Cỏc CNTs và CPs là những vật liệu cú tớnh chất rất đặc trƣng. Cỏc liờn kết của cỏc nguyờn tố cỏc bon trong CPs và CNTs cho thấy chỳng cú thể hiệp đồng tạo ra vật liệu đa chức năng mới cú tiềm năng lớn hơn trong ứng dụng. Cỏc ứng dụng từ hệ thống CPs/CNTs liờn quan đến cơ khớ, nhiệt, điện, cỏc tớnh năng điện nhƣ cỏc siờu tụ điện, cảm biến, phỏt quang hữu cơ (OLED), cỏc tế bào năng lƣợng Mặt trời, hấp thụ điện từ và cỏc thiết bị điện tử tiờn tiến.
Polyme dẫn thƣờng đƣợc coi là polyme liờn hợp trong đú bao gồm liờn kết đơn và đụi xen kẽ trong chuỗi của nú (cấu trỳc lai húa sp2
). Tƣơng tự nhƣ vậy, CNTs cũng cú cấu trỳc sp2 dọc theo chuỗi của nú. Cả CPs và CNTs đều cú một hệ thống điện tử- π đƣợc hỡnh thành từ liờn kết đụi C=C khụng định sứ trờn cấu trỳc. Cỏc liờn kết đụi rất nhạy cảm với tƣơng tỏc vật lý hoặc húa học, điều này tạo thuận lợi trong quỏ trỡnh biến tớnh CPs bằng CNTs và hy vọng tớnh chất CNTs bổ trợ cho CPs. Pha trộn với nhau, cả hai vật liệu cho một liờn kết bề mặt mạnh mẽ với liờn kết cho- nhận và nhờ tƣơng tỏc - [165] ,[195]. Do sự tƣơng tỏc với chất phõn tớch khỏc nhau, hệ thống điện tử- π đƣợc điều chỉnh dẫn đến những thay đổi húa lý nhƣ điện trở, dũng điện hoặc thế điện húa.
J. Kong và nhúm nghiờn cứu [89] đó chế tạo cảm biến húa học dựa trờn nền SWNTs để phõn tớch cỏc khớ nhƣ NO2 hoặc NH3. Theo quan điểm vật lý, sự thay đổi độ dẫn liờn quan đến việc cho- nhận cỏc electron ở vựng húa trị của bỏn dẫn CPs và SWNTs, đú là kết quả của tƣơng tỏc phõn tử khớ (hấp phụ vật lý). Khi nồng độ khớ cú tớnh ụxy húa trong mụi trƣờng chứa vật liệu bỏn dẫn loại p tăng lờn thỡ cỏc electron đƣợc tỏch ra từ cỏc phõn tử của vật liệu bỏn dẫn loại p làm cho tớnh dẫn điện của nú tăng lờn. Mặt khỏc, khi tiếp xỳc với một chất khử nhƣ NH3, tớnh dẫn điện của vật liệu giảm. Tỏc động khớ NH3 là tƣơng đƣơng với việc một electron nhảy vào vựng húa trị của CPs và SWNTs (bỏn dẫn loại p) và sau đú làm giảm tớnh dẫn điện của vật liệu.
Đó cú một số nghiờn cứu đó sử dụng vật liệu CNTs/CPs làm màng nhạy khớ cho cỏc cảm biến [32], [169]. Vật liệu composite PANi/CNTs đó đƣợc chế tạo bởi R. Sainz và cộng sự [155] cho thấy vật liệu tổng hợp làm tăng cƣờng độ dẫn điện, cải thiện sự ổn định nhiệt và khả năng phỏt quang. Nhúm R. Sainz đó sử dụng vật liệu PANi/CNTs làm màng cảm ứng với khớ CO ở nhiệt độ phũng, với nồng độ khảo sỏt trong khoảng 100 1000 ppm. Cú thể thấy rằng cỏc tớnh chất nhạy khớ của vật liệu composite PANi/CNTs đó đƣợc cải thiện đỏng kể so với PANi thuần, độ nhạy tăng lờn và thời gian đỏp ứng/phục hồi giảm
36
hai lần. Kết quả cho thấy vật liệu composite tổng hợp giữa CNTs trong mụi trƣờng axớt với PANi là một vật liệu triển vọng cho việc chế tạo màng cảm biến khớ CPs với độ nhạy tốt, phản ứng nhanh, phỏt hiện nồng độ thấp và khả năng đỏp ứng ở nhiệt độ phũng [188].
Hỡnh 1.30.Sự thay đổi điện trở của cảm biến ở nhiệt độ phũng: a) 35 ppm NH3, b) 80 ppm CO [32]
H.H. Choi [32] đó chế tạo composite PANi/SWNTs bằng phƣơng phỏp điện húa, thử nghiệm với cảm biến cho thấy phản ứng tuyến tớnh cho tất cả cỏc loại khớ. Độ dẫn của cảm biến PANi/SWNTs tăng lờn khi cú mặt của cỏc khớ CO và NH3, nhúm này cho thấy rất khú để phõn biệt giữa CO và NH3 bằng cỏch đo sự thay đổi độ dẫn.
Nhúm nghiờn cứu H.H. Choi [32] cho thấy sự hấp phụ NH3 nhanh hơn so với CO, với hỗn hợp khớ CO và NH3 cho thấy phản ứng khỏc nhau. Trƣớc hết là hấp phụ khớ NH3 chiếm ƣu thế ở phản ứng với vật liệu composite và sau đú phản ứng với khớ CO, khụng xảy ra trƣờng hợp độ nhạy bằng tổng số cỏc độ nhạy nhƣ Hỡnh 1.31. Do đú, cỏc cảm biến cú thể khụng phõn biệt đƣợc bản chất cỏc khớ khỏc nhau, điều tốt hơn là sử dụng cho mỗi loại khớ khỏc nhau.
Hỡnh 1.31.Sự thay đổi điện trở thay đổi trong cảm biến như một hàm của thời gian ở nhiệt độ phũng với nồng độ khỏc nhau của hỗn hợp khớ NH3 và CO [32]
M. Ginic-Markovic [50] đó tổng hợp composite PANi/CNTs trong điều kiện siờu õm và khụng siờu õm. Kết quả là CNTs làm tăng tớnh chất nhiệt nhƣ sự ổn định nhiệt và sự dẫn điện polyme. Từ phổ FT-IR nhúm tỏc giả cho thấy cú sự tƣơng tỏc giữa vũng quinoid
37
của PANi với CNTs, điều này tạo điều kiện cho cỏc hạt tải điện dịch chuyển giữa hai thành phần. Y. Liao và nhúm nghiờn cứu [102] đó chế tạo composite PANi/SWNTs làm vật liệu cảm ứng cho cảm biến khớ. Ảnh hiển vi điện tử cho biết PANi và PANi/SWNTs đƣợc hỡnh thành cú cấu trỳc dạng sợi. Composite đƣợc chế tạo từ cỏc sợi nano với 1 % khối lƣợng SWNTs cho phản ứng nhanh hơn nhiều với nồng độ thấp (100 ppb) HCl và NH3 so với cỏc sợi nano PANi đơn thuần (120 s và 1000 s).
Những kết quả trờn cho biết nanocomposite PANi/SWNTs cú nhiều đặc trƣng cần nghiờn cứu sõu hơn để cú thể đƣợc sử dụng làm vật liệu cảm ứng trong cỏc màng cảm biến khớ nhƣ ảnh hƣởng của tỷ lệ khối lƣợng hợp phần, bề dày màng,... Kế thừa và phỏt triển những kết quả nghiờn cứu trƣớc, chỳng tụi tiếp tục nghiờn cứu phƣơng phỏp chế tạo và khảo sỏt cỏc đặc trƣng của vật liệu nanocomposite PANi/SWNTs dựng làm màng nhạy khớ NH3 và ụxy.