6. Cấu trúc của luận văn
3.2.4 Tính chất hồi đáp của cảm biến ZnFe2O4/ZnO đối với các hợp chất
dễ bay hơi khác nhau dưới sự chiếu xạ UV-254nm
Hình 3.12. Tính chất hồi đáp hơi methanol (1%) của cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO trong điều kiện chiếu UV-254nm tại các nhiệt độ làm việc khác nhau.
Hình 3.13. Tính chất hồi đáp hơi acetone (1,8%) của cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO trong điều kiện chiếu UV-254nm tại các nhiệt độ làm việc khác nhau.
Hình 3.14. So sánh độ hồi đáp chuẩn hóa đối với 1000ppm hơi ethanol, methanol và acetonecủa cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO trong điều kiện chiếu UV-254nm tại các
nhiệt độ làm việc khác nhau.
Tính chất hồi đáp của cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO trong điều kiện chiếu UV-254nm đối với hơi methanol và acetone đã được nghiên cứu trong luận văn này. Hình 3.12 và 3.13 lần lượt hiển thị kết quả khảo sát tính chất nhạy hơi methanol (1%) và hơi acetone (1,8%) trong điều kiện chiếu liên tục bức xạ UV-254nm tại các nhiệt độ khác nhau. Cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO cho thấy cũng có khả năng hồi đáp và phục hồi về trạng thái ban đầu đối với hơi methanol và acetone thậm chí ở nhiệt độ làm việc 60C. Kết quả tính toán độ hồi đáp được vẽ và so sánh như trong Hình 3.14. Hình 3.14 là đồ thị so sánh độ hồi đáp chuẩn hóa đối với 1000ppm hơi ethanol, methanol và acetone của cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO trong điều kiện chiếu UV-254nm tại các nhiệt độ làm việc khác nhau. Kết quả cho thấy rằng cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO có độ hồi đáp cao đối với hơi ethanol so với hơi methanol và acetone. Độ hồi đáp chuẩn hóa của cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO đối với hơi ethanol lần lượt cao gấp ~6 lần và ~45 lần so với hơi methanol và acetone
KẾT LUẬN
Luận văn được thực hiện tại Khoa Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Quy Nhơn, từ kết quả tổng hợp vật liệu, chế tạo cảm biến, nghiên cứu hình thái, cấu trúc vật liệu và khảo sát tính chất nhạy VOCs của cảm biến, chúng tôi thu được các kết quả sau:
- Bằng phương pháp thủy nhiệt đã chế tạo thành công cấu trúc vật liệu ZnO biến tính bởi các hạt nano ZnFe2O4 có hàm lượng khác nhau;
- Từ kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hấp phụ UV – Vis và SEM đã khảo sát được cấu trúc, hình thái, tính chất quang và ước lượng độ rộng vùng cấm của hệ vật liệu;
- Đặc trưng nhạy hơi ethanol của cảm biến ZnFe2O4/ZnO được nghiên cứu và so sánh với cảm biến ZnO. Kết quả cho thấy độ hồi đáp của cảm biến được cải thiện và có độ lặp tương đối tốt. Điều này cho thấy vai trò quan trọng của các hạt nano ZnFe2O4 sử dụng trong việc cải thiện hiệu suất nhạy hơi ethanol;
- Kết quả 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 cho thấy rằng, độ hồi đáp của các cảm biến ZnFe2O4/ZnO (ngoại trừ cảm biến ZnFe2O4(6/12)/ZnO) đều cao hơn so với cảm biến ZnO. 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;
- Tính chất hồi đáp của cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO trong điều kiện chiếu UV – 254nm đối với hơi methanol và acetone cũng được nghiên cứu trong luận văn này. Kết quả cho thấy rằng, cảm biến ZnFe2O4(1/2)/ZnO có độ
hồi đáp cao đối với hơi ethanol, gấp ~6 lần so với hơi methanol và gấp ~45 lần so với acetone.
Kết quả đề tài nhằm tìm kiếm hệ vật liệu với cấu trúc tiên tiến kết hợp với các phép đo mới góp phần trong việc xây dựng hệ cảm biến trong ứng dụng thực tế hoạt động với hiệu suất cao. Đồng thời, đề tài cũng góp một phần không nhỏ trong việc tìm hiểu sâu hơn về cơ sở lý thuyết trong lĩnh vực cảm biến khí dạng trở hóa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] N. Barsan and U. Weimar, “Conduction model of metal oxide gas sensors,” Journal of Electroceramics, vol. 7, no. 3. pp. 143–167, 2001, doi: 10.1023/A:1014405811371.
[2] P. S. Cho, K. W. Kim, and J. H. Lee, “NO2 sensing characteristics of ZnO nanorods prepared by hydrothermal method,” Journal of Electroceramics, vol. 17, no. 2–4. pp. 975–978, 2006, doi: 10.1007/s10832-006-8146-7.
[3] H. Kim, C. Jin, S. Park, S. Kim, and C. Lee, “H2S gas sensing properties of bare and Pd-functionalized CuO nanorods,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol. 161, no. 1. pp. 594–599, 2012, doi: 10.1016/j.snb.2011.11.006.
[4] H. K. Nguyen Minh Vuong, Dojin Kim, “Surface gas sensing kinetics of a WO3 nanowire sensor: part 1—oxidizing gases,” Sensors Actuators B,
vol. 220, pp. 932–941, 2015, doi:
http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2015.06.031.
[5] Q. Hao, L. Li, X. Yin, S. Liu, Q. Li, and T. Wang, “Anomalous conductivity-type transition sensing behaviors of n-type porous α-Fe2O3
nanostructures toward H2S,” Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, vol. 176, no. 7. pp. 600–605, 2011, doi: 10.1016/j.mseb.2011.02.002.
[6] S. S. Karpovaa, V. A. Moshnikova, S. V. Mjakinb, and E. S. Kolovanginab, “Surface Functional Composition and Sensor Properties of ZnO, Fe2O3 , and ZnFe2O4,” Phys. Semicond. DEVICES, vol. 47, no. 1063–7826, pp. 369–372, 2013, doi: 10.1134/S1063782613030123.
[7] J.-H. P. and J.-H. L. Young-Jin Choi, In-Sung Hwang, Jae-Gwan Park, Kyoung Jin Choi, “Novel fabrication of an SnO2 nanowire gas sensor with high sensitivity This,” Nanotechnology, vol. 19, 2008, doi: 10.1088/0957-4484/19/9/095508.
[8] C. L. Soyeon An , Sunghoon Park , Hyunsung Ko , Changhyun Jin , Wan In Lee, “Enhanced gas sensing properties of branched ZnO nanowires Soyeon,” Thin Solid Films, vol. 547, pp. 241–245, 2013, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2013.02.021.
[9] Y. Y. and C. L. W. JXWang, XW Sun, “N–P transition sensing behaviors of ZnO nanotubes exposed to NO2 gas,” Nanotechnology, vol. 465501 (4p, 2009, doi: doi:10.1088/0957-4484/20/46/465501.
[10] N. V. H. Hoang Van Han, Nguyen Duc Hoa, Pham Van Tong, Hugo Nguyen, “Single-crystal zinc oxide nanorods with nanovoids as highly sensitive NO2 nanosensors,” Mater. Lett., vol. 94, pp. 41–43, 2013, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2012.12.006.
[11] R. K. Joshi, Q. Hu, F. Alvi, and A. Kumar, “Au decorated zinc oxide nanowires for CO sensors,” Nanotechnology 2009: Fabrication, Particles, Characterization, MEMS, Electronics and Photonics - Technical Proceedings of the 2009 NSTI Nanotechnology Conference and Expo, NSTI-Nanotech 2009, vol. 1. pp. 223–226, 2009.
[12] A. Bera and D. Basak, “Pd-nanoparticle-decorated ZnO nanowires: ultraviolet photosensitivity and photoluminescence properties,”
Nanotechnology, vol. 22, no. 26, p. 265501, Jul. 2011, doi: 10.1088/0957-4484/22/26/265501.
[13] G. M. C. Won Jae Moon, Ji Haeng Yu, “The CO and H2 gas selectivity –ZnO composite gas sensor,”
vol. 87, pp. 464–470, 2002, doi: https://doi.org/10.1016/S0925- 4005(02)00299-X.
[14] X. L. and G. L. Xiaowei Li, Chen Wang, Hang Guo, Peng Sun,* Fengmin Liu, “Double-Shell Architectures of ZnFe2O4 Nanosheets on ZnO Hollow Spheres for High-Performance Gas Sensors,” ACS Appl. Mater. Interfaces Double-Shell, pp. 1–30, 2015.
[15] K. S. Noboru Yamazoe, “Proposal of contact potential promoted oxide semiconductor gas sensor,” Sensors Actuators B, vol. 187, pp. 162–167, 2013, doi: All r http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2012.10.048.
[16] D. J. Yali Cao and R. W. , Pengfei Hu, “One-step room-temperature solid-phase synthesis of ZnFe2O4 nanomaterials and its excellent gas- sensing property,” Sciverse Sci., vol. 39, pp. 2989–2994, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.09.076.
[17] I. G. K. Arshak and Microelectronic, “Gas sensing properties of ZnFe2O4/ZnO screen-printed thick film,” Sensors Actuators B, vol. 111– 112, pp. 58–62, 2005, doi: doi:10.1016/j.snb.2005.07.003.
[18] N. Đ. Hòa et al., Cảm biến khí trên cơ sở nano oxit kim loại bán dẫn. Hà Nội; Bách Khoa Hà Nội, 2019.
[19] N. V. Hiếu, Cảm biến khí dây nanooxit kim loại bán dẫn. Hà Nội; Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2015.
[20] J. G. Webster, G. Neri, and N. Donato, “Resistive Gas Sensors,” Wiley Encycl. Electr. Electron. Eng., pp. 1–12, 2016, doi: 10.1002/047134608x.w8337.
[21] H. T. Giang, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí monoxit cacbon và Hydrocacbon trên cơ sở vật liệu perovsite ABO3,” Luận án tiến sĩ khoa
học vật liệu, 2012.
[22] G. Korotcenkov, “Metal oxides for solid-state gas sensors: What determines our choice?,” Mater. Sci. Eng. B Solid-State Mater. Adv.
Technol., vol. 139, no. 1, pp. 1–23, 2007, doi:
10.1016/j.mseb.2007.01.044.
[23] K. Arshak, E. Moore, G. M. Lyons, J. Harris, and S. Clifford, “A review of gas sensors employed in electronic nose applications,” Sens. Rev., vol. 24, no. 2, pp. 181–198, 2004, doi: 10.1108/02602280410525977. [24] N. Yamazoe and K. Shimanoe, Fundamentals of semiconductor gas
sensors. Faculty of Engineering Sciences, Kyushu University, Kasuga, Fukuoka, Japan, 2019.
[25] C. Zhang, A. Boudiba, P. De Marco, R. Snyders, M. G. Olivier, and M. Debliquy, “Room temperature responses of visible-light illuminated WO3 sensors to NO2 in sub-ppm range,” Sensors Actuators, B Chem., vol. 181, pp. 395–401, 2013, doi: 10.1016/j.snb.2013.01.082.
[26] A. Mirzaei, S. G. Leonardi, and G. Neri, “Detection of hazardous volatile organic compounds (VOCs) by metal oxide nanostructures- based gas sensors: A review,” Ceramics International, vol. 42, no. 14. pp. 15119–15141, 2016, doi: 10.1016/j.ceramint.2016.06.145.
[27] N. T. Hương, “Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano ZnO,” Đại học Khoa học Tự nhiên, 2012.
[28] N. D. Phương, “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của màng mỏng ZnO và khả năng ứng dụng của chúng,” Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, 2006.
A.M. Al-Saie c, e, M. Shafi b, A. Khatab b, f, M. Al-hilali a, and A, “Synthesis, structural, magnetic and optical properties of nanocrystalline ZnFe2O4,” Phys. B, vol. 406, pp. 1989–1994, 2011.
[30] Đ. T. A. Thư, “Chế tạo và nghiên cứu các tính chất của cảm biến nhạy hơi cồn trên cơ sở vật liệu oxit perovskit,” Viện Khoa học và công nghệ, 2011.
[31] Hisao SUZUKI*** and Naoki WAKIYA3 Takanori NUNOME, Hiroshi IRIE,* Naonori SAKAMOTO, Osamu SAKURAI,** Kazuo SHINOZAKI, “Magnetic and photocatalytic properties of n- and p-type ZnFe2O4 particles synthesized using ultrasonic spray pyrolysisNo Title,”
J. Ceram. Soc. Japan, 2013.
[32] A H. L. and Y. C. Xian g Ma , ab Xinyuan Zhou, ab Yan Gong, ab Ning Han, “MOF-derived hierarchical ZnO/ZnFe2O4 hollow cubes for enhanced acetone gas-sensing performanceNo Title,” RSC Adv, vol. 34609, no, 2017.