Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của cấu trúc dị thể giữa dây nano SnO2 và một số oxit kim loại bán dẫn.Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của cấu trúc dị thể giữa dây nano SnO2 và một số oxit kim loại bán dẫn.Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của cấu trúc dị thể giữa dây nano SnO2 và một số oxit kim loại bán dẫn.Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của cấu trúc dị thể giữa dây nano SnO2 và một số oxit kim loại bán dẫn.Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của cấu trúc dị thể giữa dây nano SnO2 và một số oxit kim loại bán dẫn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Thị Ngọc Hoa NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH NHẠY KHÍ CỦA CẤU TRÚC DỊ THỂ GIỮA DÂY NANO SnO2 VÀ MỘT SỐ OXIT KIM LOẠI BÁN DẪN Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2021 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Duy PGS TS Đặng Thị Thanh Lê Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … …., ngày … tháng … năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam 3 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trần Thị Ngọc Hoa, Nguyễn Văn Duy, Đặng Thị Thanh Lê, Chử Mạnh Hưng, Nguyễn Văn Hiếu (2017), Tăng cường tính chất nhạy khí NO2 nhiệt độ phịng dây nano cấu trúc SnO 2lõi/ZnO-vỏ, Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ X - ĐH Bách khoa Hà Nội (quyển 1) Tran Thi Ngoc Hoa, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Dang Thi Thanh Le, Nguyen Van Toan, Nguyen Huy Phuong and Nguyen Van Hieu, (2019), Effective H2S sensor based on SnO2 nanowires decorated with NiO nanoparticles by electron beam evaporation", RSC Advances (2019) 1388713895; ***IF2019: 3.119*** Tran Thi Ngoc Hoa, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Van Hieu, Ho Huu Hau, Nguyen Duc Hoa, (2020), Dipcoating decoration of Ag2O nanoparticles on SnO2 nanowires for high-performance H2S gas sensors", RSC Advances 10 (2020) 17713; ***IF2019: 3.119*** Tran Thi Ngoc Hoa, Dang Thanh Le, Nguyen Van Toan, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Van Hieu, Nguyen Duc Hoa, (2021), Highly selective H2S gas sensor based on WO3- coated SnO2 nanowires, Materials Today Communications 26 (2021) 102094; ***IF: 2.678*** GIỚI THIỆU CHUNG Lý chọn đề tài Cách mạng công nghệ 4.0 tác động nhiều mặt tới đời sống người Nhiều khu công nghiệp nông nghiệp nguồn ảnh hưởng lớn đến ô nhiễm môi trường ô nhiễm không khí [1] Tổ chức Y tế giới báo cáo năm 2018 có khoảng 60000 người tử vong hàng năm Việt Nam có liên quan đến nhiễm khơng khí Ơ nhiễm khơng khí khí hố học độc hại mơi trường NO2, CO, H2S SO2 với nồng độ định gây tác động mức độ khác tới người Trong H2S loại khí vơ nguy hiểm, mức nồng độ thấp (cỡ ppm) khí H2S loại khí độc hại, khơng màu, dễ cháy, có mùi trứng thối [1] Nồng độ H2S cho phép đề xuất Hội đồng tư vấn khoa học chất độc hại gây nhiễm khơng khí (Hoa Kỳ) khoảng từ 20 – 100 ppb [7] Kiểm soát khí độc hại giới hạn an tồn vấn đề cấp thiết nay, đặc biệt với khí H 2S nồng độ thấp mức ppm [8] quan trọng vấn đề việc sử dụng an tồn khí sinh học quy trình cơng nghiệp [9] Vì việc phát triển cảm biến khí dùng để phát khí H2S nồng độ thấp vấn đề cấp bách Nhiều cảm biến vật liệu nano có cấu trúc sử dụng để kiểm sốt khí H2S, NO2 [10-14] … Cảm biến khí dựa ơxít kim loại bán dẫn (SMO) phổ biến ưu điểm chi phí thấp, độ nhạy cao với loại khí, kích thước nhỏ gọn, tính di động, dễ sử dụng tiêu thụ điện thấp Cảm biến khí ơxít kim loại bán dẫn SMO có tiềm đặc biệt cho phát 150 loại khí [14-16] Trong loại ôxít kim loại bán dẫn cảm biến khí ôxít thiếc (SnO2) ơxít kim loại bán dẫn loại n, dùng phổ biến có đáp ứng độ nhạy tương đối cao với loại khí khác tính khả thi việc cải thiện hiệu suất cảm biến [17][18] Tuy nhiên cảm biến ơxít SnO2 lại cho thấy độ nhạy tương đối thấp khí H2S độ chọn lọc với khí gây nhiễm khơng khí NH3, H2S CO [19] [20], có nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện độ nhạy cảm biến SnO với khí H2S [21-24] Nhiều nhà nghiên cứu đưa biện pháp khác nhằm tăng cường độ nhạy khí H2S cảm biến khí ơxít kim loại bán dẫn cách pha tạp [25] biến tính bề mặt - phương pháp hiệu thể lợi dụng khả hoạt động xúc tác bề mặt cao vật liệu biến tính [26][27] Vật liệu biến tính bề mặt thường kim loại quý để tăng cường tính chất nhạy khí cảm biến, nhiên chúng đắt tiền dẫn đến giá thành sản phẩm cao [22][28] Do việc sử dụng vật liệu khác biến tính bề mặt dây nano SnO nhằm nâng cao hiệu suất nhạy khí cảm biến trở thành ưu tiên năm gần [29][30] Cấu trúc nano dị thể hai vật liệu bán dẫn khác hấp dẫn nhà khoa học tính chất độc đáo kích thước nhỏ, tỷ lệ diện tích bề mặt lớn cho ứng dụng đa lĩnh vực so với cấu trúc nano riêng lẻ nguyên khối [31-35] Các vật liệu phổ biến sử dụng để biến tính bề mặt dây nano ơxít kim loại bán dẫn SnO2 loại n nhằm tăng cường hiệu suất nhạy khí H2S, NO2 cảm biến ơxít kim loại bán dẫn khác bao gồm ơxít kim loại bán dẫn loại n ZnO, WO3, SnO2, TiO2, In2O3, CdO …, loại p CuO, Cr2O3, Co3O4, NiO …, vật liệu sử dụng nhằm tăng cường hoạt động bề mặt hình thành lớp tiếp xúc dị thể loại hạt tải n - n khác loại hạt tải n - p vật liệu biến tính [30][6] 10 Các kết nghiên cứu vật liệu từ phân tích trên, chúng tơi 11 chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu chế tạo tính nhạy khí cấu trúc dị thể dây nano SnO2 số oxit kim loại bán dẫn 12 Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo thành cơng dây nano ơxít kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể nSnO2/SMO phương pháp hóa lý khác - Khảo sát tính chất nhạy khí H 2S cảm biến chế tạo đưa bề dày lớp ơxít biến tính cho đáp ứng khí tốt nhiệt độ làm việc tối ưu cảm biến - Giải thích chế nhạy khí cảm biến dây nano SnO2 biến tính hạt nano ơxít kim loại bán dẫn - SMO Đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 Để thực đề tài với mục tiêu nêu trên, tập trung nghiên cứu vấn đề sau: - Chế tạo cảm biến dây nano ơxít kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể, dây nano SnO2 biến tính bề mặt lớp nano ơxít kim loại bán dẫn khác để tạo lên cấu trúc dị thể loại hạt tải (nSnO2/n-SMO) khác loại hạt tải (n-SnO2/p-SMO) - Khảo sát tính chất nhạy khí H2S cảm biến cấu trúc dây nano ơxít kim loại cấu trúc dị thể với bề dày lớp vỏ khác chế tạo giải nhiệt độ khác để tìm bề dày lớp - biến tính cho nhạy khí tốt nhiệt độ làm việc tối ưu cảm biến - Giải thích chế nhạy khí H2S, NO2 cấu trúc dị thể SnO2/SMO loại hạt tải khác loại hạt tải; phân tích yếu tố ảnh hưởng đến tính chất nhạy khí cảm biến khả ứng dụng lĩnh vực cảm biến khí Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án dựa phương pháp thực nghiệm, cụ thể gồm bước sau: - Dây nano SnO2 chế tạo phương pháp lắng đọng hóa học sử dụng vật liệu nguồn bột Sn (phương pháp CVD) - Biến tính vật liệu dây nano SnO2 nano ơxít kim loại bán dẫn loại n: ZnO, WO3 loại p: NiO, Ag2O tiến hành thông qua phương pháp hoá lý khác phương pháp CVD, phún xạ chiều DC, phương pháp nhúng phủ phương pháp bốc bay chùm điện tử lên bề mặt dây nano SnO kết hợp với ủ mẫu nhiệt độ cao khơng khí - Hình thái, vi cấu trúc vật liệu nghiên cứu phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM), phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ lượng tia X (EDS) EDS mapping thực viện AIST, ĐHBKHN, Viện Khoa học Vật liệu ITIMS, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam VAST - Các đặc trưng nhạy khí cảm biến khảo sát hệ đo nhạy khí Viện Đào tạo Quốc tế khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Các kết nghiên cứu luận án đóng góp hiểu biết chung vào cộng đồng khoa học tính nhạy khí chế nhạy khí chuyển tiếp dị thể Đồng thời, luận án chứng minh tiềm ứng dụng cấu trúc dị thể SnO 2/SMO cảm biến khí H2S có độ đáp ứng cao, độ chọn lọc tốt với khí giới hạn phát nồng độ thấp nồng độ ppm nhiệt độ 200 oC Hơn nữa, kết nghiên cứu phản biện nhà khoa học ngồi nước, cơng bố tạp chí chuyên ngành Điều cho thấy, nội dung luận án có ý nghĩa khoa học thực tiễn khơng nước mà cộng đồng khoa học quốc tế Những đóng góp đề tài - Chế tạo thành công cảm biến cấu trúc dị thể dây nano SnO2 ZnO phương pháp bốc bay nhiệt, Tính chất nhạy khí cảm biến khảo sát thơng qua khí khảo sát H 2S NO2 Cảm biến với lớp phủ bề mặt ZnO thời gian 10 phút cho thấy độ đáp ứng tăng cường từ 300 ÷ 1950 lần với khí NO nồng độ ÷ 10 ppm nhiệt độ phòng (38 oC) Kết cơng bố báo “Tăng cường tính chất nhạy khí NO nhiệt độ phịng dây nano cấu trúc SnO2-lõi/ZnO-vỏ” [Trần Thị Ngọc Hoa cộng sự., Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ X (quyển 1)] - Chế tạo thành công cảm biến cấu trúc dị thể dây nano SnO2 WO3 phương pháp bốc bay nhiệt kết hợp với phương pháp phún xạ chiều DC, Cảm biến với bề dày lớp biến tính WO3 - nm cho độ đáp ứng cao – 177 lần với ppm khí H 2S nhiệt độ làm việc tốt cảm biến 200 oC Cảm biến cho thấy tính chất chọn lọc cấu trúc dị thể SnO2/WO3 với khí H2S Kết công bố báo [Tran Thi Ngoc Hoa et.al., “Highly selective H2S gas sensor based on WO3-coated SnO2 nanowires”, Materials Today Communications 26 (2021)102094; IF: 3.383] - Chế tạo thành công cảm biến cấu trúc dị thể dây nano SnO2 NiO phương pháp bốc bay nhiệt để chế tạo dây nano SnO với lớp biến tính bề mặt - NiO có chiều dày khác phương pháp bốc bay chùm điện tử Cảm biến với bề dày lớp biến tính NiO - 10 nm cho độ đáp ứng tăng cường với khí H 2S nồng độ 1÷10 ppm có tính chất chọn lọc với khí nhiệt độ làm việc tốt cảm biến 200 oC Kết công bố báo [Tran Thi Ngoc Hoa et.al., “Effective H2S sensor based on SnO2 nanowires decorated with NiO nanoparticles by electron beam evaporation”, RSC Advances (2019) 13887-13895; IF 2019: 3.119] - Chế tạo thành công cảm biến cấu trúc dị thể dây nano SnO2 Ag2O phương pháp bốc bay nhiệt phương pháp nhúng phủ kết hợp với ủ mẫu khơng khí nhiệt độ 600 oC Cảm biến với bề dày lớp biến tính Ag2O thích hợp (S5) cho độ đáp ứng cao - – 1155 lần với ppm khí H 2S nhiệt độ làm việc tốt - Ag2O/SnO2 NWs -1 - 20 - 11 - (S 55 5) - 00 350/40 - Luận án - CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG NHẠY KHÍ H2S CỦA CẢM BIẾN DÂY NANO CẤU TRÚC n-SnO2/n-SMO 4.1 Dây nano SnO2 4.2 Kết chế tạo tính chất nhạy khí dây nano cấu trúc SnO2/ZnO 4.2.1 Kết hình thái cấu trúc SnO2/ZnO Hình ảnh SEM – Hình 4.1 cảm biến dây nano ơxít bán dẫn cấu trúc dị thể loại hạt tải n-SnO2/n-ZnO chế kim loại tạo phương pháp CVD kết hợp với phương pháp phún xạ chiều DC (Hình 4.1) cho thấy cấu trúc lõi – vỏ hình thành Dây nano SnO2 chế tạo phương pháp bốc bay nhiệt có bề mặt nhẵn trở nên gồ ghề sau biến tính bề mặt lớp vỏ mỏng ZnO Mật độ lớp biến tính ZnO tăng dần theo thời gian phún xạ Trên bề mặt dây nano SnO2 (lõi) mật độ hạt ZnO lắng đọng tăng theo thời gian phún xạ - Hình 4.1 Ảnh SEM cảm biến dây nano SnO2 cấu trúc SnO2/ZnO với chiều dày lớp biến tính ZnO khác (A)5, (B)10 (C, D)15 4.2.2 Tính nhạy khí H2S cảm biến - Tính chất nhạy khí cảm biến phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc chiều dày lớp phủ bề mặt dây nano Với mục đích tìm nhiệt độ làm việc tối ưu khoảng nhiệt độ nghiên cứu chiều dày lớp phủ cho nhạy khí H2S tốt nhất, chúng tơi khảo sát tính chất nhạy khí mẫu chế tạo dải nhiệt độ từ 300 – 400 oC với chiều dày lớp phủ ZnO bề mặt dây nano SnO 5, 10 15 nm Kết thu sau: - Hình 4.4 (A) cho thấy 350 oC cảm biến cho độ đáp ứng khí H2S – 2,5 ppm tốt 7,8 lần độ đáp ứng cảm biến nhiệt độ 300 oC 400 oC cỡ 5,6 lần Như khoảng nhiệt độ nhiệt độ tối ưu cảm biến cho đáp ứng khí H2S 350 - oC - Hình 4.4 (A) Độ đáp ứng khí H2S (0.25 – 2,5 ppm); (B) thời gian đáp ứng hồi phục cảm biến SnO2/ZnO - 10 nm nhiệt độ 300, 350 400 - - oC - Đặc biệt cảm biến SnO2/ZnO có chiều dày lớp biến tính ZnO 10 nm có độ đáp ứng với H 2S - 2,5 ppm 7,8 cao so với cảm biến có chiều dày lớp biến tính ZnO nm 15 nm có độ đáp ứng 2,6 lần 4,3 lần (Hình 3.6) Điều chứng tỏ độ đáp ứng khí phụ thuộc vào mật độ hay chiều dày lớp biến tính, chiều dày tối ưu lớp biến tính nano ZnO bề mặt dây nano SnO cho đáp ứng khí H2S 10 nm - Hình 4.6 (A) Độ đáp ứng khí H2S (0,25 -2,5 ppm); (B) Thời gian hồi - đáp khí nhiệt độ 350 oC cảm biến SnO2/ZnO có độ dày lớp biến tính 5,10, 15 nm - Kết biểu thị hình 3.7 cho thấy cảm biến cho độ đáp ứng thấp loại khí khử khác H2S cho giá trị khoảng 10% đến 40%, nồng độ khí khảo sát cao nhiều nồng độ khí H2S – 2,5 ppm Như cho cấu trúc dị thể SnO2/ZnO loại hạt tải n -n cho độ đáp ứng thấp khí khử nhiên có tính chất chọn lọc khí H2S - Hình 4.7 Độ đáp ứng khí cảm biến SnO2/ZnO - 10 nm loại khí khử khác 4.3 Kết chế tạo dây nano cấu trúc n-SnO2/n-WO3 4.3.1 Kết phân tích hình thái cấu trúc Kết thu hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (TEM, FETEM) Hình 4.11 (A, B, C)) dây nano SnO2 phủ WO3 độ phóng đại khác Hình ảnh 4.11 (A) 4.11 (B) cho thấy dây nano SnO2 có đường kính trung bình khoảng 40 ÷ 70 nm lớp WO3 mỏng bền mặt dây SnO2 Hình 11 (C) thể chi tiết mạng lưới SnO Khoảng cách hai mặt mạng liên tiếp đo SnO 0,33 nm tương ứng với mặt đỉnh (110) cấu trúc rutile tứ giác Các rìa lưới khoảng cách liên tiếp WO3 khơng rõ ràng lớp phủ WO3 có độ tinh thể Rìa lưới mờ nhạt lớp vỏ cấu trúc vơ định hình WO3 (Hình 4.11 C) [43] Hình 4.11 Ảnh TEM cảm biến dây nano SnO2 phủ lớp nano WO3 Tuy nhiên, kết phù hợp với kết phân tích EDS mẫu, cho thấy lớp WO3 phủ thành công bề mặt dây nano SnO2 4.3.2 Tính nhạy khí H2S Tính chất nhạy khí cảm biến phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc chiều dày lớp phủ bề mặt dây nano Với mục đích tìm nhiệt độ làm việc tối ưu khoảng nhiệt độ nghiên cứu chiều dày lớp phủ cho nhạy khí H2S tốt nhất, chúng tơi khảo sát tính chất nhạy khí mẫu chế tạo dải nhiệt độ từ 150 – 250 o C với chiều dày lớp phủ WO3 bề mặt dây nano SnO2 3, 10 20 nm Kết thu sau: Độ nhạy khí H2S (0,1–1 ppm) 200 °C cảm biến chế tạo so sánh hình 4.14 Tất cảm biến cho thấy khả đáp ứng phục hồi tốt với khí H2S nồng độ thấp Kết cho thấy cảm biến dây nano SnO2 phủ bề mặt WO3 cải thiện hiệu suất cảm biến H2S Hình 4.13 (A-C) Độ đáp ứng khí H2S (0,1 – ppm) cảm biến SnO2/WO3 – nm nhiệt độ 150 oC, 200 oC 250 oC; (D) Dây nano SnO2 phủ lớp WO3 dày nm có đáp ứng khí cao so với mẫu phủ lớp WO dày 3, 10 20 nm Độ đáp ứng khí mẫu cảm biến phủ lớp WO dày nm với ppm khí H2S 177, độ đáp ứng khí mẫu cảm biến có bề dày lớp phủ WO3 3, 10, 20 nm 12, 12, 30 1000 T = 200oC R 100 es p o ns 10 e (R / a Rg H2S-1 ppm NO2-1ppm NH3-25ppm CO -200 ppm H2-500 ppm 177 6.7 H 2S NO2 1.87 NH3 1.15 CO 1.07 H2 Hình 4.17 Tính chọn lọc cảm biến cấu trúc dây nano SnO2/WO3 – nm 200 oC Độ đáp ứng cảm biến 1,87; 1,15; 1,07; 6,7 177 cho 25 ppm NH3, 200 ppm CO, 500 ppm H 2, ppm NO2 ppm H2S Mặc dù nồng độ khí H 2S thấp nhiều so với loại khí khác cảm biến cho thấy độ nhạy vượt trội Do đó, cảm biến dựa dây nano SnO2 phủ WO3 có tính chọn lọc cao để phát khí H2S 200 °C có hiệu cho ứng dụng thực tế Bảng 4.2 tóm tắt cmột số nghiên cứu gần hiệu suất cảm biến cảm biến khí H2S NO2 dựa vật liệu dây nano SnO2 cấu trúc dị thể SnO2/n-SMO Từ Bảng 4.2 thấy, dây nano SnO2 có độ nhạy thấp với khí H 2S NO2 Tuy nhiên cách biến tính bề mặt nano oxit kim loại bán dẫn loại n cho cảm biến có độ nhạy tăng cường Kết cho thấy cảm biến SnO2/n- SMO nghiên cứu cho thấy độ nhạy cao nhiều so với nghiên cứu khác loại vật liệu Bảng 4.2 So sánh độ đáp ứng khí H2S, NO2 dựa cảm biến khí SnO2 cảm biến SnO2/n-SMO Vật liệu Khí Nồng độ Nhiệt Độ Tài liệu khảo sát (ppm) độ làm nhạy tham khảo việc (Ra/R (oC) g) SnO2 NWs H2S 200 3,6 SnO2/ZnO NWs H2S 500 350 2,1 H2S 50 H2S 2,5 350 7,8 Luận án H2S 200 177 Luận án NO2 50 Luận án NO2 RT/UV NO2 90 46 NO2 38 300 10 38 1950 100 130 WO3/Au/SnO2 SnO2/ZnO- Luận án [55] [75] 10min NWs SnO2/WO3-5nm NWs SnO2 NWs SnO2/ZnO NWs SnO2/ZnO NWs SnO2/ZnO10min NWs SnO2/WO3-10 NO2 [23] [63] Luận án Luận án nm NWs 4.3.4 Cơ chế nhạy khí Sự gia tăng độ nhạy cảm biến chế tạo giải thích thay đổi rào mặt giao diện không đồng n - n lõi dây nano SnO2 vỏ lớp phủ WO3 [44] SnO2 WO3 ơxít kim loại chất bán dẫn loại n; WO3 có độ rộng vùng cấm 2,8 eV điện làm việc khoảng 4,8 eV, SnO2 có độ rộng vùng cấm 3,7 eV cơng thoát điện tử 4,9 eV [32] Các điện tử WO3 chiếm mức lượng cao so với điện tử SnO2 mặt tiếp xúc điện tử chuyển từ WO sang SnO2 Kết là, lớp nghèo điện tử dây nano SnO bị thu hẹp lại, • • • - - vùng nghèo điện tử WO3 tăng lên Chiều dài Debye WO3 khoảng 11 nm; đó, vỏ WO3 hồn tồn cạn kiệt Do đó, q trình đo cảm biến khí, lõi dây nano SnO2 hoạt động kênh dẫn điện, lớp vỏ vùng suy giảm điện tử Vì vậy, tiếp xúc với khơng khí, điện tử lớp vỏ WO3 bị bắt ion ôxy hấp phụ tạo thành khu vực hoàn toàn cạn kiệt vỏ Khi tiếp xúc với khí H2S, phân tử H2S tương tác với ion ơxy hấp phụ giải phóng điện tử đến vùng dẫn lớp vỏ WO Do khả nhạy khí cảm biến cải thiện Khả đáp ứng khí dây nano SnO2 phủ WO3 phụ thuộc nhiều vào độ dày lớp phủ Độ dày lớp phủ WO3 phải tương đương với chiều dài Debye lớp vỏ phải hồn tồn cạn kiệt để tăng độ nhạy khí [11] 4.4 Kết luận chương Chế tạo thành công cảm biến dây nano n - SnO2 phủ lớp nano ôxít ZnO, WO3 phương pháp CVD phương pháp phún xạ chiều DC Mật độ hạt nano ZnO WO bề mặt dây nano SnO2 phụ thuộc vào thời gian biến tính Các cảm biến dây nano n-SnO2 phủ lớp nano ơxít ZnO cho thấy tính chất nhạy khí H2S có tính chất chọn lọc tốt với khí H 2S Độ dày lớp biến tính ZnO 10 nm cho đáp ứng khí H 2S tốt nhiệt độ làm việc tối ưu cảm biến 350 oC Các cảm biến dây nano n-SnO2 biến tính với hạt nano ơxít WO3 cho thấy đáp ứng cao có tính chất chọn lọc với khí H2S Độ dày lớp biến tính cho đáp ứng khí tốt nm, nhiệt độ làm việc tối ưu cảm biến 200 oC KẾT LUẬN CHUNG Luận án cơng trình nghiên cứu dựa phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Kết nghiên cứu nhận cho phép rút số kết luận sau: Chế tạo cảm biến dây nano cấu trúc dị thể n - SnO2/SMO phương pháp bốc bay nhiệt kết hợp với phương pháp biến tính bề mặt dây nano SnO2 khác Các cảm biến cho nhạy khí tăng cường với khí H2S, NO2 nồng độ thấp đặc biệt có tính chọn lọc tốt với H2S, khả lặp lại tốt Kết nghiên cứu luận án góp phần vào hiểu biết chung cảm biến cấu trúc dị thể Kỹ thuật cho phép kiểm soát mật độ dây nano cách phù hợp với mục đích nhạy khí khác ... cứu chế tạo tính nhạy khí cấu trúc dị thể dây nano SnO2 số oxit kim loại bán dẫn 12 Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo thành công dây nano ôxít kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể nSnO2/SMO phương pháp... ứng khí 1.2 Cơ chế nhạy khí dây nano xít kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể - Để giải thích tăng cường tính chất nhạy khí dây nano biến tính nói chung hay dây nano xít kim loại bán dẫn cấu trúc. .. Cảm biến khí H2S dựa sở dây nano ơxít kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể loại hạt tải n - n SnO2/ ZnO SnO2/ WO3 - Cảm biến khí H2S dựa sở dây nano ơxít kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể khác loại hạt