1.1. KHÁI QUÁT VỀ CẢM BIẾN KHÍ
1.1.4.1. Thành phần hóa học
Các ơ xít kim loại bán dẫn được nghiên cứu rộng rãi ở nhiệt độ cao để phát hiện các khí đơn giản. Có nhiều tham số vật liệu cho các ứng dụng cảm biến khí như: khả năng hấp phụ, hoạt tính xúc tác, độ nhạy, độ ổn định nhiệt, ổn định hóa học,… Nhiều vật liệu ơ xít kim loại bán dẫn có khả năng đáp ứng được một số yêu cầu này nhưng rất ít trong số chúng có khả năng đáp ứng được tất cả các tham số trên. Để cải thiện vấn đề này, sự kết hợp của ơ xít kim loại với thành phần khác được quan tâm nghiên cứu.
Ví dụ, cảm biến dựa trên hợp chất (composite) ZnO-SnO2 thể hiện độ nhạy đối với butanol (C4H9OH) cao hơn cảm biến dựa trên cấu trúc ZnO hoặc SnO2 trong cùng điều kiện. Điều này cho thấy khả năng hỗ trợ nhau giữa hai thành phần trong hợp chất và có thể giải thích như sau: SnO2 có khả năng khử hidro của butanol tốt nhưng khơng có hiệu quả trong việc xúc tác phân hủy butanol; mặt khác ZnO xúc tác phân hủy butanol rất hiệu quả. Sự kết hợp hai chất này có thể khử hidro của butanol một cách có hiệu quả và sau đó có thể xúc tác sự phân hủy của butanol. Giải thích này cho thấy khơng phải tất cả các cảm biến khí dựa trên vật liệu hợp chất đều có hiệu suất tốt hơn so với các thành phần riêng lẻ. Chỉ khi nào các ơ xít thành phần có khả năng tăng cường, hỗ trợ nhau thì hiệu suất của cảm biến mới được tăng cường ví dụ như: đối với ethanol ở nồng độ 5 ppm, với cùng điều kiện các cảm biến dựa trên hợp chất của SnO2/ZnO, SnO2/In2O3 có độ nhạy cao hơn và hợp chất ZnO/In2O3 lại có độ nhạy thấp hơn so với các cảm biến ơ xít đơn lẻ tương đương.
Hình 1.5: Phản ứng của các bộ cảm biến đơn ơ xít và hợp chất ơ xít đối với ethanol 5 ppm ở 100% RH [9].
Ngồi ra, tỉ lệ của mỗi ơ xít đơn trong hợp chất tạo ra các cảm biến khí với đặc tính khác nhau.