Sensing Performance of On-Chip Grown ZnO, WO3 , and SnO2 Nanowire Sensors,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 8, no 7, pp 4828–4837 [18] N.-G Park, M G Kang, K S Ryu, K M Kim, and S H Chang (2004), “Photovoltaic characteristics of dye-sensitized surface-modified nanocrystalline SnO2 solar cells,” J Photochem Photobiol A Chem., vol 161, no 2–3, pp 105–110 [19] S P Kim, M Y Choi, and H C Choi (2016), “Photocatalytic activity of SnO nanoparticles in methylene blue degradation,” Mater Res Bull., vol 74, pp 85–89 [20] J A i Cobos (2001), “Metal Additive Distribution in TiO2 and SnO2 Semiconductor Gas Sensor Nanostructured Materials,” Universitat de Barcelona, Spain [21] A Dey (2018), “Semiconductor metal oxide gas sensors: A review,” Mater Sci Eng B, vol 229, pp 206–217 [22] Y Zhang, J Li, G An, and X He (2010), “Highly porous SnO2 fibers by electrospinning and oxygen plasma etching and its ethanol-sensing properties,” Sensors Actuators B Chem., vol 144, no 1, pp 43–48 [23] M Donarelli and L Ottaviano (2018), “2D Materials for Gas Sensing Applications: A Review on Graphene Oxide, MoS2, WS2 and Phosphorene,” Sensors, vol 18, no 11, p 3638 76 [24] Y Zhang, W Zeng, and Y Li (2018), “The hydrothermal synthesis of 3D hierarchical porous MoS2 microspheres assembled by nanosheets with excellent gas sensing properties,” J Alloys Compd., vol 749, pp 355–362 [25] Y Li et al (2019), “Hierarchical hollow MoS2 microspheres as materials for conductometric NO2 gas sensors,” Sensors Actuators B Chem., vol 282, pp 259–267 [26] W Li et al (2019), “Gas Sensors Based on Mechanically Exfoliated MoS Nanosheets for Room-Temperature NO2 Detection,” Sensors, vol 19, no 9, p 2123 [27] Z Li, X Meng, and Z Zhang (2018), “Recent development on MoS2-based photocatalysis: A review,” J Photochem Photobiol C Photochem Rev., vol 35, pp 39–55 [28] Q H Wang, K Kalantar-Zadeh, A Kis, J N Coleman, and M S Strano (2012), “Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides,” Nat Nanotechnol., vol 7, no 11, pp 699–712 [29] R Ganatra and Q Zhang (2014), “Few-Layer MoS2 : A Promising Layered Semiconductor,” ACS Nano, vol 8, no 5, pp 4074–4099 [30] S A Han, R Bhatia, and S.-W Kim (2015), “Synthesis, properties and potential applications of two-dimensional transition metal dichalcogenides,” Nano Converg., vol 2, no 1, p 17 [31] Y Ding, Y Wang, J Ni, L Shi, S Shi, and W Tang (2011), “First principles study of structural, vibrational and electronic properties of graphene-like MX2 (M=Mo, Nb, W, Ta; X=S, Se, Te) monolayers,” Phys B Condens Matter, vol 406, no 11, pp 2254–2260 [32] B C Windom, W G Sawyer, and D W Hahn (2011), “A Raman Spectroscopic Study of MoS2 and MoO3: Applications to Tribological Systems,” Tribol Lett., vol 42, no 3, pp 301–310 [33] A V Agrawal et al (2018), “Photoactivated Mixed In-Plane and Edge-Enriched pType MoS2 Flake-Based NO2 Sensor Working at Room Temperature,” ACS Sensors, vol 3, no 5, pp 998–1004 [34] H Yan, P Song, S Zhang, J Zhang, Z Yang, and Q Wang (2016), “A low temperature gas sensor based on Au-loaded MoS2 hierarchical nanostructures for detecting ammonia,” Ceram Int., vol 42, no 7, pp 9327–9331 [35] Y Zhou, G Liu, X Zhu, and Y Guo (2017), “Ultrasensitive NO2 gas sensing based 77 on rGO/MoS2 nanocomposite film at low temperature,” Sensors Actuators B Chem., vol 251, pp 280–290 [36] N Goel, R Kumar, and M Kumar (2018), “Enhanced sensing response with complete recovery of MoS2 sensor under photoexcitation,” p 050060 [37] C M Lee et al (2019), “Enhanced Gas Sensing Performance of Surface‐Activated MoS2 Nanosheets Made by Hydrothermal Method with Excess Sulfur Precursor,” Phys status solidi, vol 216, no 9, p 1800999 [38] Y Zhang, W Zeng, and Y Li (2019), “Porous MoS2 microspheres decorated with Cu2O nanoparticles for ammonia sensing property,” Mater Lett., vol 241, pp 223– 226 [39] S Sharma, A Kumar, N Singh, and D Kaur (2018), “Excellent room temperature ammonia gas sensing properties of n-MoS2/p-CuO heterojunction nanoworms,” Sensors Actuators B Chem., vol 275, pp 499–507 [40] A Macagnano, E Zampetti, and E Kny, Eds (2015), Electrospinning for High Performance Sensors Cham: Springer International Publishing [41] S S Mali, J V Patil, H Kim, and C K Hong (2018), “Synthesis of SnO2 nanofibers and nanobelts electron transporting layer for efficient perovskite solar cells,” Nanoscale, vol 10, no 17, pp 8275–8284 [42] S Rafiei, S Maghsoodloo, B Noroozi, V Mottaghitalab, and a K Haghi (2013), “Mathematical modeling in electrospinning process of nanofibers: a detailed review,” Cellul Chem Technol., vol 47, pp 323–338 [43] N V Hoàng (2017), “Nghiên cứu chế tạo sợi nano ZnO phương pháp phun tĩnh điện,” in Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc, pp 420–423 [44] Z U Abideen et al (2017), “Electrospun Metal Oxide Composite Nanofibers Gas Sensors: A Review,” J Korean Ceram Soc., vol 54, no 5, pp 366–379 [45] L Persano, A Camposeo, C Tekmen, and D Pisignano (2013), “Industrial Upscaling of Electrospinning and Applications of Polymer Nanofibers: A Review,” Macromol Mater Eng., vol 298, no 5, pp 504–520 [46] S Ramakrishna (2005), An Introduction to Electrospinning and Nanofibers World Scientific Publishing Co Pte Ltd [47] N V Hiếu (2005), Cảm biến khí dây nano ơxít kim loại bán dẫn NXB Bách Khoa Hà Nội 78 [48] J Park (2010), “Nanostructured semiconducting metal oxides for use in gas sensors,” Manager [49] Q Zhang, Q Zhou, Z Lu, Z Wei, L Xu, and Y Gui (2018), “Recent Advances of SnO2-Based Sensors for Detecting Fault Characteristic Gases Extracted From Power Transformer Oil,” Front Chem., vol [50] N Barsan and U Weimar (2001), “Conduction model of metal oxide gas sensors,” J Electroceramics, vol 7, no 3, pp 143–167 [51] P Shankar, J Bosco, and B Rayappan (2015), “Gas sensing mechanism of metal oxides : The role of ambient atmosphere, type of semiconductor and gases - A review,” Sci Lett J., vol 4, no July 2016, p 126 [52] National Institute for Occupational Safety and Health (2005), “Threshold Limit Values ( TLV ) and Immediately Dangerous to Life and Health ( IDLH ) values,” Saf Heal., p 900 [53] Matheson Tri-Gas Inc (2018), “Lower and Upper Explosive Limits for Flammable Gases and Vapors ( LEL / UEL ),” p 22 [54] Y Han et al (2018), “Design of Hetero-Nanostructures on MoS2 Nanosheets To Boost NO2 Room-Temperature Sensing,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 10, no 26, pp 22640–22649 [55] S Sahoo, A P S Gaur, M Ahmadi, M J.-F Guinel, and R S Katiyar (2013), “Temperature-Dependent Raman Studies and Thermal Conductivity of Few-Layer MoS2,” J Phys Chem C, vol 117, no 17, pp 9042–9047 [56] X S Chu, D O Li, A A Green, and Q H Wang (2017), “Formation of MoO3 and WO3 nanoscrolls from MoS2 and WS2 with atmospheric air plasma,” J Mater Chem C, vol 5, no 43, pp 11301–11309 [57] X Wang and Y Zhang (2016), “Tuning the structure of MoO3 nanoplates via MoS2 oxidation,” Philos Mag Lett., vol 96, no 9, pp 347–354 [58] M Yamamoto, T L Einstein, M S Fuhrer, and W G Cullen (2013), “Anisotropic Etching of Atomically Thin MoS2,” J Phys Chem C, vol 117, no 48, pp 25643– 25649 [59] Z Yin et al (2014), “Preparation of MoS2 -MoO3 Hybrid Nanomaterials for LightEmitting Diodes,” Angew Chemie Int Ed [60] H W Wang, P Skeldon, and G E Thompson (1997), “XPS studies of MoS2 79 formation from ammonium tetrathiomolybdate solutions,” Surf Coatings Technol., vol 91, no 3, pp 200–207 ... trúc vật liệu sợi nano SnO2 40 3.1.3 Khảo sát tính chất nhạy khí cảm biến dựa sở vật liệu sợi nano SnO2 43 3.2 Hình thái, vi cấu trúc tính chất nhạy khí vật liệu lai hóa sợi nano. .. TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG CHIẾN NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU LAI SỢI NANO SnO2 VÀ TẤM NANO MoS2 Chuyên ngành : Vật lý chất rắn Mã số Người hướng dẫn khoa học : 8440104... tơi trình bày quy trình chế tạo vật liệu lai sợi nano SnO2 với MoS2 cách nhỏ phủ vật liệu MoS2 lên điện cực có sẵn sợi nano SnO2 để thu vật liệu lai hóa dạng SnO2/ MoS2 Trong chương này, giới thiệu