Cho đến nay, đó cú rất nhiều nghiờn cứu phỏt triển cảm biến ụxớt kim loại bỏn dẫn (SMO) để đo khớ CO ở cỏc dải nồng độ khớ khỏc nhau nhằm ứng dụng trong cỏc lĩnh vực như kiểm soỏt chất lượng khụng khớ, cảnh bỏo nguy cơ chỏy, nổ. Wiehleb [46] đó phỏt triển cảm biến khớ trờn cơ sở vật liệu SMO để phỏt hiện sự cú mặt của khớ CO và NO trong ụtụ từ năm 1994. Tiếp theo cụng trỡnh nghiờn cứu này, người ta đó phỏt triển rất nhiều loại cảm biến SMO khỏc nhau để phỏt hiện khớ CO. Barbi và cỏc cộng sự đó phỏt triển cảm biến SnO2 cú cấu trỳc nano nhằm ứng dụng đo khớ CO trong quan trắc mụi trường khớ [41]. Loại cảm biến này cú thể phỏt hiện khớ CO ở nồng độ từ 10 ppm trở lờn và chỳng cú nhiệt độ làm việc trong khoảng 250-300 oC. Tischner và cỏc cộng sự đó nghiờn cứu một cỏch chi tiết hơn về sự ảnh hưởng của việc giảm thiểu kớch thước ở thang nanomột đến tớnh chất nhạy khớ CO của vật liệu SnO2 [14]. Cỏc tỏc giả này đó chỉ ra rằng, hạt SnO2 kớch thước nano cú độ nhạy lớn nhất với khớ CO khi chỳng cú kớch thước ở vào khoảng 50-100 nm. Nhiệt độ làm việc tối ưu của cảm biến loại này vào khoảng 250-400 oC và chỳng cú thể phỏt hiện khớ CO ở nồng độ nhỏ cỡ 5 ppm. Tuy nhiờn, loại cảm biến này cũng khỏ nhạy với hơi ẩm cú trong mụi trường, đõy là vấn đề mà cảm biến SnO2 cú cấu trỳc nano cần phải giải quyết trước khi được ứng dụng trong thực tế. Đõy cũng là vấn đề được nhúm nghiờn cứu của Hahn khảo sỏt ảnh hưởng của hơi nước đến tớnh chất nhạy khớ CO của cảm biến trờn cơ sở màng dày SnO2 [117]. Tỏc giả chỉ ra rằng sự cú mặt của hơi nước ảnh hưởng đỏng kể đến độ nhạy của cảm biến. Để cải thiện tớnh chất nhạy khớ CO, Kiss và cộng sự [43] đó tiến hành pha tạp vật liệu SnO2 bằng PtO và PdO. Cỏc kết quả nghiờn cứu bằng phổ XPS chỉ ra rằng khớ CO bị oxi húa bởi cỏc vật liệu pha tạp tạo thành CO2, đõy là nguyờn làm tăng độ nhạy và giảm nhiệt độ làm việc của cảm biến. Ngoài ra, một số kim loại như Ru, Rh cũng đó được nghiờn cứu biến tớnh cho vật liệu SnO2 để tăng cường khả năng nhạy khớ CO [101] hoặc pha tạp CuO và ZnO với vật liệu SnO2 nhằm tăng cường độ chọn lọc với khớ CO [65].
Một số vật liệu SMO khỏc cũng đó được nghiờn cứu để phỏt triển cỏc cảm biến khớ CO như TiO2 [143] và CeO2 [93]. ZnO cũng là một trong số cỏc vật liệu được nghiờn cứu rộng rói nhằm ứng dụng cho cảm biến khớ. Joshi và cộng sự [109] đó chế tạo cảm biến khớ CO trờn cơ sở dõy nano ZnO chế tạo bằng phương phỏp bốc bay nhiệt và biến tớnh bằng hạt Au. Cảm biến này cú ưu điểm là làm việc ở nhiệt độ phũng, nhưng chỉ cú khả năng
102
phỏt hiện ở nồng độ cao (100-1000 ppm). Nhúm của Wei [116] cũng đó thành cụng trong việc chế tạo cảm biến khớ CO từ sợi nano ZnO biến tớnh bằng hạt Pd. Cảm biến này cú nhiều ưu điểm vượt trội so với cảm biến trờn cơ sở vật liệu ZnO như nhiệt độ làm việc thấp (220 oC), cú khả năng phỏt hiện khớ CO ở dải nồng độ nhỏ khoảng 1-20 ppm, độ nhạy và chọn lọc tốt, thời gian đỏp ứng và hồi phục tương đối ngắn (tương ứng là 25-29 giõy và 12- 17 giõy). Bờn cạnh đú vật liệu ZnO biến tớnh bằng Co cũng cú thể được ứng dụng để phỏt hiện khớ CO [152]. Ngoài cỏc vật liệu trờn thỡ WO3 biến tớnh bằng Pt [123] và In2O3 biến tớnh Co [54] cũng được nghiờn cứu để cải thiện độ nhạy khớ CO của cảm biến.
Trong những năm gần đõy, nhiều nghiờn cứu mới trong việc phỏt triển cảm biến khớ CO cú độ nhạy và độ chọn lọc cao hơn nhiều so với cỏc loại cảm biến trước đõy đó được cụng bố. Zhang và cộng sự đó phỏt triển cảm biến CO cú độ nhạy rất cao trờn cơ sở vật liệu hạt SnO2 cú cấu trỳc nano pha tạp đồng thời In/Pd [131]. Cảm biến loại này cú thể đo khớ CO với nồng độ trong khoảng từ 1-200 ppm, nhạy hơn nhiều lần đối với cảm biến SnO2 khụng pha tạp. Đặc biệt cảm biến này cú độ chọn lọc rất tốt với nhiều loại khớ khỏc như ethanol, methane, H2, acetone, NO2, C2H2 và NH3 đồng thời thời gian đỏp ứng và hồi phục của cảm biến cũng khỏ ngắn. Hơn nữa, cảm biến trờn cơ sở hạt nano SnO2 biến tớnh hạt Au [103] và dõy nano ZnO biến tớnh hạt Pd nano [126] đó được nghiờn cứu để phỏt hiện khớ CO ở nồng độ dưới 1 ppm với thời gian đỏp ứng và hồi phục rất nhanh chỉ cỡ vài giõy với độ bền rất cao và cú thể làm việc ở nhiệt độ phũng. Đõy là những vật liệu đầy tiềm năng để phỏt triển cảm biến khớ CO ứng dụng trong quan trắc mụi trường khớ cũng như cảnh bỏo nguy cơ chỏy, nổ.
Phương phỏp biến tớnh bề mặt dõy nano cũng đúng vai trũ quan trọng và ảnh hưởng khỏ nhiều đến tớnh chất nhạy khớ của cảm biến. Cú nhiều phương phỏp khỏc nhau để pha tạp hạt kim loại quý lờn bề mặt dõy nano như phỳn xạ [47], nhỏ phủ [39], phõn hủy nhiệt [99] hay tự sắp xếp [150]. Mỗi phương phỏp biến tớnh đều cú ưu nhược điểm khỏc nhau. Với phương phỏp tự sắp xếp thỡ quỏ trỡnh rất phức tạp vỡ cỏc hạt kim loại trước tiờn được chế tạo và ổn định trong polyme trước khi chỳng cú thể bỏm lờn bề mặt dõy nano [158]. Kolmakov [4] đó chứng tỏ rằng cú thể phỳn xạ trực tiếp hạt Pd lờn bề mặt dõy nano SnO2 và khảo sỏt tớnh chất nhạy khớ của chỳng. Moon và cộng sự [66] đó cụng bố phương phỏp để cải thiện tớnh chất nhạy khớ của cảm biến trờn cơ sở nano tinh thể TiO2 biến tớnh hạt Pd bằng quay phủ (electrospinning) kết hợp với ủ nhiệt. Nhúm của Yuasa [88] đó chế tạo thành cụng cảm biến khớ cú độ nhạy cao nhờ biến tớnh nano tinh thể SnO2 bằng Pd sử dụng phương phỏp lắng đọng quang húa dung dịch muối Pd. Kim và cộng sự [121] đó chế tạo
103
dõy nano In2O3-Pd cấu trỳc lừi-vỏ bằng phương phỏp phỳn xạ trực tiếp lớp Pd lờn bề mặt dõy In2O3. Ngoài ra, phương phỏp biến tớnh bằng thủy nhiệt húa học cũng được ỏp dụng rộng rói. Chang và cộng sự [27] đó tiến hành biến tớnh thanh nano ZnO bằng hạt Pd sử dụng quỏ trỡnh mọc trong dung dịch kết hợp với khử quang húa để cải thiện tớnh chất nhạy khớ CO. Mặc dự đó đạt được một số kết quả nhất định nhưng phương phỏp biến tớnh bề mặt dõy nano bằng cỏc vật liệu thớch hợp đem lại hiệu quả cao, tiến hành ở nhiệt độ thấp nhưng khụng cần chõn khụng hay cỏc tỏc nhõn khử nhằm ứng dụng cho cảm biến khớ vẫn cũn nhiều thỏch thức và thu hỳt được sự quan tõm nghiờn.