Cảm biến khí dựa trên cơ sở vật liệu SnO2/MoS2 được chế tạo theo quy trình đã nêu ở trên bằng phương pháp nhỏ phủ. Trong phạm vi luận văn này chúng tôi cố định các điều kiện chế tạo như nhiệt độ ủ, thời gian ủ, lượng dung dịch MoS2 nhỏ phủ lên điện cực; chúng tôi chỉ tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch MoS2 lên tính chất nhạy khí của cảm biến.
Để xác định nồng độ dung dịch MoS2 tối ưu cho quy trình nhỏ phủ chúng tôi tiến hành thay đổi nồng độ dung dịch MoS2 từ C1, C2, C3, và C4, các giá trị nồng độ dung dịch MoS2 được cho trong bảng sau:
Bảng 3.2 Nồng độ MoS2 trong dung dịch cho quy trình nhỏ phủ.
C1 C2 C3 C4
Nồng độ
(mM) 0,9 0,3 0,1 0,08
Sau khi nhỏ phủ, các cảm biến được ủ ở 300 °C trong chân không trong 2 giờ và được đặt tên lần lượt là cảm biến C1, C2, C3 và C4 tương ứng với các nồng độ dung dịch MoS2 là C1, C2, C3 và C4. Các đặc trưng nhạy khí của các cảm biến được khảo sát đối với khí SO2 ở các nồng độ 1 ppm; 2,5 ppm; 5 ppm và 10 ppm trong dải nhiệt độ từ 100 °C đến 250 °C.
Hình 3.20 Đặc trưng hồi đáp và sự phụ thuộc của độ đáp ứng vào nồng độ khí SO2
của các cảm biến C1 (a), C2 (b), C3 (c) và C4 (d) tại các nhiệt độ khác nhau.
Hình 3.20 là đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện trở của các cảm biến theo thời gian tại các nhiệt độ khác nhau đối với các nồng độ khí SO2 khác nhau. Kết quả cho thấy đối tất cả các cảm biến, khi tiếp xúc với khí SO tại tất cả các
nồng độ thì điện trở đều tăng, điều này cho thấy vật liệu nhạy khí của các cảm biến thể hiện tính bán dẫn loại n. Đồng thời điện trở nền của cảm biến có xu hướng tăng khi nồng độ dung dịch MoS2 giảm, cụ thể, tại 150 °C điện trở nền của các cảm biến C1, C2, C3 và C4 lần lượt là 96 kΩ; 580 kΩ; 1,2 MΩ và 350 kΩ. Điều này có thể được giải thích là do MoS2 có độ dẫn điện tốt, đối với cảm biến C1, nồng độ MoS2 trong dung dịch nhỏ phủ lớn dẫn đến độ dẫn của vật liệu nhạy khí cao và do đó, điện trở nền của cảm biến thấp. Điện trở nền của các cảm biến C2 và C3 cao hơn do nồng độ MoS2 nhỏ phủ thấp hơn so với cảm biến C1.
Hình 3.21Độ đáp ứng phụ thuộc vào nhiệt độ của các cảm biến đối với 10 ppm khí SO2.
Hình 3.21 là đồ thị biểu diễn độ đáp ứng của các cảm biến đối với 10 ppm khí SO2 tại các nhiệt độ khác nhau, kết quả phân tích cho thấy khi giảm nồng độ MoS2 thì độ đáp ứng của cảm biến tăng và đạt giá trị lớn nhất tại nồng độ C3, đồng thời có thể thấy rằng tất cả các cảm biến đều cho độ đáp ứng cực đại tại nhiệt độ 150 °C, do đó chúng tôi chọn giá trị nhiệt độ này là nhiệt độ làm việc tối ưu của cảm biến. Các đặc trưng khác của cảm biến như độ lặp lại, độ chọn lọc, thời gian đáp ứng/hồi phục cũng được khảo sát tại 150 °C đối với cảm biến C3.