4. Phương phỏp nghiờn cứu
3.3. Khảo sỏt đặc tớnh nhạy khớ bằng hiệu ứng tự đốt núng
Sử dụng hiệu ứng tự đốt núng khảo sỏt đặc tớnh nhạy khớ với khớ NO2 với ba dạng cảm biến. Chỳng tụi sử dụng ỏp nguồn trực tiếp với cỏc điện thế 20 V, 25 V, 30 V, 35 V và 40 V, với cỏc nồng độ khớ NO2 2.5 ppm, 10 ppm và 40 ppm.
Độ đỏp ứng khớ (S) ở đõy được tớnh theo cụng thức S = Rgas/Rair . Trong đú Rgas là điện trở của cảm biến trong mụi trường cú khớ cần đo, Rair là điện trở của cảm biến trong khụng khớ.
50
Hỡnh 3.6: Độ đỏp ứng với khớ NO2 bằng hiệu ứng Self-heating của cảm biến dạng mạng lưới. (a) ảnh SEM của cảm biến dạng mạng lưới; (b) Self-heating ở 20V; (c) self-heating ở 25V; (d) self-heating ở 30V; (e) self-heating ở 35V; (f) self-heating ở 40V.
51
Hỡnh 3.7: Độ đỏp ứng với khớ NO2 của cảm biến dạng mạng lưới ở cỏc điện thế 20 V - 25 V - 30 V - 35 V - 40 V và ở cỏc nồng độ 2,5 ppm; 10 ppm và 40 ppm.
Từ đồ thị so sỏnh độ đỏp ứng với khớ NO2 của cảm biến dạng mạng lưới, ta thấy độ đỏp ứng với khớ tăng dần khi nồng độ khớ tăng, độ đỏp ứng với khớ tăng dần theo điện thế từ 20 V đến 40 V, tại điện ỏp 40 V cảm biến dạng mạng lưới cho độ đỏp ứng tốt nhất khoảng 3.5 lần.
Do giới hạn của thiết bị đo của chỳng tụi nờn chỳng tụi khụng khảo sỏt được cỏc điện ỏp cao hơn.
52
Hỡnh 3.8: Độ đỏp ứng với khớ NO2 bằng hiệu ứng tự đốt núng của cảm biến dạng đa sợi. (a) ảnh SEM của cảm biến dạng đa sợi; (b) Self-heating ở 20 V; (c) self-heating ở 25 V; (d) self-heating ở 30 V; (e) self-heating ở 35 V; (f) self-heating ở 40 V.
53
Hỡnh 3.9: Độ đỏp ứng với khớ NO2 của cảm biến dạng đa sợi ở cỏc điện thế 20 V - 25 V - 30 V - 35 V - 40 V và ở cỏc nồng độ 2.5 ppm; 10 ppm và 40 ppm.
Chỳng ta thấy độ đỏp ứng với khớ NO2 của cảm biến dạng đa sợi cú độ đỏp ứng tăng dần với nồng độ khớ tăng, độ đỏp ứng tăng dần từ 20 V đến 30 V sau đú giảm dần từ 30 V đến 40 V, độ đỏp ứng đạt giỏ trị lớn nhất tại 30 V với giỏ trị khoảng 5 lần ở nồng độ 40 ppm khớ NO2. Điều này phự hợp với cảm biến hoạt động sử dụng lũ nhiệt ngoài, cảm biến hoạt động tốt nhất ở khoảng nhiệt độ xỏc định với một loại khớ, tương tự như ở đõy cảm biến hoạt động tốt nhất ở khoảng điện thế xỏc định hay khoảng cụng suất cung cấp cho cảm biến xỏc định.
54
Hỡnh 3.10: Độ đỏp ứng với khớ NO2 bằng hiệu ứng tự đốt núng của cảm biến dạng đơn sợi. (a) ảnh SEM của cảm biến dạng đơn sợi; (b) self-heating ở 20 V; (c) self-heating ở 25 V; (d) self-heating ở 30 V; (e) self-heating ở 35 V; (f) self-heating ở 40V.
55
Hỡnh 3.11: Độ đỏp ứng với khớ NO2 của cảm biến dạng đơn sợi ở cỏc điện thế 20 V - 25 V - 30 V - 35 V - 40 V và ở cỏc nồng độ 2.5 ppm; 10 ppm và 40 ppm.
Ta thấy cảm biến dạng đơn sợi cú độ đỏp ứng với khớ tăng dần khi tăng nồng độ khớ NO2, độ đỏp ứng tăng từ 20 V đến 25 V, sau đú giảm dần từ 25 V đến 40 V. Độ đỏp ứng với khớ NO2 tốt nhất của cảm biến dạng đơn sợi tại 25 V cho độ đỏp ứng khoảng 20 lần tại 40 ppm NO2.
Hỡnh 3.12: Độ đỏp ứng với khớ NO2 (10 ppm)(a) và cụng suất tiờu thụ (b) của 3 dạng cảm biến : đơn sợi, đa sợi và mạng lưới bằng hiệu ứng tự đốt núng ở cỏc điện thế 20 V – 25 V – 30 V – 35 V – 40 V. 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ppm - NO2 U (V) S ( R gas /R ai r ) Đơn sợi Đa sợi Mạng Lưới 20 25 30 35 40 0 20à 40à 60à 80à 100à 120à U (V) Cô n g suất (W) Đơn sợi Đa sợi Mạng Lưới (a) (b)
56
Từ đồ thị so sỏnh độ đỏp ứng với khớ NO2 của ba loại cảm biến hỡnh 3.12, chỳng
ta thấy độ đỏp với khớ tốt nhất là cảm biến dạng đơn sợi, và đạt trạng thỏi đỏp ứng tốt nhất với khớ ở điện ỏp thấp nhất hay núi cỏch khỏc đạt trạng thỏi đỏp ứng tốt nhất ở cụng suất thấp nhất, dạng đơn sợi 25 V, dạng đa sợi 30 V, dạng mạng lưới 40 V. Điều này chứng tỏ cảm biến dạng đơn sợi cần cụng suất nhỏ hơn để đốt núng dõy cho độ đỏp ứng cao nhất ở cụng suất nhỏ hơn. Đối với cảm biến dạng mạng lưới, độ đỏp ứng với khớ vẫn cú su hướng tăng, nhưng do giới hạn của thiết bị trong phũng thớ nghiệm chỳng tụi khụng khảo sỏt tiếp tục được cỏc điện ỏp cao hơn, sự chưa đạt giỏ trị đỏp ứng cực đại của cảm biến dạng mạng lưới được giải thớch là do cụng suất cung cấp cho cảm biến chưa đủ lớn, nờn hiệu ứng tự đốt chưa tạo ra nhiệt đủ đến trạng thỏi đỏp ứng khớ tốt nhất. Cỏc kết quả trờn chứng tỏ đó cú hiện tượng tự đốt núng trờn dõy nano SnO2.