Nghiên cứu chế tạo và khảo sát đặc trƣng nhạy khí của vật liệu nano ZnO và ZnOChitosan

Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính nhạy khí của vật liệu nano ZnO và ZnOChitosan trên cảm biến QCM. Các đặc trƣng tính chất hóa – lý, cấu trúc và hình thái của vật liệu đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X, phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier, hiển vi điện tử quét. Kết quả từ các phép phân tích và đo đạc đã khẳng định vật liệu nano ZnO cấu trúc rỗng và vật liệu lai hóa ZnOChitosan đƣợc chế tạo thành công bằng phƣơng pháp hóa ƣớt đơn giản. Qua khảo sát với các khí H2S, NH3, NO2, nhận thấy vật liệu có độ đáp ứng cao nhất với khí NO2 và có độ ổn định cao. Có tiềm năng trong ứng dụng trong cảm khí phát hiện khí độc NO2 trong các khu hầm mỏ. Thông qua đồ án, tôi đã thu đƣợc thêm nhiều kiến thức, kĩ năng thực nghiệm chế tạo vật liệu cấu trúc nano và phép đo khí, cũng nhƣ đƣợc trang bị các kĩ năng phân tích và xử lý số liệu từ các phép đo đạc.

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu chế tạo khảo sát đặc trƣng nhạy khí vật liệu nano ZnO ZnO@Chitosan Ngành Vật lý kỹ thuật Chuyên ngành Vật liệu điện tử công nghệ nano HÀ NỘI, 7/2020 Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo khảo sát đặc trƣng nhạy khí vật liệu nano ZnO ZnO@Chitosan” Thời gian thực hiện: Từ ngày 3/2020 đến 7/2020 Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2020 Tác giả đề tài Điểm ngƣời hƣớng dẫn đánh giá: …… điểm Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn mức độ hoàn thành đồ án tốt nghiệp cho phép bảo vệ Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2020 Giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Quy LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến ngƣời thầy đáng kính, ngƣời ln tận tình bảo, động viên giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian làm việc nhóm nghiên cứu để tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp Tôi vô cảm ơn anh chị, ngƣời ln tận tình dẫn tơi trình thực nghiệm nhƣ viết báo cáo đồ án Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới anh chị bạn sinh viên nhóm nghiên cứu QCM Gas sensor thuộc viện ITIMS giúp đỡ tơi q trình làm nghiên cứu thầy cô giáo Viện Vật lý kĩ thuật nhiệt tình giảng dạy suốt trình đƣợc học tập trƣờng TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Mục tiêu đồ án nghiên cứu chế tạo khảo sát tính nhạy khí vật liệu nano ZnO ZnO@Chitosan cảm biến QCM Các đặc trƣng tính chất hóa – lý, cấu trúc hình thái vật liệu đƣợc nghiên cứu phƣơng pháp nhiễu xạ tia X, phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier, hiển vi điện tử quét Kết từ phép phân tích đo đạc khẳng định vật liệu nano ZnO cấu trúc rỗng vật liệu lai hóa ZnO@Chitosan đƣợc chế tạo thành cơng phƣơng pháp hóa ƣớt đơn giản Qua khảo sát với khí H2S, NH3, NO2, nhận thấy vật liệu có độ đáp ứng cao với khí NO2 có độ ổn định cao Có tiềm ứng dụng cảm khí phát khí độc NO2 khu hầm mỏ Thông qua đồ án, thu đƣợc thêm nhiều kiến thức, kĩ thực nghiệm chế tạo vật liệu cấu trúc nano phép đo khí, nhƣ đƣợc trang bị kĩ phân tích xử lý số liệu từ phép đo đạc Sinh viên thực MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẬT LIỆU 11 I.1 Tổng quan nano ZnO 11 I.1.1 Các thông số chung 11 I.1.2 Cấu trúc tinh thể ZnO 12 I.1.3 Tính chất ZnO 13 I.1.4 Hình thái ZnO cấu trúc nano 14 I.1.5 Các phƣơng pháp chế tạo 15 I.1.6 Ứng dụng 17 I.2 Chitosan 18 I.2.1 Các thông số kỹ thuật 18 I.2.2 Ứng dụng Chitosan 21 I.3 Giới thiệu chung vi cân tinh thể thạch anh (quartz crystal microbalance) 22 I.3.1 Hiệu ứng áp điện (piezoelectricity) 23 I.3.2 Nguyên lý hoạt động yếu tố ảnh hƣởng tới hoạt động vi cân tinh thể thạch anh Quartz – QCM 23 I.3.3 Ứng dụng QCM cảm biến khí 27 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 30 II.1 Chế tạo vật liệu 30 II.3 Các phƣơng pháp kiểm tra đặc trƣng vật liệu 32 II.3.1 Phƣơng pháp phổ tử ngoại vùng khả kiến (UV-vis): 32 II.3.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 32 II.3.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 32 II.3.4 Quang phổ chuyển đổi hồng ngoại Fourier 33 II.4 Xây dựng hệ đo phƣơng pháp đo 34 II.4.1 Xây dựng hệ đo 34 II.4.2 Quy trình phun phủ vật liệu lên QCM 35 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 III.1 Đặc trƣng vật liệu ZnO ZnO@chitosan phƣơng pháp thủy nhiệt 36 III.1.1 ZnO 36 III.1.2 Ảnh hƣởng chitosan lên hình thái bề mặt 39 III.2 Kết khảo sát nhạy khí 42 III.2.1 Độ chọn lọc 42 III.2.2 Khả đáp ứng 43 III.2.3 Khả lặp lại 45 III.2.4 Thời gian đáp ứng, thời gian hồi phục 46 TỔNG KẾT 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt CVD FET FT-IR LED LASER MOCVD QCM SEM XRD Viết đầy đủ Chemical Vapor Deposition Field - Effect Transistor Fourrier Transformation InfraRed Light Emitting Diode Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Metal Organic Chemical Vapor Deposition Quartz Crystal Microbalan ce Scanning Electron Microscope X-ray Diffraction Ý nghĩa Lắng đọng pha hóa học Transistor hiệu ứng trƣờng Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi theo chuỗi Fourier Đi-ốt phát quang Khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích Lắng đọng pha hóa học hợp chất kim Vi cân tinh thể thạch anh Kính hiển vi điện tử truyền qua Nhiễu xạ tia X DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Lục giác wurtzite (5) 12 Hình Cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl (a), cấu trúc lập phương giả kẽm (b) (6) 13 Hình Một số dạng hình học ZnO cấu trúc nano: (a) hạt nano ZnO, (b) ZnO dạng tấm, (c) ZnO dạng thanh, (d) ZnO nano dạng ống, (e) ZnO nano tetrapods, (f) ZnO dạng hoa (6) 14 Hình Bể thủy nhiệt sử dụng thí nghiệm 16 Hình Cấu trúc hóa học chitosan (4) 19 Hình Sản xuất chitin chitosan phương pháp hóa học sinh học (phỏng theo Jo đồng tác giả) 20 Hình 7.Cấu trúc hóa học Chitin (a) Chitosan (b) (4) 21 Hình 8.Cấu trúc QCM 22 Hình Cấu trúc hình học mode dao động trượt QCM (18) 23 Hình 10 Mode sóng QCM 24 Hình 11 Tinh thể Quartz sóng trượt tinh thể điện cực bị kích thích 25 Hình 12 Đặc trưng tần số-nhiệt độ tinh thể AT-cut, đường cong ứng với tinh thể có góc cắt lệch vài giây 27 Hình 13 QCM phủ vật liệu nano 29 Hình 14 Sơ đồ hệ đo khí (21) 34 Hình 15 Súng phun 35 Hình 16 Ảnh SEM mẫu ZnO: 1h(a), 2h (b), 3h (c), 4h (d) 36 Hình 17 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ủ nhiệt 3h 38 Hình 18 Ảnh SEM mẫu ZnO@chitosan với nồng độ 10ml (a), 30ml (b), 50ml (c) phương pháp thủy nhiệt 39 Hình 19 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO@Chitosan với nồng độ 50 ml chitosanaxit acetic 40 Hình 20 Phổ FTIR mẫu ZnO@Chitosan 41 Hình 21 Độ nhạy cảm biến QCM1 với khí khảo sát .43 Hình 22 Mối liên hệ độ dịch tần số với nồng độ khí thử NO2 .44 Hình 23 So sánh thay đổi tần số cảm biến QCM nồng độ 15 ppm 45 Hình 24 Độ lặp lại cảm biến nổng độ 15 ppm 46 Hình 25 So sánh thời gian đáp ứng-thời gian hồi phục cảm biến 15 ppm .47 MỞ ĐẦU Vật liệu nano thu hút quan tâm lớn nhà khoa học giới Công nghệ nano ứng dụng đƣợc tập trung nghiên cứu hầu hết phịng thí nghiệm Ở Việt Nam, vật liệu nano hƣớng nghiên cứu hút chiếm hầu hết nội dung báo nghiên cứu khoa học Vật liệu ZnO với tổ hợp tính chất nhiệt, điện, quang áp điện thú vị so với hợp chất bán dẫn khác Ngƣời ta gọi ZnO “bán dẫn triển vọng thiên niên kỷ mới” khả ứng dụng phong phú nó, đặc biệt vật liệu ZnO dạng kích thƣớc nano (1) ZnO vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, chuyển mức thẳng với độ rộng 3,3 eV nhiệt độ phịng (2) , có cấu trúc tinh thể lục giác wurtzite ổn định, nhiệt độ thăng hoa, nhiệt độ nóng chảy cao, bền vững mơi trƣờng khơng khí tƣơng thích với ứng dụng mơi trƣờng chân khơng Vật liệu nano ZnO tồn nhiều dạng hình thái học khác nhƣ: nano, ống nano, sợi nano với tính chất quang điện đặc trƣng nên đƣợc ứng dụng chế tạo diode phát quang, dẫn sóng quang học, laser, cảm biến Bên cạnh đó, ZnO cịn có tính tƣơng thích sinh học cao, khơng độc hại, độ ổn định hóa học cao, nên đƣợc nghiên cứu rộng rãi (1) Thêm vào ZnO vật liệu rẻ tiền khơng độc hại Chính yếu tố làm lên hút Vật liệu ZnO dạng pha tạp, tổ hợp sở ZnO, gần đƣợc nhiều nhà khoa học nƣớc quan tâm, nghiên cứu Kẽm oxide pha tạp, tổ hợp với kim loại hay polymer khác để thay đổi thông số hình thái vật liệu Đã có nhiều nghiên cứu xung quanh vật liệu nano ZnO ứng dụng giới nói chung Việt Nam nói riêng Vì lý trên, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo khảo sát đặc trưng nhạy khí vật liệu nano ZnO ZnO@chitosan” nội dung phần đồ án tốt nghiệp Ứng dụng ZnO/chitosan nanocomposite chủ yếu liên quan Hình 17 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ủ nhiệt 3h Bên cạnh đó, việc không quan sát thấy đỉnh nhiễu xạ ngoại lai chứng tỏ mẫu đƣợc chế tạo tinh khiết, không chứa tạp Kích thƣớc tinh thể nano ZnO đƣợc tính tốn qua cơng thức Scherrer 43,1 nm Mẫu có cấu trúc đơn pha hexagonal ZnO so sánh với thẻ chuẩn JCPDS 00-005-0664 ZnO dạng khối, phù hợp với kết ảnh SEM Đây tín hiệu đáng mừng biết rõ cấu trúc lỗ hổng đặc biệt làm cho ống nano ZnO có đƣợc nhiều lợi vật liệu ZnO chiều khác; chẳng hạn hiệu ứng lƣợng tử tăng cƣờng cấu trúc rỗng chiều điều chỉnh tính chất điện dải rộng tỉ số diện tích mặt thể tích lớn giúp tối ƣu hiệu suất làm việc linh kiện xúc tác, cảm biến khí pin mặt trời (6) Đặc biệt ống nano ZnO đa tinh thể với bờ ống cấu tạo hạt nano, có diện tích bề mặt đặc trƣng lớn cấu trúc ống đơn tinh thể, kết đƣợc mong đợi cải thiện hiệu suất quang xúc tác cảm biến Phƣơng pháp tổng hợp khuôn đƣợc ứng dụng rộng rãi để chế tạo sợi nano nano có kích thƣớc xác định Một vài kĩ thuật tổng hợp vật liệu nano khuôn nhƣ lắng đọng hóa học (CVD), lắng đọng sol-gel, hóa dầu lắng đọng điện hóa mạ điện đƣợc xem phƣơng pháp bậc chế tạo vật liệu nano dẫn (kim loại, bán dẫn polymer Chúng ta biết thơng thƣờng phƣơng pháp sol-gel cần thiết cho việc tạo sợi ống nano oxit kim loại vào khn, địi hỏi q trình xử lý nhiệt để mẫu tinh thể hóa (23) Cịn theo phƣơng pháp chúng tơi, ta tổng hợp trực tiếp cách đơn giản Hoạt tính hấp phụ khí vật liệu phụ thuộc nhiều vào kích thƣớc tinh thể độ xốp, ảnh hƣởng lớn để khả hấp phụ chất bề mặt vật liệu Đối với vật liệu nano có kích thƣớc tinh thể lớn 7nm, diện tích bề mặt riêng tỉ lệ nghịch với kích thƣớc tinh thể (4) Do đó, chúng tơi lựa chọn quy trình tạo mẫu có hình thái bề mặt tốt mẫu ủ 3h để tiếp tục khảo sát với chitosan với mong muốn giữ nguyên hình thái ống giảm kích thƣớc vật liệu III.1.2 Ảnh hƣởng chitosan lên hình thái bề mặt Hình 18 Ảnh SEM mẫu ZnO@chitosan với nồng độ M5- 10ml (a),M6- 30ml (b), M7- 50ml (c) phương pháp thủy nhiệt Qua ảnh SEM hình 18, chúng tơi đánh giá đƣợc kết hợp với chitosan, việc hình thành cấu trúc rỗng khó khăn kích thƣớc lớn Vật liệu ZnO hình thành đƣợc lại có xu hƣớng kết đám với thành dạng cầu gai vật liệu kết đám với phần thắt Cụ thể, hình (a), nồng độ chitosan-axit acetic 10 ml, có xuất cấu trúc rỗng xen lẫn, nhƣng xuất cấu trúc cầu gai nhiều cả, vật liệu có kích thƣớc đƣờng kính ~2 μm, dài ~ μm Hình b , chitosan nhiều gấp lần a , kích thƣớc khơng thay đổi, Hình (c) với nồng độ chitosan nhiều hơn, ta khơng thể nhìn thấy hính thái vật liệu dƣới kính hiển vi điện tử qt Nhƣ vậy, vật liệu tạo có kích thƣớc lớn, cần phải khảo sát thêm để giảm kích thƣớc vật liệu xuống tận dụng đƣợc ƣu điểm hình thái Hình 19 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO@Chitosan với nồng độ 50 ml chitosan-axit acetic Cũng giống nhƣ mẫu khảo sát XRD mẫu khơng có chitosan 3h, kết đo XRD thể qua hình 18 ghi nhận đỉnh nhiễu xạ đặc trƣng tinh thể ZnO 31,97o; 34,56o; 36,37o; 47,59o; 56,54o; 62,8o; 66,24o; 67,79o; 68,86o; 76,7o lần lƣợt tƣơng ứng với mặt tinh thể (100); (002); (101); (102); (110); (103); (200); (112); (201) (202) Điều chứng tỏ hình thành tinh thể ZnO mẫu Mẫu có cấu trúc đơn pha hexagonal ZnO so sánh với thẻ chuẩn JCPDS 00-005-0664 ZnO dạng khối Bên cạnh đó, quan sát thấy có xuất đỉnh nhiễu xạ 90 khoảng 22,30 đỉnh đặc trƣng màng chitosan (24) Tuy nhiên chitosan polymer nhiệt độ chƣa thích hợp nên peak chƣa thể rõ ràng Kích thƣớc tinh thể nano ZnO đƣợc tính tốn qua cơng thức Scherrer 44,1 nm Hình 20 Phổ FTIR mẫu ZnO@Chitosan Để xác định nhóm chức ZnO@Chitosan, sử dụng phổ phân tích FTIR Vạch có cƣờng độ mạnh 3293 cm -1 liên kết mạnh ZnO với nhóm amide phân tử polyme chitosan Đỉnh hấp thụ 2895 cm -1 kéo dãn không đối xứng gốc –CH3 chitosan Dải hấp thụ 1632 cm-1 tƣơng ứng với rung động uốn cong nhóm –NH2 Đỉnh hình thành 1422 cm-1 nhóm –COO muối Đỉnh 1152 cm-1 đỉnh đặc biệt liên kết β- (1-4) - glycosidic đơn vị polysacarit Đỉnh 1068 cm -1 biểu thị cho độ rung kéo dãn C-O-C vòng glucose tƣơng ứng với CH-OH hợp chất tuần hoàn Đỉnh 764 cm-1 uốn cong C-H thơm Một đỉnh hấp thụ phạm vi 525 cm-1 đƣợc thể phổ FTIR CS-ZnO nanocomposite kiểu dao động nhóm O-Zn-O Lý hình thành liên hydro chitosan ZnO III.2 Kết khảo sát nhạy khí Tính chất nhạy khí vật liệu dựa thay đổi tần số dao động QCM Khi bơm khí thử vào, vật liệu hấp phụ khí, làm thay đổi khối lƣợng bề mặt QCM dẫn đến thau đổi tần số dao động QCM, tần số dao động giảm bơm khí vào tần số dao động hồi phục nhả khí Trong khảo sát này, tơi sử dụng mẫu M3 ZnO thủy nhiệt với thời gian 3h hình thái bề mặt xốp, nhƣ đánh giá khả hấp phụ khí có xuất chitosan với nồng độ cao mẫu M7 (50 ml dung dịch Chitosan tƣơng đƣơng 0,5g Chitosan) Bảng giá trị mẫu đo: S T T Ký hiệu QCM1 Mẫu sử dụng M3 Khối lƣợng phun Khối lƣợng thực tế 0,03g 596 μg QCM1’ M3 0,06g 856 μg QCM M7 0,09g 142 μg III.2.1 Độ chọn lọc Ghi Phun phủ thêm lên QCM1 Tại lần đo đầu tiên, khảo sát với loại khí H 2S, NO2 NH3 để kiểm tra độ đáp ứng vật liệu với khí khác Để dễ dàng so sánh, chúng tơi sử dụng đại lƣợng độ nhạy – sensitivity factor (Sfactor Đại lƣợng Sfactor cảm biến kiểu tần số tỷ số độ giảm số Δf so với nồng độ khí thử đƣợc bơm vào (15) Kết đo với nồng độ H2S, NO2 ppm NH3 500 ppm đƣợc biểu diễn hình 21 0.12 0.11 0.1 0.08 0.08 0.06 0.04 0.02 0.0016 H2S NH3 NO2 Độ nhạy (Hz/ppm) Hình 21 Độ nhạy cảm biến QCM1 với khí khảo sát Qua đồ thị, nhận thấy cảm biến có khả phát cao khí NO2, so sánh với công bố, độ nhạy mẫu chí cịn cao (25) Vì vậy, khảo sát tiếp theo, thực tồn khí NO2 III.2.2 Khả đáp ứng Hình 22 cho thấy mối liên hệ độ dịch tần số QCM tiếp xúc với khí NO2 dải nồng độ từ ppm đến 20 ppm nhiệt độ phịng Có thể thấy nồng độ NO2 tăng lên tần số đáp ứng cảm biến đƣợc tăng cƣờng Cụ thể, độ giảm tần số cảm biến QCM1 đạt đƣợc 0,3, 0,9, 1,3, 1,8 Hz, cảm biến QCM1’ đạt đƣợc 1,3, 4, 5,5, Hz cảm biến QCM2 đạt 6,8, 14,2, 31,6, 51,4 Hz nồng độ lần lƣợt 5, 10, 15, 20 ppm (hình 22a) Dựa kết thực nghiệm, phƣơng trình hồi quy tuyến tính đƣợc xác định thơng qua phần mềm Origin nhƣ hình 22b: Hình 22 Mối liên hệ độ dịch tần số với nồng độ khí thử NO2 Kết tính tốn cho thấy nồng độ khí thử tăng lên, độ giảm tần số cảm biến tăng tuyến tính theo QCM1’ chu kỳ đo nồng độ ppm, cảm biến hồi phục tốt Tuy nhiên từ nồng độ 10 ppm, thời gian hồi phục khảo sát cảm biến khơng hồi phục đƣờng sở đƣợc Điều lý giải thơng qua việc bề dày lớp vật liệu hấp phụ tăng lên, c ng với việc có nhiều hốc vật liệu nằm sâu, bơm khí thử, phân tử khí chui sâu vào bề mặt vật liệu dẫn đến việc khó khăn giải hấp Hình 23 thể so sánh độ thay đổi tần số QCM1, QCM1’ QCM2 nồng độ 15 ppm Độ giảm tần số QC1, QCM1’, QCM2 lần lƣợt 1,5, 24 Hz Nhƣ vậy, với vật liệu ZnO, độ dày lớp vật liệu tăng lên QCM1 QCM1’ , làm độ giảm tần số tăng lên, ph hợp với công thức (1.8) QCM2 với lai hóa chitosan, khả đáp ứng vật liệu tăng lên đáng kể từ 1,5 Hz QCM1, Hz QCM1’ lên 24 Hz QCM2 Điều chứng tỏ chitosan góp phần không nhỏ việc cải thiện khả nhạy khí vật liệu ZnO Hình 23 So sánh thay đổi tần số cảm biến QCM nồng độ 15 ppm III.2.3 Khả lặp lại Để nghiên cứu độ lặp lại cảm biến, cảm biến QCM đƣợc chế tạo đƣợc thử nghiệm mức 15 ppm khí NO2 nhiệt độ phịng bốn chu kỳ, nhƣ Hình 24 Hình 24 cho thấy cảm biến cho thấy độ lặp lại tốt đảo ngƣợc bốn lần Sự thay đổi tần số cảm biến thể hành vi tƣơng tự với kết đƣợc mơ tả Hình 22 Hình 24 Độ lặp lại cảm biến nổng độ 15 ppm III.2.4 Thời gian đáp ứng, thời gian hồi phục Hình 25 thể khác cảm biến thời gian đáp ứng, thời gian hồi phục đƣợc đo nồng độ 15 ppm Thực tế, ngƣời ta thƣờng tính thời gian đáp ứng thời gian tín hiệu tần số cảm biến đạt đƣợc 90% giá trị bão hòa τresp.90%) thời gian hồi phục đƣợc tính thời gian để tín hiệu cảm biến trở đạt đƣợc 90% giá trị tín hiệu ban đầu τrecov.90%) (26) Nhìn chung cảm biến chế tạo, với khí thử NO để cảm biến hồi phục trạng thái ban đầu trƣớc cho khí thử vào cần nhiều thời gian so với thời gian đáp ứng khí Cụ thể, cảm biến QCM1 có thời gian đáp ứng 66,6s thời gian hồi phục 108,2s; cảm biến QCM1’ với mật độ khối lƣợng dày có thời gian đáp ứng 112,5s thời gian hồi phục 160,5s; cảm biến QCM2 có vật liệu hấp phụ ZnO@chitosan thời gian đáp ứng 124s thời gian hồi phục 197,3s Kết cho thấy thời gian đáp ứng thời gian hồi phục phụ thuộc vào mật độ khối lƣợng vật liệu vật liệu pha tạp Hình 25 So sánh thời gian đáp ứng-thời gian hồi phục cảm biến 15 ppm Từ kết trên, khẳng định Chitosan có khả cải thiện khả nhạy khí vật liệu ZnO dù mật độ khối lƣợng thấp nhiều so với cảm biến QCM1 QCM1’ Giới hạn đo cảm biến đƣợc chế tạo thấp ppm, Với nồng độ ppm, NO2 gây tác hại cho máy hô hấp sau vài phút việc phát khí NO2 nồng độ thấp cần thiết (27) Vì TỔNG KẾT Qua kỳ đồ án này, tổng kết lại, báo cáo gồm điểm sau: • Chế tạo thành cơng vật liệu ZnO có cấu trúc rỗng với kích thƣớc đƣờng kính – lần lƣợt 200 – 250 nm, thành ống có xu hƣớng giảm dần khoảng thời gian thủy nhiệt định phƣơng pháp đơn giản mà không cần đến phƣơng pháp phức tạp nhƣ CVD hay lắng đọng điện hóa • Tổng hợp đƣợc vật liệu lai ZnO@Chitosan nhƣng kích thƣớc vật liệu cịn lớn • Khảo sát khả nhạy khí vật liệu chế tạo với khí Cảm biến có độ nhạy cao với khí NO2, đặc biệt vật liệu ZnO@Chitosan cải thiện rõ rệt khả nhạy khí ZnO từ độ dịch tần số 1,8 Hz lên 51,4 Hz nồng độ 20 ppm • Biết sử dụng công cụ kỹ xử lý số liệu cần thiết kỹ làm việc phịng thí nghiệm làm việc nhóm TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh, Ng Xuân Chế tạo khỏa sát tính chất hạt nano ZnO có khơng có chất phụ gia PVP Tuấn, Hồng Minh Chế tạo hạt nano ZnO pha tạp Co Mn HÀ, LƢU THỊ VIỆT Nghiên cứu tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn, Ce, C đánh giá khả quang oxi hóa chúng 2018 Hƣơng, Lê Thị Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano ZnO 2012 ZnO as a Functional Material, a Review Borysiewicz, Michał A 2019 Preparation of various morphologies of ZnO nanostructure through wet chemical methods Dien, Nguyen Dac 2019 TỔNG HỢP NANO KẼM OXÍT CĨ KIỂM SỐT HÌNH THÁI VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG Khải, Võ Triều 2014 A review of chitin and chitosan applications Kumar, Majeti N.V Ravi 2000, Elsevier Science Nguyệt, Tơn Nữ Minh Tìm hiểu tổng quan chitosan 2014 10 Kumari S, Kumar Annamareddy SH, Abanti S, Kumar Rath P Physicochemical properties and characterization of chitosan synthesized from fish scales, crab and shrimp shells 2017 11 Chitin and chitosan: Properties and applications M., Rinaudo 12 Chitosan-modifications and applications: Opportunities galore Mourya VK, Inamdar NN s.l : Reactive and Functional Polymers, 2008 13 Ammonia Gas Sensor Based on Chitosan Biopolymer Devi Shantini Chandrasakaran, Irwana Nainggolan, Tulus Ikhsan, Mohd Nazree B Derman 2015 14 Chloroform Gas Sensor Based On Chitosan Biopolymer Chandrasakaran, Devi Shantini 2014 15 Quartz Crystal Microbalance/Heat Conduction Calorimetry (QCM/HCC), a new technology capable of isothermal, high sensitivity, mass and heat flow measurements at a solid/ gas interface M.Shirazi, Hamid 2000 16 Cân tiểu ly thạch anh cộng hưởng Chánh, Nguyễn Xuân 2008 17 Candy Piezoelictricit 1946 18 ỨNG DỤNG VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH (QCM) ĐƯỢC PHỦ VẬT LIỆU NANO LÀM CẢM BIẾN KHÍ NH3 Luân, Nguyễn Văn 2010 19 Z.phys Sauerbrey, G 155, 1959 20 Lovacs, Gregory T.A Micromachined Tranducers s.l : Sourcebook, 1988 21 Enhanced SO2 sensing characteristics of multi-wall carbon nanotubes Nguyen Duc Hoang, Vu Van Cat , Man Hoai Nam , Vu Ngoc Phan , Anh Tuan Le 2019 22 Zhang J, Sun L, Liao C, Yan C A simple route towards tubular ZnO 2002 23 Direct Electrodeposition of ZnO Nanotube Arrays in Anodic Alumina Membranes Liang Li, Shusheng Pan, Xincun Dou, Youggang Zhu, Xiaohu Huang, Youwen Yang, Guanghai Li, Lide Zhang 2007 24 synthesis and characterization of chitosan/ZnO nanopartical composite membranes Jian-Cheng-Deng 2010, Elsevier 25 Room-temperature sensitivity to NO2 exposure of electrochemically- deposited nanostructured ZnO layers K Lovchinov, M Petrov 2013 26 NO2 gas sensor based on QCM coated with iron oxide nanorods Vinh, Nguyen Thanh 2019 27 http://xulykhithai.org/tong-quan-ve-khi-no2/ 2016 28 Adsorption and antibacterial studies using encapsulated chitosan/ZnO nanocomposite Annadurai, G 2019, Life Science Informatics Publications 29 Martínez-Francés, Carlos Escudero-ate and Elena A Review of Chitosan-Based Materials for the Removal of Organic Pollution from Water and Bioaugmentation 2018, pp 72-87 30 Removal of toxic metal ions from wastewater using ZnO@Chitosan coreshell nanocomposite Saada, Abdel Halim A 2017, Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management 31 Textile Dye Removal from Wastewater Effluents Using Chitosan-ZnO Nanocomposite Arafat Abul*, Sabrin A Samad, Dilruba Huq, Mohammad Moniruzzaman and Shah Md Masum 2015, Textile Science & Engineering 32 Borysiewicz, Michał A ZnO as a Functional Material, a Review 2019 33 Medeiros, Paula Judith Perez Espitia &Nilda de Fátima Ferreira Soares &Jane Sélia dos Reis Coimbra &Nélio José de Andrade &Renato Souza Cruz &Eber Antonio Alves Zinc Oxide Nanoparticles: Synthesis, Antimicrobial Activityand Food Packaging Applications 2012 34 Hƣơng, Nguyễn Thị Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano ZnO 2012 35 Dien, Nguyen Dac Preparation of various morphologies of ZnO nanostructure through wet chemical methods 2019 ... 1422 cm-1 nhóm –COO muối Đỉnh 1152 cm-1 đỉnh đặc biệt liên kết ? ?- ( 1-4 ) - glycosidic đơn vị polysacarit Đỉnh 1068 cm -1 biểu thị cho độ rung kéo dãn C-O-C vòng glucose tƣơng ứng với CH-OH hợp... có tên khoa học là: poly [β - ( 1-4 ) – – amido – – deoxy – D – glycopyranose] (là polysacarit mạch thẳng đƣợc cấu tạo từ D- glucosamine đơn vị deaxetyl hóa N-acetyl-D-Glucosamine đơn vị chứa nhóm... với CH-OH hợp chất tuần hoàn Đỉnh 764 cm-1 uốn cong C-H thơm Một đỉnh hấp thụ phạm vi 525 cm-1 đƣợc thể phổ FTIR CS-ZnO nanocomposite kiểu dao động nhóm O-Zn-O Lý hình thành liên hydro chitosan