Sau khi chọn được nồng độ MoS2 tối ưu cho quá trình nhỏ phủ, chúng tôi tiến hành khảo sát tính chất nhạy khí của cảm biến dựa trên cơ sở vật liệu lai giữa sợi nano SnO2 và tấm nano MoS2 đối với khí NO2.
Hình 3.22Đặc trưng hồi đáp của cảm biến C3 đối với các nồng độ khí NO2 tại các nhiệt độ làm việc khác nhau.
Hình 3.22 là đặc trưng hồi đáp của cảm biến SnO2/MoS2 đối với 1 ppm, 5 ppm và 10 ppm khí NO2 trong khoảng nhiệt độ từ 100 °C đến 250 °C. Tác giả quyết định lựa chọn khoảng nhiệt độ này để khảo sát tính chất nhạy khí của cảm biến vì vật liệu MoS2 dễ dàng bị ô-xi hóa từ 300 °C theo phương trình sau [56]–[60]: 2 2 3 2 7 2 2 o t MoS O MoO SO . (3.3)
Do đó, để cảm biến hoạt động ổn định, hiệu quả đồng thời vật liệu nhạy khí không bị biến đổi trong quá trình khảo sát nhạy khí chúng tôi chỉ khảo sát cảm biến trong khoảng nhiệt độ 100 °C đến 250 °C. Đây cũng là lí do chúng tôi xử lí nhiệt cho cảm biến trong chân không ở 300 °C.
Kết quả khảo sát cho thấy cảm biến SnO2/MoS2 cho độ hồi đáp rất tốt đối với các nồng độ khí NO2 trong khoảng nhiệt độ từ 100 °C đến 250 °C. Cụ thể, điện trở nền của cảm biến tăng từ 2,1 MΩ; 1,2 MΩ; 780,4 kΩ và 545,5 kΩ lên đến 55,9 MΩ; 72,3 MΩ; 42,1 MΩ và 4,4 MΩ đối với 1 ppm khí NO2 trong dải nhiệt độ từ 100 °C – 250 °C.
Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ đáp ứng của cảm biến C3 theo nồng độ khí NO2 (a) và theo nhiệt độ làm việc (b).
Độ đáp ứng của cảm biến đối với khí NO2 được tính toán và biểu diễn như một hàm của nồng độ khí và nhiệt độ làm việc trên Hình 3.23. Kết quả chỉ ra rằng khi nhiệt độ tăng từ 100 °C lên 150 °C thì độ đáp ứng của cảm biến cũng tăng theo, khi nhiệt độ tăng lên trên 150 °C thì độ đáp ứng của cảm biến giảm nhanh. Cụ thể, đối với 10 ppm khí NO2, độ đáp ứng của cảm biến tại 100 °C khoảng 42 lần và tăng lên đến 132 lần tại 150 °C; tại 200 °C độ đáp ứng của cảm biến giảm xuống còn 113 lần và tiếp tục giảm đột ngột xuống còn 14 lần tại 250 °C. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ đáp ứng của cảm biến theo nồng độ khí NO2 cho thấy khi tăng nồng độ khí thì độ đáp ứng của cảm biến cũng
tăng theo tại tất cả các nhiệt độ khảo sát, đường biểu diễn tại 150 °C và 200 °C có độ dốc tương đương nhau và lớn hơn hẳn so với hai nhiệt độ còn lại.
Đặc trưng hồi đáp của cảm biến SnO2/MoS2 cũng được chúng tôi khảo sát đối với các khí khử khác là H2, NH3 và CO trong dải nhiệt độ từ 150 °C đến 250 °C và được thể hiện trên Hình 3.24. Kết quả cho thấy trong dải nhiệt độ khảo sát, khi tiếp xúc với các khí khử tại tất cả các nồng độ thì điện trở của cảm biến đều giảm. Độ đáp ứng của cảm biến phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc cũng được tính toán, ta thấy rằng độ đáp ứng của cảm biến đối với các khí khử khảo sát đều đạt giá trị cực đại ở nhiệt độ 200 °C tại tất cả các nồng độ khí khảo sát.
Hình 3.24Đặc trưng hồi đáp và sự phụ thuộc của độ đáp ứng vào nhiệt độ của cảm biến C3 đối với các khí khử H2 (a), CO (b) và NH3 (c).