Cạo-phủ là phương phỏp đơn giản để chế tạo cảm biến khớ. Vật liệu sau khi chế tạo trờn đế Si được cạo một lớp mỏng bờn trờn và trộn đều với ethanol tạo thành dung dịch lỏng sệt. Sau đú tiến hành phủ vật liệu lờn điện cực Pt và để cho khụ tự nhiờn ở nhiệt độ phũng, cuối cựng đem đi xử lý nhiệt ở 600 oC trong thời gian 5 giờ. Cảm biến sau khi chế tạo được chỉ ra trờn Hỡnh 2.18.
Hỡnh 2.18. Điện cực răng lược (a) và cảm biến trờn cơ sở dõy nano SnO2 chế tạo bằng phương phỏp cạo phủ (b).
Tớnh chất nhạy khớ của vật liệu được nghiờn cứu với khớ NO2 ở nhiệt độ 150-250 oC. NO2 là khớ oxy húa trong khi cảm biến sử dụng dõy nano SnO2 cú tớnh bỏn dẫn loại n nờn trong mụi trường khớ NO2 thỡ điện trở cảm biến sẽ tăng. Độ đỏp ứng của cảm biến được xỏc định là tỷ số giữa điện trở của màng dõy nano SnO2 trong khớ thử trờn điện trở của màng dõy nano khi tiếp xỳc với khụng khớ (S = Rg/Ra). Hỡnh 2.19 cho thấy sự phụ thuộc của độ đỏp ứng của cảm biến trong mụi trường khớ NO2 với cỏc nồng độ 5, 10, 25 và 50 ppm ở nhiệt độ 150-250 oC.
Kết quả khảo sỏt sự phụ thuộc độ đỏp ứng theo nồng độ của khớ NO2 cho thấy độ đỏp ứng tăng khi nồng độ của khớ tăng. Sự phụ thuộc của cảm biến vào nồng độ khớ gần như tuyến tớnh (Hỡnh 2.19d). Độ đỏp ứng của cảm biến thay đổi từ 1-3 khi thổi 5-50 ppm khớ NO2 đo ở 150 oC trong khi giỏ trị này lần lượt là 3-11 lần và 1-7 lần khi đo ở 200 oC và 250 oC. Như vậy, ở 200 oC độ đỏp ứng của cảm biến là cao nhất, kết quả này cũng phự hợp với cụng bố của Morrison trước đú [122].
55
Hỡnh 2.19. Đặc trưng nhạy khớ NO2 của cảm biến dõy nano SnO2 chế tạo bằng phương phỏp
cạo phủ ở:150 oC (a), 200 oC (b), 250 oC (c) và độ đỏp ứng của cảm biến phụ thuộc nồng độ
khớ (d).
Cơ chế nhạy khớ NO2 của cảm biến dõy nano SnO2 được giải thớch dựa vào cỏc hiệu ứng ụxy bề mặt. Trờn bề mặt dõy nano luụn tồn tại cỏc ion oxy do hiện tượng hấp phụ oxy trong khụng khớ. Khớ NO2 là khớ ụxy húa, khi chỳng hấp phụ lờn bề mặt của vật liệu thỡ chỳng sẽ tương tỏc với cỏc nỳt khuyết ụxy (cỏc ion kim loại ở bề mặt) lấy điện tử ở vựng dẫn tạo cỏc ion NO2 hấp phụ trờn bề mặt theo phản ứng sau, tương ứng với nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao:
NO2(khớ) + e → NO2(ad) (2.1)
NO2(khớ) + O- → NO3-(ad) (2.2)
Sự hấp phụ vật lý của cỏc phõn tử NO2 trờn bề mặt sẽ tạo cỏc mức acceptor sõu hơn so với cỏc ion ụxy bề mặt. Vỡ vậy, ngoài khả năng lấy điện tử ở cỏc nỳt khuyết ụxy, cỏc phõn tử NO2 khi hấp phụ vật lý trờn bề mặt cũn cú khả năng lấy điện tử liờn kết của cỏc ion O2 trờn bề mặt. Điều này là nguyờn nhõn làm giảm nồng độ hạt tải đồng nghĩa với việc điện trở của cảm biến sẽ tăng lờn như chỉ ra trờn Hỡnh 2.19.