1. Tổng quan
1.3.1. Vật liệu cấu trúc nano một chiều
Trong năm 1962 Seiyama và đồng nghiệp khám phá ra rằng độ dẫn điện của ZnO có thể thay đổi nhanh chóng khi tương tác với một loại khí nhất định trong môi trường [23]. Từ đó, có một lượng lớn các bài báo về những ứng dụng của oxit kim loại bán dẫn với vai trò cảm biến khí được công bố, bởi những tính chất như giá thành thấp, khả năng tương thích với những quá trình vi điện tử. Gần đây, các cấu trúc nano một chiều của vật liệu bán dẫn bao gồm nanowire, nanotube, và nanobelt thu hút sự chú ý bởi tiềm năng của chúng trong việc chế tạo linh kiện nano. Với đặc tính tỉ lệ bề mặt so với
Hình 1.16: NH3 trên graphene; a) định hướng u và b) định hướng d của NH3 (nguyên tử N màu xanh, nguyên tử H màu trắng)phần màu vàng và xanh lá thể hiện dấu hiệu khác nhau của của hàm sóng vân đạo [15] .
GVHD TS. Trần Quang Trung HVTH Tống Đức Tài thể tích cao, và trạng thái tinh thể cao của cấu trúc nano một chiều, những ứng dụng chủ yếu của chúng đầu tiên được phát triển trong lĩnh vực chế tạo cảm biến khí hóa học.
Vật liệu cấu trúc nano một chiều không chỉ có những tính chất điện tuyệt vời, nó còn có thể được sử dụng để chế tạo cảm biến có độ nhạy cao, ví dụ như dây nano In2O3, Si, V2O5, với đường kính nhỏ hơn 25nm lần lượt có khả năng nhận ra 5ppb (một phần tỉ ml) NO2, 20ppb NO2, 30ppb 1-butylamine [24].
Có rất nhiều phương pháp để chế tạo dây nano, tuy nhiên tất cả các phương pháp đó có thể tổng quát thành hai phương pháp cơ bản sau: top-down và bottom-up. Nếu như phương pháp top-down giảm dần kích thước của vât liệu có kích thước lớn thành vật liệu có kích thước nhỏ để đạt được kích thước mong muốn, thì phương pháp bottom-up tổng hợp vật liệu nanowire bằng cách kết hợp các nguyên tử/phân tử đơn của chất cần tổng hợp thành kích thước mà ta mong muốn (Hình 1.17).
Vật liệu cấu trúc nano một chiều có nhiều thuộc tính nổi bật, tuy nhiên, chúng ta có thể tăng cường những thuộc tính này bằng cách kết hợp chúng với graphene. Ví dụ như, tổ
Hình 1.17 : Minh họa phương pháp chế tạo
GVHD TS. Trần Quang Trung HVTH Tống Đức Tài hợp TiO2-Graphene cho thấy hiệu ứng quang hơn hẳn so với dây nano TiO2 thuần túy [27]. Để hiểu rõ hơn về tổ hợp vật liệu nano-graphene chúng ta đến với phần tiếp theo của luận văn sẽ làm rõ hơn về tổ hợp graphene-vật liệu cấu trúc nano cũng như các phương pháp chế tạo tổ hợp này.