Tựy theo nhiệt độ xử lý nhiệt thỡ LaCl3 sẽ bị phõn hủy tạo ra cỏc pha khỏc nhau như La2O3, LaOCl [92]. Để khảo sỏt tớnh chất nhạy khớ của vật liệu, chỳng tụi so sỏnh độ đỏp ứng khớ của cảm biến dõy nano SnO2 khụng biến tớnh và cú biến tớnh bằng LaCl3 xử lý nhiệt ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau. Cảm biến trờn cơ sở dõy nano SnO2 được biến tớnh bằng cỏch nhỏ dung dịch LaCl3 với cỏc nồng độ khỏc nhau, sau đú tiến hành ủ nhiệt ở 600 oC để đảm bảo LaCl3 chuyển húa hoàn toàn thành LaOCl và ổn định điện trở của cảm biến. Kết quả khảo sỏt tớnh chất nhạy khớ CO2 trong khoảng nồng độ từ 250-4000 ppm tại cỏc nhiệt độ 300-450 oC được chỉ ra trờn Hỡnh 3.4. Trong phần này chỳng tụi chỉ khảo sỏt ở vựng nhiệt độ 300-450 oC là vỡ khớ CO2 tương đối trơ về mặt húa học nờn khi khảo sỏt ở vựng nhiệt độ thấp thỡ điện trở của cảm biến hầu như khụng thay đổi. Chỳng ta cú thể thấy rằng, điện trở của cảm biến dõy nano biến tớnh và chưa biến tớnh LaOCl đều giảm khi đo với khớ CO2. Kết quả này chỉ ra rằng dõy nano biến tớnh LaOCl thể hiện tớnh chất bỏn dẫn loại n giống như dõy nano SnO2.
80
Hỡnh 3.4. Đặc trưng nhạy khớ CO2 của cảm biến dõy nano SnO2 trước (a) và sau biến tớnh (c); độ đỏp ứng như một hàm của nồng độ khớ trước (b) và sau (d) biến tớnh LaOCl.
Hỡnh 3.4(c) chỉ ra rằng, cảm biến trờn cơ sở dõy nano cú biến tớnh LaOCl thể hiện độ đỏp ứng tốt khi đo với 250 ppm CO2 tại nhiệt độ làm việc là 300 oC, trong khi cảm biến chưa biến tớnh cú độ đỏp ứng kộm hơn ở cựng điều kiện nồng độ và nhiệt độ. Đặc biệt, độ đỏp ứng khớ CO2 của cảm biến được tớnh toỏn dựa vào tỷ số Ra/Rg trong đú Ra và Rg lần lượt là điện trở của cảm biến khi thổi khụng khớ và khớ thử. Độ đỏp ứng khớ CO2 của cảm biến chưa biến tớnh và đó biến tớnh được biểu diễn như một hàm của nồng độ khớ như trờn Hỡnh 3.4(b,d). Độ đỏp ứng của cảm biến dõy nano cú biến tớnh LaOCl khi thổi 4000 ppm CO2 tại 400 oC là khoảng 6,8; trong khi đú cảm biến chưa biến tớnh là 1,2 ở cựng điều kiện. Kết quả này cho thấy khi biến tớnh LaOCl thỡ độ đỏp ứng của cảm biến được cải thiện đỏng kể. So sỏnh độ đỏp ứng của cảm biến khi thổi 2000 ppm khớ CO2 tại 400 oC với cỏc kết quả cụng bố trước đú được thể hiện ở Bảng 3.3.
81
Bảng 3.3. So sỏnh độ đỏp ứng khớ CO2 (2000 ppm) của cỏc loại cảm biến
Loại cảm biến Nhiệt độ (oC) Độ đỏp ứng Tham khảo
Pt/Ca-SnO2 270 1,1 [73] SnO2-La2O3 400 1,4 [94] SnO2-LaOCl 425 1,4 [36] SnO2-LaOCl 350 1,6 [9] LaOCl 300 3,4 [8] SnO2-LaOCl (Dõy nano) 400 350 5,6 4,5 Luận Án
Giỏ trị độ đỏp ứng khớ của cảm biến do chỳng tụi chế tạo là cao hơn so với những cảm biến trờn cơ sở vật liệu ụxit kim loại bỏn dẫn đó cụng bố trước đú. Điều này chứng tỏ rằng, dõy nano SnO2 pha tạp LaOCl là vật liệu tiềm năng cho việc chế tạo cảm biến phỏt hiện khớ CO2.
Để khẳng định nhiệt độ xử lý nhiệt ở 600 oC là tối ưu, chỳng tụi tiến hành khảo sỏt đặc trưng nhạy khớ của cảm biến chưa biến tớnh và biến tớnh bằng LaOCl được ủ nhiệt lần lượt ở 500 oC, 600 oC và 700 oC. Kết quả đo tớnh chất nhạy khớ CO2 trong khoảng nồng độ từ 500- 8000 ppm ở cỏc nhiệt độ 350-450 oC được chỉ ra trờn Hỡnh 3.5. Chỳng ta cú thể nhận thấy, cảm biến cú biến tớnh và xử lý nhiệt ở nhiệt độ 500 oC cũng như 700 oC cú độ đỏp ứng khỏ thấp (1,2-1,8) khi thổi 4000 ppm CO2 trong khi giỏ trị này của cảm biến cú biến tớnh và xử lý ở 600 oC khoảng 4,6-6,8 ở cựng nhiệt độ (Hỡnh 3.5c). Điều này cú thể giải thớch là: nhiệt độ ủ để chuyển húa LaCl3 thành LaOCl nằm trong khoảng 500-800 oC [8-9]. Tuy nhiờn, theo kết quả khảo sỏt XRD khi ủ ở 600 oC thỡ LaCl3 sẽ chuyển húa thành LaOCl mạnh nhất, cũn 500 oC thỡ pha LaOCl chưa hỡnh thành, trong khi ủ ở 700 oC thỡ pha La2O3 hỡnh thành từ LaOCl. Mặt khỏc, do LaOCl là xỳc tỏc cho sự tương tỏc giữa khớ CO2 với vật liệu. Kết quả này cựng với khảo sỏt nhiễu xạ điện tử tia X cú thể khẳng định ở 600 oC là nhiệt độ tốt nhất để chuyển húa LaCl3 thành LaOCl.
82
Hỡnh 3.5. Đặc trưng nhạy khớ CO2 của cảm biến dõy nano SnO2-LaOCl xử lý nhiệt ở 500 oC
(a) và 700 oC (b) đo ở nhiệt độ 350 oC, 400 oC, 450 oC. Độ đỏp ứng với 4000 ppm khớ CO2 của
cảm biến ở 400 oC (c) và độ đỏp ứng của cỏc cảm biến như một hàm của nồng độ khớ CO2 (d).