3. Kết quả và bàn luận
3.5.1. Khảo sát tính nhạy khí của vật liệu graphene
Trong phần này để tài sẽ khảo sát tính nhạy khí của cảm biến có màng graphene đảm nhận vai trò làm lớp nhạy khí. Mẫu linh kiện sử dụng trong khảo sát có cấu trúc gồm hai lớp là màng graphene và điện cực bạc (Hình 3.22), trong đó khoảng cách giữa hai điện cực bạc (chiều dài vùng hấp thụ) vào khoảng 6 mm, điện trở nền 2,81KΩ, sử dụng dây đồng dính với điện cực bằng keo bạc để thu tín hiệu điện. Trong khảo sát này, luận văn thực hiện khảo sát mẫu trong 3 chu kì (mỗi chu kì kéo dài 900 giây gồm 300 giây giải hấp và 600 giây hấp thụ), dòng khí thử (NH3) đi qua flowmeter với lưu lượng 54 sccm (ml khí /phút).
Kết quả thu được được biểu hiện ở giản đồ hình 3.23 khá phù hợp với một số khảo sát của các nhóm nghiên cứu về graphene làm lớp hoạt động trong cấu trúc cảm biến khí.
Hình 3.22: Mẫu linh kiện sử dụng trong khảo
GVHD TS. Trần Quang Trung HVTH Tống Đức Tài Qua giản đồ ta có thể thấy rằng màng graphene nhạy với khí NH3, tùy rằng độ nhạy chưa cao, giải hấp không sâu, thời gian đáp ứng (600 giây) cũng như thời gian hồi phục tương đối lớn (chưa xác định rõ do khả năng giải hấp không hết ở nhiệt phòng), cảm biến trên cơ sở vật liệu graphene mà luận văn thực hiện cũng đã bước đầu cho thấy khả năng bắt khí (phù hợp với nghiên cứu của [17], [18], [19], [20] – thời gian hấp thụ là 1000 giây và khả năng giải hấp ở nhiệt độ phòng rất thấp – hình nhỏ trong hình 3.23) cũng như giải hấp ở nhiệt độ phòng. Ngoài ra kết quả còn cho thấy hệ đo nhạy khí, thiết lập bởi các thành viên trong nhóm nghiên cứu, có khả năng khảo sát được hoạt động của cảm biến, tạo tiền đề cho những khảo sát khác phức tạp hơn.
Độ nhạy (khoảng 3,5%) cũng như các thông số khác như thời gian hồi phục, thời gian đáp ứng của cảm biến sử dụng vật liệu chủ graphene (tổng hợp bằng phương pháp hóa học) làm lớp nhạy khí ở nhiệt độ phòng chưa tốt cũng không phải là vấn đề mới, mà đã được công bố bởi khá nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới. Khắc phục nhược điểm
Hình 3.23: Giản đồ đo nhạy khí của cảm biến khí có lớp graphene
GVHD TS. Trần Quang Trung HVTH Tống Đức Tài này, nhiều nhóm nghiên cứu đưa ra các giải pháp khác nhau như pha tạp các vật liệu khác nhau như ZnO, SnO2, … ở các thù hình khác nhau như hạt hay dây nano nhằm mục đích tăng độ nhạy hay tăng tính lọc lựa cho cảm biến. Trong định hướng nghiên cứu riêng, luận văn tập trung cải thiện độ nhạy của cảm biến mà vẫn dựa trên tiêu chí đó là sử dụng graphene làm vật liệu nền. Trên cơ sở nghiên cứu về vật liệu graphene trình bày trong phần 3.1 chúng tôi đã nhận thấy cấu trúc mảng chồng chập khi tạo các màng graphene kích thước lớn sẽ ảnh hưởng đáng kể đến tính chất điện của màng graphene kích thước lớn này (trong khi đó tinh chất điện ưu việt của các mảng graphene nhỏ không thể hiện được rõ trong màng graphene kích thước lớn). Chính vì lý do đó chúng tôi đã sử dụng các dây nano Ag đóng vai trò cầu nối dẫn điện cho các mảng graphene trong màng graphene kích thước lớn để nâng cao tính chất điện của chúng (như trình bày trong phần 3.3). Với ý tưởng trên và trong giới hạn của luận văn thạc sĩ, luận văn sử dụng phương pháp pha tạp với mục đích nâng cao tính chất điện của màng graphene (chế tạo bằng phương pháp hóa học), thông qua đó làm tăng độ nhạy của cảm biến khí trên nền vật liệu graphene pha tạp này (chúng tôi gọi là tổ hợp lai giữa graphene và dây nano Ag), kết quả khảo sát sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.