1.5.2Cơ chế hoạt động cảm biến điện hóa polarographic đo nồng độ ôxy Cảm biến hoạt động bằng cách được cấp một nguồn điện một chiều để phân cực Cảm biến hoạt động bằng cách được cấp một nguồn điện một chiều để phân cực các điện cực của cảm biến trong quá trình hoạt động nhằm dò sự thay đổi cường độ dòng điện trong quá trình phân cực này.
Ở giai đoạn đầu quá trình quét thế vòng tuần hoàn khi điện cực làm việc tích điện dương (+) và điện cực đối tích điện âm (-). Quá trình ôxy hóa sẽ xảy ra trên điện cực làm việc, do platin là điện cực trơ nên không tham gia phản ứng mà nó chỉ có tác dụng chuyển dời các electron. Dung dịch nước muối (dung dịch điện ly NaCl) sẽ hình thành các ion Na+mang điện tích dương, ion Cl-mang điện tích âm trong dung dịch. Các ion Na+ sẽ đi về hướng điện cực đối (-)và ion Cl- đi về phía cực dương làm việc (+) và Cl- bị ôxy hóa thành khí Clo và sinh ra các electron trên bề mặt điện cực.
: điện cực làm việc : điện cực tham khảo : điện cực đối
Dung dịch NaCl → Na+ + Cl-
Phản ứng ôxy hóa: ion Cl- bị ôxy hóa thành khí Clorua.
2Cl- → Cl2 + 2e-
Ở quá trình hệ cảm biến phân cực âm (quá trình khử), điện cực làm việc sẽ tích điện âm (-) và điện cực đối sẽ tích điện dương (+). Ở giai đoạn này các electron sinh ra trong quá trình ôxy hóa sẽ khử các phân tử ôxy thành các ion OH- trên bề mặt điện cực và sinh ra cường độ dòng điện mang điện tích âm (-) và cường độ dòng điện này sẽ tỉ lệ thuận với lượng ôxy bị khử.
Màng PANI khi ngâm dung dịch điện ly, bề mặt màng sẽ hình thành vô số các lỗ trống với kích thước micro dẫn từ bề mặt màng đến lớp kim loại của điện cực [18]. Các lỗ trống này sẽ chuyển các ion OH- sinh ra trong quá trình khử đến bề mặt điện cực và cường độ dòng điện được ghi nhận.
: điện cực làm việc : điện cực tham khảo : điện cực đối
Phản ứng khử ôxy: O2 + 2e- + 2H2O → 4OH-
Hình 1. 22Quá trình phân cực âm, điện cực làm việc mang điện âm và điện cực đối mang điện dương (quá trình khử) của cảm biến điện hóa
1.5.3Giới thiệu tổng quan kỹ thuật quang khắc và phún xạ dùng trong chế tạo cảm biến điện hóa
1.5.3.1 Giới thiệu kỹ thuật quang khắc
Quang khắc (photolithography) là kỹ thuật sử dụng trong công nghệ vi chế tạo để tạo hình một phần màng mỏng hoặc vật liệu khối lên đế [19]. Sử dụng ánh sáng để truyền mô hình hình học từ mặt nạ (photomask) đến lớp nhạy sáng photoresit trên đế. Hệ quang khắc gồm có 3 phần chính:
Phần 1. Bộ xử lý mẫu thông thường gồm hệ thống spin coating có chức năng tạo
màng trên bề mặt mẫu, hệ thống ủ nhiệt với chức năng làm tăng độ kết dính giữa màng và bề mặt mẫu.
Phần 2. Bộ phận quan sát điều chỉnh mẫu, bao gồm một kính hiển vi làm chức
năng quan sát, đĩa đặt mẫu có khả năng di chuyển, một màn chắn (mask) làm chức năng truyền tải hình ảnh lên bề mặt mẫu.
Phần 3. Bộ phận chiếu sáng mẫu gồm hệ thống đèn UV hoặc ebeam,… đây là
phần tạo ra sự khác biệt giữa photolithography với những phương pháp lithography khác, với việc sử dụng ánh sáng để tạo ra những chi tiết, photolithography có khả năng
Kỹ thuật quang khắc là tập hợp các quá trình quang hóa nhằm thu được các phần tử trên bề mặt của đế có hình dạng và kích thước xác định. Như vậy, quang khắc sử dụng các phản ứng quang hóa để tạo hình. Bề mặt của đế sau khi xử lý được phủ một hợp chất hữu cơ gọi là chất cảm quang (photoresist). Chất cảm quang có tính chất nhạy quang, bền trong các môi trường kiềm hay axit. Chất cảm quang có vai trò bảo vệ các chi tiết của vật liệu khỏi bị ăn mòn và tạo ra các khe rãnh có hình dạng của các chi tiết cần chế tạo. Chất cảm quang thường được phủ lên bề mặt đế bằng kỹ thuật phủ quay (spin - coating).Hình 1.23 mô tả quang khắc theo kỹ thuật lift-off và ăn mòn,tùy vào vật liệu để lựa chọn kỹ thuật sử dụng cho phù hợp.
Kỹ thuật lift – off Kỹ thuật ăn mòn