CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2.3 Ảnh hưởng của bức xạ UV-254nm lên tính chất hồi đáp hơi ethanol của cảm biến ZnO và ZnFe 2O4/ZnO
Hình 3.7. Tính chất hồi đáp hơi ethanol (0,47%) trong điều kiện tối của cảm biến ZnO
Hình 3.8. Tính chất hồi đáp hơi ethanol (0,47%) của cảm biến ZnO tại các nhiệt độ làm việc thấp trong điều kiện chiếu UV-254nm.
Hình 3.9. Độ hồi đáp hơi ethanol (0,47%) của cảm biến ZnO trong điều kiện đo tối và chiếu xạ UV-254nm.
Hình 3.7 hiển thị kết quả khảo sát tính chất hồi đáp hơi ethanol (0,47%) trong điều kiện tối của cảm biến ZnO tại các nhiệt độ làm việc 150C, 120C và 90C. Kết quả với độ hồi đáp thấp và thời gian để cảm biến ZnO phục hồi về giá trị điện trở ban đầu khá lâu nên chúng tôi không tiếp tục khảo sát ở nhiệt độ thấp hơn. Hình 3.8 hiển thị kết quả khảo sát tính chất hồi đáp hơi
ethanol (0,47%) trong điều kiện chiếu bức xạ UV-254nm của cảm biến ZnO tại các nhiệt độ làm việc 180C, 150C, 120C, 90C và 60C. Độ hồi đáp của cảm biến được tính toán và so sánh như Hình 3.9. Độ hồi đáp của cảm biến ZnO được cải thiện một cách đáng kể đặc biệt khi nhiệt độ làm việc tăng dưới sự chiếu liên tục bức xạ UV-254nm trong suốt quá trình đo. Dưới sự chiếu xạ UV-254nm, độ hồi đáp của cảm biến ZnO tăng 1,5; 4,2 và ~7,0 lần so với khi đo trong tối tại các nhiệt độ làm việc 90C, 120C và 150C. Hơn nữa, dưới sự chiếu xạ UV-254nm, cảm biến ZnO có thể thực hiện hồi đáp và phục hồi tốt đối với hơi ethanol tại nhiệt độ thấp 60C. Điều này cho thấy rằng, việc cải thiện hiệu suất của cảm biến ZnO đối với hơi ethanol có thể được thực hiện sử dụng sự chiếu liên tục bức xạ UV-254nm trong suốt quá trình đo. Bức xạ UV- 254nm có thể gia tăng tốc độ phản ứng giữa ethanol và các ion oxy hấp phụ trên bề mặt lớp nhạy (phương trình 3.7).
(3.6) (3.7)
Việc khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hạt nano ZnFe2O4 biến tính trên bề mặt ZnO lên tính chất nhạy hơi ethanol dưới sự chiếu liên tục bức xạ UV-254nm cũng được nghiên cứu trong luận văn này. Hình 3.10 hiển thị kết quả đo tính chất hồi đáp hơi ethanol (0,47%) trong điều kiện chiếu UV-254nm của cảm biến ZnFe2O4(0.5/1)/ZnO, ZnFe2O4(1/2)/ZnO, ZnFe2O4(3/6)/ZnO và ZnFe2O4(6/12)/ZnO tại các nhiệt độ làm việc khác nhau. Kết quả tính toán và so sánh độ hồi đáp của các cảm biến được so sánh như trong Hình 3.11. Kết quả cho thấy rằng, độ hồi đáp của các cảm biến ZnFe2O4/ZnO (ngoại trừ cảm biến ZnFe2O4(6/12)/ZnO với hàm lượng ZnFe2O4 cao) đều cao hơn so với cảm biến ZnO dưới điều kiện chiếu liên tục bức xạ UV-254nm. Đặc biệt, cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO cho độ hồi đáp cao
nhất trong tất cả các mẫu tại hầu hết các nhiệt độ dưới sự chiếu liên tục bức xạ UV-254nm. Sự gia tăng độ hồi đáp của cảm biến ZnFe2O4/ZnO được giải thích có thể nguyên nhân là do sự tăng nồng độ điện tử trong bán dẫn chủ ZnO do sự đóng góp của các điện tử từ vùng nghèo điện tử tại lớp tiếp giáp dị thể giữa ZnFe2O4 và ZnO dưới sự chiếu sáng. Sự tăng nồng độ điện tử trong ZnO dẫn đến sự cải thiện tốt hơn quá trình hấp phụ các ion oxy trên bề mặt ( O), từ đó làm thăng tiến các phản ứng hóa học giữa ion oxy bề mặt với 2 ( ads )
hơi ethanol (phương trình phản ứng (3.7)), dẫn đến tăng độ hồi đáp của cảm biến.
Hình 3.10. Tính chất hồi đáp hơi ethanol (0,47%) tại các nhiệt độ làm việc thấp trong
điều kiện chiếu UV-254nm của cảm biến ZnFe2O4(0.5/1)/ZnO (a), ZnFe2O4(1/2)/ZnO
Hình 3.11. So sánh độ hồi đáp hơi ethanol (0,47%) tại các nhiệt độ làm việc thấp
trong điều kiện chiếu UV-254nm của cảm biến ZnO, ZnFe2O4(0,5/1)/ZnO,
ZnFe2O4(1/2)/ZnO, ZnFe2O4(3/6)/ZnO và ZnFe2O4(6/12)/ZnO.
Tuy nhiên, khi hàm lượng hạt nano ZnFe2O4 trên bề mặt ZnO tăng lên, độ hồi đáp hơi ethanol của cảm biến giảm xuống. Cụ thể, cảm biến ZnFe2O4(6/12)/ZnO có độ hồi đáp thấp nhất trong tất cả các mẫu, thậm chí thấp hơn độ hồi đáp của cảm biến ZnO và có điện trở ban đầu khá cao (2.108). Điều này chúng tôi cho rằng, khi hàm lượng ZnFe2O4 tăng lên, bề mặt ZnO bị bao phủ phần lớn bởi các hạt nano ZnFe2O4 (như được nhìn thấy bởi ảnh SEM Hình 3.4d), vùng nghèo điện tử tại lớp tiếp giáp dị thể ZnFe2O4 và ZnO tăng lên do đó làm tăng mạnh điện trở của cảm biến. Bên cạnh đó, sự tăng hàm lượng ZnFe2O4 dẫn đến diện tích bề mặt tiếp xúc giữa ZnO và khí giảm xuống. Hay nói cách khác, hàm lượng ion oxy hấp phụ trực tiếp trên ZnO giảm mạnh. Điều này gây ra sự suy giảm mạnh độ hồi đáp của cảm biến đối với mẫu ZnFe2O4(6/12)/ZnO.