Phần thực nghiệm đã hoàn thành và kết quả thu được rất khả quan. Màng tạo ra đã đáp ứng được mục đích tạo màng nhạy khí. Màng S-0-3 và màng S-5-3 không những đáp ứng được tính nhạy khí mà còn đáp ứng được nhiều kết quả nghiên cứu lý thuyết về màng SnO2 và SnO2 pha tạp Sb gồm:
• Về cấu trúc, tạo màng có định hướng phát triển theo mặt mạng (110). Mặt màng này có nhiều nút khuyết Oxi làm tăng khả năng nhạy khí.
• Về độ dày, chúng tôi tìm được độ dày tối ưu để cân bằng vừa tăng cường hướng phát triển theo mặt mạng (110) vừa đảm bảo độ xốp của màng và độ gồ ghề của màng.
• Chúng tôi tìm được lượng pha tạp Sb thích hợp, màng SnO2 : Sb 5%mol có độ nhạy cao hơn nhiều độ nhạy của màng SnO2 thuần ở nồng độ khí dò thấp khi chế tạo các màng trong cùng điều kiện.
• Chúng tôi đã xác định được nhiệt độ hoạt động tối ưu cho chức năng nhạy khí của màng là 300°C
• Màng chúng tôi chế tạo có khoảng thời gian đáp ứng là 40s cho cả 2 màng thuần SnO2 và màng SnO2 : Sb.Thời gian hồi phục đối với màng thuần là 120s và màng SnO2 : Sb là 130s là phù hợp với yêu cầu của sensor khí.
KẾT LUẬN
Đề tài được thực hiện với mục đích chế tạo và khảo sát tính chất nhạy khí của màng SnO2 : Sb với các đặc tính thỏa mãn yêu cầu của một sensor khí. Chúng tôi đã thu được những kết quả sau:
Chế tạo dung dịch SnO2 và SnO2 pha tạp Sb với các nồng độ pha tạp khác nhau (1-8%mol) bằng phương pháp solgel và tạo màng bằng phương pháp phủ quay:
- Chọn dung môi 2-methoxyethanol (2-ME) kèm chất phụ gia PEG để tạo màng có kích thước nhỏ và xốp.
- Sử dụng precursor ban đầu là SnCl4 .5H2O và SbCl3.2H2O. - Điều kiện khuấy: 100°C –3giờ và ủ 80°C –4giờ.
- Màng được xử lý nhiệt ở 500°C – 2giờ sau mỗi lớp màng (1→5 lớp). Chúng tôi đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên độ nhạy hơi ethanol của màng và thu được các kết quả các sau:
- Khảo sát cấu trúc màng theo nồng độ pha tạp: nồng độ pha tạp 5%mol Sb cho màng SnO2 có định hướng (110) tối ưu, bề mặt màng xốp và có độ gồ ghề cao. - Sự thay đổi của độ nhạy màng theo nồng độ pha tạp: màng SnO2 pha tạp 5%mol Sb cho kết quả độ nhạy với hơi ethanol cao nhất khoảng 96%, có độ nhạy cao hơn nhiều độ nhạy của màng SnO2 thuần ở nồng độ khí dò thấp
- Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động lên độ nhạy màng thuần và màng pha tạp trong dãy nhiệt độ từ 200oC→350oC cho thấy cả 2 màng đều có độ nhạy cao nhất ở 300oC. Tuy nhiên, màng pha tạp 5%mol Sb đều có độ nhạy cao hơn màng thuần trong dãy nhiệt độ trên.
- Khảo sát ảnh hưởng của độ dày màng : với độ dày thích hợp (3 lớp) màng pha tạp 5%mol Sb cho độ nhạy cao nhất.
Tóm lại, độ nhạy khí của màng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Trong quá thực nghiệm chúng tôi nhận thấy không chỉ cấu trúc vi tinh thể mà còn có hình thái bề
mặt màng, nồng độ pha tạp, độ dày của màng, nhiệt độ hoạt động đều ảnh hưởng
Cuối cùng, màng chúng tôi chế tạo có khoảng thời gian đáp ứng là 40s cho cả
2 màng thuần SnO2 và màng SnO2 : Sb. Thời gian hồi phục đối với màng thuần là 120s và màng SnO2 : Sb là 130s. Giá trị này phù hợp với yêu cầu của sensor khí.
Từ kết quả thu được, chúng tôi đề ra hướng phát triển sau:
Tìm hiểu khả năng dò khí của màng SnO2 pha tạp Sb với các khí khác như LPG, CO, H2, H2S…
Tiến hành phủ màng SnO2 pha tạp Sb lên các loại đế khác nhau (Si, Al2O3…) để khảo sát cấu trúc và độ nhạy màng.
Chế tạo màng SnO2 pha tạp Sb bằng các phương pháp khác (phún xạ
magnetron, PVD (physic vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition)...và so sánh khả năng nhạy khí với phương pháp phủ quay (solgel).
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1]. Lê Thị Mỹ Hạnh (2008), Luận văn thạc sĩ, Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên Tp. Hồ Chí Minh.
[2]. Phạm Ngọc Hiền (2008), Luận văn thạc sĩ, Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên Tp. Hồ Chí Minh.
[3]. Lê Huy Hoàng (2008), Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên Tp. Hồ Chí Minh.
[4]. Nguyễn Văn Giàu (2008), Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp. Hồ Chí Minh.
[5]. Trần Quang Trung (2009), Luận văn thạc sĩ, Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên Tp. Hồ Chí Minh.
[6]. Ngô Ngọc Tân, Ngô Văn Ky, Kỹ thuật đo tập 1, NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh (2007).
[7]. Dương Minh Trí (2002), Cảm Biến, Giáo trình trường Đại Học Bách Khoa TP HCM.
Tiếng Anh
[8]. C. Terrier, J.P. Chatelon and J.A. Roger, “Analysis of Antimony doping in
Tin Oxide thin films obtained by the Sol-gel method“, Departement de Physique des Materiaux, Universite Claude Bernard, Lyon 1, France.
[9]. Donald L. Smith (1995), “Thin – film deposition”, McGraw – Hill, Inc.
Printed in the United states of America.
[10]. Daoli Zhang, “Microstructure and electrical properties of antimony-doped
tin oxide thin film deposited by sol–gel process” Materials Chemistry and Physics 98 (2006) 353–357
[11]. Detlef burgard, “Synthesis of Nanocrystalline, Redispersable Antimony- Doped SnO2 Particles for the Preparation of Conductive, Transparent Coatings” Journal of Sol-Gel Science and Technology 13, 789–792 (1998)
[12]. Liang Tao, Zhibing Deng, Ziangbing Zhang, Liangyan Chen, “Surface
morphologies and properties of pure and antimony-doped tin oxide films derived by sol-gel dip-coating processing“, Department of Electronic Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology, 1037 Luoyu Road Hongshan District, Wuhan City Hubei Province 430074, PR China.
[13]. E.Elangovan, “Studies on structural and electrical properties of spayed SnO2:Sb films”, Joural of Crystal growth 276 (2005)
[14]. Hong-Lei Ma, Xiao-Tao Hao, Jin Ma, Ying-Ge Yang, Jie Huang, “Thickness
dependence of properties of SnO2 : Sb films deposited on flexible subtrates“, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 25011, PR China
[15]. Hae – Won Cheong and Man – Jong Lee (2006), “Sensing characteristics
and surface reaction mechanism of alcohol sensors based on doped SnO2”, Journal of Ceramic Processing Research. Vol. 7, No. 3, pp. 183 – 191.
[16]. Hartnagel. H.L, Dawar. A.L, Jain. A.K, Jagadish. C (1995), “Semiconducting transparent thin films”, Institute of physics publishing, Bristol and Philadephia.
[17]. Heyun Zhao, Yuehuan Li, Liufang Yang, Xinghui Wu (2008), “Synthesis,
characterization and gas – sensing property for C2H5OH of SnO2 nanorods”, Material Chemistry and Physics xxx, xxx-xx.
[18]. Hae – Won Cheong and Man – Jong Lee (2006), “Sensing characteristics
and surface reaction mechanism of alcohol sensors based on doped SnO2”, Journal of Ceramic Processing Research. Vol. 7, No. 3, pp. 183 – 191.
[19]. H.Windischmann and P.Mark, Journal of electrochemical society, vol 126,
627(1979)
[20]. Jose Miguel Alves Correia Pires (2003), “Thin films gas sensors”, Ph. D.
[21]. Liujiang Xi, Dong Qian, Xincun Tang, Chunjiao Chena (2008), “High surface area SnO2 nanoparticles: Synthesis and gas sensing properties”, Materials Chemistry and Physics 108, 232–236.
[22]. Marcus Kennedy (2004), “Investigation of tin oxide (SnOx) gas sensors
based on monodisperse nanoparticle films”, Ph. D. Thesis, Der Fakultat fur Ingenieurwissenschaften der Universit¨at Duisburg-Essenzur Erlangung des akademischen Gradeseines.
[23]. Matthias Batzill, Ulrike Diebold (2005), “ The surface and materials science of tin oxide”, Progress in Surface Science 79, 47 – 154.
[24]. Maffeis. T.G.G, Owen. G.T, Penny. M.W, Starke. T.K.H, Clark. S.A, Ferkel.
H, Wilks. S.P (2002) “Nano – crystalline SnO2 gas sensor response to O2 and CH4
at elevated temperature investigated by XPS”, Surface Science 520, 29 – 34.
[25]. N. Sankara Subramanian, B. Santhi, T. Sornakumar (2004) “Studies on
Pyrolytically Sprayed SnO2 and Sb-SnO2 thin films for LPG sensor application”, Institute of physics publishing, Bristol and Philadephia.
[26]. N. Sankara Subramanian, “Influence of dopant concentration on the physical properties of spin coated Sb:SnO2 thin films for photovoltaic application”. Journal of Electrocermics,13, 159-165,2004.
[27]. Oomman K. Varghese, Malhotra. L.K, Sharma. G.L (1999), “High ethanol
sensitivity in sol – gel derived SnO2 thin films”, Sensors and Actuators B 55, 161 – 165.
[28]. Paisan Setasuwon, “Dopants in tin oxide gas sensor for enhandcing detection of alcohol” National metal materials technology center, Pathumthani 121200
[29]. Ponce. M.A, Aldao. C.M, Castro. M.S (2003), “Influence of particle size on the conductance of SnO2 thick films”, Journal of the European Ceramic Society 23, 2105–2111
[30]. Pourfayaz. F, Mortazavi. Y, Khodadadi. A, Ajami. S (2008), “Ceria-doped
SnO2 sensor highly selective to ethanol in humid air”, Sensors and Actuators B 130 625–629.
[31]. Qingyi Pan, Jiaqiang Xu, Xiaowen Dong “Gas sensitive properties of nanometer-sized SnO2 “Sensors and Actuators B 115, 460–464.
[32]. Raul Diaz Delgado (2002), “Tin oxide gas sensors : An electrochemical
approach”, Ph. D. Thesis, University of Barcelona.
[33]. R.B Cooper, G.N Advani and A..G Jodan, “Gas sensor mechanisms in SnO2
thin films” Department of Electrical Engineeing Cartment Pittspburgh, PA 15213
[34]. Sanju Rani, Somnath C. Roy, Bhatnagar. M (2006), “Effect of Fe doping on
the gas sensing properties of nano-crystalline SnO2 thin films”, Sensors and Actuators B xxx, xxx–xxx.
[35]. Senguttuvan. T.D, Radheshyam Rai, Lakshmikumar. S.T (2007), “Gas
sensing properties of lead doped tin oxide thick films”, Materials Letters 61, 582– 584.
[36]. Serrini. P, Briois. V, Horrillo. M.C, Traverse. A, Manes. L (1997),
“Chemical composition and crystalline structure of SnO2 thin films used as gas sensors”, Thin Solid Films 304, 113-122.
[37]. Sankara Sburamanian, “Studies on Pyrolytically Sprayed SnO2 and Sb :
SnO2” Journal of Materials Science letters 13, 1048 – 1050.
[38]. Semiconductor Sensors, Edited by S. M. Sze, John Wiley and Sons, Inc.
(1994).
[39]. Tjipto Sujitno, Sudjatmoko (2002),“The influencr of platinum dopant on the characteristics of SnO2 thin film for gas sensor application”, Center for Research and Development of Advanced Technology National Nuclear Energy Agency.
[40]. Tzong-Rong Ling, Chih-Min Tsai (2006) “preparation of antimony-doped
SnO2 nanocrystallites” Vacuum 77, 237–243.
[41]. Vladimir V. Kissine, Sergei A. Voroshilov, Victor V. Sysoev (1999),
“Influences of dopants on the electronic structure of SnO2 thin films” Sensors and Actuators B 55, 55–59.
[42]. Wolf Schmid (2004), “Consumption measurements on SnO2 sensors in low
Ingenieurwissenschaften der Universitat Duisburg-Essenzur Erlangung des akademischen Gradeseines
[43]. Wang. H.C, Li. Y, Yang. M.J (2006), “Synthesis of nanocrystalline,
redispersable Antimony- doped SnO2 particles for the preparation of conductive, transparent coatings” Sensors and Actuators B 119, 380–383.
[44]. Yude Wang, Xinghui Wu, Yanfeng Li, Zhenlai Zhou (2004),
“Mesostructured SnO2 as sensing material for gas sensors”, Solid – State Electronics 48, 627 – 632.
[45]. Yude Wang, Xinghui Wu, Yanfeng Li, Zhenlai Zhou (2004), “Studies on
structural and electrical properties of sprayed SnO2:Sb films”, Solid – State Electronics 48, 627 – 632.
[46]. Yanbai Shen, Toshinari Yamazaki, Zhifu Liu, Chengji Jin, Toshio Kikuta,
Noriyuki Nakatani (2008),”Structural, electrical and optical characteristics of SnO2 thin films by ultrasonic spray pyrolysis”, Thin Solid Films xx ,xxx–xxx.
[47]. Zhao Jie, Huo Li-Hua, Gao Shan, Zhao Hui, Zhao Jing-Gui (2006),
“Alcohols and acetone sensing properties of SnO2 thin films deposited by dip- coating”, Sensors and Actuators B 115, 460–464.
[48]. Zhang. J, Miremadi. B.K, Colbow. K (1994), “Characterizations of SnO2
and SnO2:Sb thin films prepared by PECVD” Journal of Materials Science letters 13, 1048 – 1050.
[49]. Zhao Jie, Huo Li-Hua, Gao Shan, Zhao Hui, Zhao Jing-Gui (2006),
“Alcohols and acetone sensing properties of SnO2 thin films deposited by dip- coating”, Sensors and Actuators B 115, 460–464.