Cấu trúc dị thể bao gồm vật liệu chủ được biến tính bằng các hạt nano của vật liệu thứ hai thường được sử dụng trong xúc tác, các hạt biến tính này có thể hoạt động như chất xúc tác và tăng khả năng tính nhạy khí [31]. Các phương pháp chế tạo bao gồm: phương pháp thủy nhiệt kết hợp với phương pháp nhúng phủ, sau đó oxy hóa bằng cách xử lý nhiệt thích hợp [32]. Các phương pháp chế tạo tiên tiến hơn bao gồm sự kết hợp giữa thủy nhiệt và phún xạ hoặc bốc hơi nhiệt của các vật liệu biến tính [33] ….
Các phương pháp biến tính cấu trúc dị thể hầu hết đều tương đối đơn giản. Cấu trúc lõi là vật liệu oxit kim loại bán dẫn có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như thủy nhiệt, lắng đọng hơi vật lý (PVD), lắng đọng hơi hóa học (CVD), quay tĩnh điện, phương pháp sol-gel, ... Tiếp theo, một lớp biến tính mỏng (thường < 20 nm) được lắng đọng trên hầu hết hoặc toàn bộ bề mặt của cấu trúc lõi thông qua các quá trình như thủy nhiệt [34], phủ nhúng [35] …, các phương pháp hiện đại hơn như phún xạ [36], lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) [37], … Trong các phương pháp này, phương pháp phún xạ và ALD cho phép chế tạo bất kỳ độ dày lớp biến tính (vỏ) mong muốn bằng cách kiểm soát thời gian lắng đọng của vỏ trên bề mặt lõi. Ví dụ, Choi và cộng sự đã dùng phương pháp phun tĩnh điện sợi nano SnO2
trực tiếp lên chất nền và sau đó sử dụng phương pháp ALD để chế tạo lớp biến tính ZnO [37]. Trong hầu hết các trường hợp, lớp lõi thường có cấu trúc đơn tinh thể và lớp biến tính có cấu trúc đa tinh thể.
Nghiên cứu của nhóm tác giả Sang Sub Kim cũng đã chế tạo thành công dây nano cấu trúc dị thể khác loại hạt tải n - p kiểu lõi -vỏ [38] bằng phương pháp bốc bay nhiệt đối với lớp lõi kết hợp với phương pháp lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) để chế tạo lớp biến tính có các chiều dày khác nhau từ 5 ÷ 80 nm. Các tác giả Sunghoon Park [23] và Sang sub Kim [39] đã chế tạo thành công dây nano cấu trúc lõi SnO2
biến tính bề mặt bởi lớp biến tính là lớp nano oxit ZnO với quy trình hai bước. Đầu tiên lớp lõi SnO2 được tổng hợp bằng phương pháp bốc bay nhiệt từ bột thiếc, tiếp theo dây nano SnO2 được biến tính bởi lớp biến tính nano oxit ZnO với các chiều dày khác nhau bằng phương pháp lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) từ Diethylzinc (DEZn)
29
trong đó nước được giữ ở 0 oC và 10 oC. Độ dài xung ALD là 0,15 s cho DEZn, 0,2 s cho H2O và 3 s để làm sạch chất phản ứng. Nhiệt độ và áp suất trong lò lần lượt là 150 oC và 0,1 Torr. Đây là một phương pháp hiện đại với độ chính xác cao để biến tính bề mặt lõi với chiều dày lớp biến tính khác nhau, tuy nhiên giá thành đắt và chưa phù hợp với điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam.
Hình 1.4. Quy trình chế tạo dây nano cấu trúc lõi-vỏ n-SnO2/p-Cu2O [38].
Do vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi đã lựa chọn phương pháp chế tạo dây nano oxit kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể bằng phương pháp phương CVD cho dây nano SnO2 – đây là một phương pháp được kế thừa từ sự nghiên cứu rất thành công của nhóm nghiên cứu Cảm biến khí viện ITIMS – Đại học BK Hà Nội. Các phương pháp khác nhau được lựa chọn để chế tạo lớp biến tính nhằm mục đích chế tạo thành công cấu trúc dây nano SnO2 biến tính với các oxit kim loại khác (SnO2/SMO) với chiều dày lớp biến tính khác nhau từ đó nghiên cứu đặc trưng nhạy khí của các cấu trúc dị thể này.
30