CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
3.2.2. Khảo sát đặc trưng nhạy khí của các cảm biến với khí ethanol
Các đặc trưng của các cảm biến dạng hạt nano, lập phương rỗng và bát diện rỗng ZTO với khí ethanol cũng được nghiên cứu ở các nhiệt độ làm việc khác nhau và các nồng độ khí ethanol được thể hiện trong Hình 3.11. Sựthay đổi điện trở theo thời gian khi tiếp xúc với các nồng độ ethanol khác nhau (125, 100, 50 và 25 ppm) được đo ở các nhiệt độ làm việc khác nhau (350, 400 và 450 ºC) của các cảm biến dạng hạt nano, lập phương rỗng và bát diện rỗng tương ứng, được hiển thị trong Hình 3.11 (A-C). Điện trở của các cảm biến giảm mạnh khi đưa ethanol vào ở tất cả các nhiệt độđo được, cho thấy phản ứng tốt của vật liệu tổng hợp với khí ethanol. Điện trở của các cảm biến hồi phục nhanh chóng về giá trị ban đầu khi dịng khí ethanol bị ngắt gián đoạn. Bảng 3.3 cho thấy thời gian đáp ứng và hồi phục của các cảm biến khác nhau đối với các nồng độ ethanol khác nhau ở nhiệt độ hoạt động từ 350 đến 450 °C. Khi nồng độ ethanol tăng lên, thời gian đáp ứng của các cảm biến giảm xuống và thời gian hồi phục tăng lên. Cụ thể, trong Bảng 3.3, thời gian đáp ứng/hồi phục của cảm biến bát diện rỗng là khoảng 40/311, 36/334, 30/341 và 28/426 s, ở nhiệt độ 400 °C, đối với nồng độ khí là 25, 50, 100 và 125 ppm.
Bảng 3.3 Thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục của ba loại cảm biến với nồng độ
ethanol khác nhau. Nồng độ ethanol, ppm 450 °C 400 °C 350 °C Thời gian đáp ứng, s Thời gian hồi phục, s Thời gian đáp ứng, s Thời gian hồi phục, s Thời gian đáp ứng, s Thời gian hồi phục, s Hạt nano 125 11 156 16 182 17 227 100 17 150 17 178 18 220 50 24 122 24 140 29 174 25 36 114 28 135 32 141 Lập phương rỗng 125 23 360 26 383 30 571 100 32 340 37 370 39 504 50 34 300 44 350 46 468 25 36 260 46 302 52 460 Bát diện rỗng 125 23 292 28 426 30 711 100 25 270 30 341 35 705 50 26 255 36 334 42 685 25 28 239 40 311 45 660
85
Độđáp ứng của cảm biến bát diện rỗng theo nồng độ ethanol ở các nhiệt độ làm việc khác nhau 350 °C, 400 °C và 450 °C được mơ tả trong Hình 3.11D. Rõ ràng là ở tất cả các nhiệt độ được khảo sát, giá trị đáp ứng của cảm biến tăng lên khi nồng độ ethanol tăng lên. Ở mỗi nồng độ ethanol, độ đáp ứng của cảm biến đối với ethanol ở 400 °C là cao hơn so với nhiệt độ làm việc ở 350 °C và 450 °C. Cụ thể, giá trị đáp ứng tăng từ 9,9 đến 29,8 khi nồng độ ethanol tăng từ 25 ppm lên 125 ppm ở nhiệt độ 400 °C. Mặt khác, ở nhiệt độ 450 °C, giá trị đáp ứng tăng từ 2,7 lên 9,5 khi nồng độ ethanol tăng từ 25 ppm lên 125 ppm.
Hình 3.11 Cảm biến khí ethanol của các mẫu: (A) hạt nano, (B) lập phương rỗng, (C) bát diện rỗng; (D) độđáp ứng của cảm biến bát diện rỗng với nồng độ ethanol khác nhau; (E
86
Hình 3.11E so sánh độ đáp ứng của ba cảm biến khác nhau đều đo ở 400 °C khi tiếp xúc với các nồng độ ethanol khác nhau (25, 50, 100 và 125 ppm). Rõ ràng cảm biến bát diện rỗng cho thấy độ đáp ứng cao nhất trong số ba cảm biến trên. Giá trị đáp ứng của cảm biến bát diện rỗng tăng từ 9,9 đến 29,8 khi nồng độ ethanol tăng từ 25 ppm lên 125 ppm. Các giá trị đáp ứng của cảm biến bát diện rỗng này cao hơn cảm biến lập phương rỗng với các giá trị từ 7,52 đến 19,62 khi nồng độ ethanol tăng từ 25 đến 125 ppm, được trình bày trong nghiên cứu [17]. Kết quả này phù hợp với đặc tính xốp và kích thước mao quản lớn của cấu trúc khối bát diện rỗng so với cấu trúc khối lập phương rỗng. Hình 3.11F so sánh các đặc tính đáp ứng và phục hồi của các cảm biến khác nhau với ethanol ở 125 ppm và 400 °C.