Có thể nói hyđrô sẽ trở thành nguồn năng lượng chủ đạo trong tương lai không xa, bởi những ưu việt mà nó đem lại như thân thiện với môi trường, trữ lượng hyđrô dường như vô tận, vừa có thể sử dụng trực tiếp là nhiên liệu vừa có thể là vật chất mang (dự trữ) năng lượng, và đặc biệt sẽ là nguồn năng lượng quan trọng giúp thế giới giảm phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch trong tương lai. Như các nghiên cứu chỉ ra rằng, pin nhiên liệu sử dụng hyđrô có một ưu thế không thể nghi ngờ hơn tất cả các thiết bị biến đổi năng lượng khác. Những đặc điểm ưu việt của nó như hiệu suất cao, ổn định lớn, độ phát xạ thấp, không gây ồn, không gây ô nhiễm môi trường...
Honda đã sản xuất một mẫu ô tô hyđrô có tên gọi FCX Clarity cho thuê tại Mỹ với giá 600 USD/tháng. Honda cho biết, họ có ý định sản xuất thêm khoảng 200 xe trong năm nay. Giá thị trường của FCX Clarity lên tới 1 triệu USD/chiếc. Trong khi đó, Toyota, nhà tiên phong trong công nghệ ô tô điện, có kế hoạch đưa mẫu ô tô hydro vào hoạt động đại trà lần đầu tiên vào năm 2015.
Trong số các hãng chế tạo ô tô Mỹ, General Motors (GM) đã sản xuất một 100 xe hydro thử nghiệm có tên gọi Chevrolet Equinox.
Đối với các phương tiện giao thông công cộng, tại thế vận hội Olympic mùa Đông Vancouver hồi hyđrô tháng 2/2010, Canađa đã đưa vào hoạt động 20 xe buýt hydro. Trong khi đó, Liên minh châu Âu (EU) cũng phối hợp chạy thử nghiệm xe buýt hydro trên một số lộ trình thông dụng tại 10 thành phố châu Âu và kết thúc kế hoạch này vào cuối năm 2009. Dự kiến, một thế hệ xe buýt mới sẽ được đưa vào vận hành trong năm nay.
Điều hành dự án mạng lưới giao thông công cộng tại Hà Lan, Frits van Drunen nhận định: ―Tới năm 2017, những chiếc xe buýt hydro sẽ tiêu thụ nhiên liệu tương đương xe buýt chạy bằng dầu điêden‖.
Các công nghệ tiên tiến này thậm chí có thể được phát triển để tích hợp trong máy tính xách tay, thậm chí là điện thoại di động. Tháng 4 năm 2009, hãng Samsung công bố chế tạo thành công pin nhiêu liệu DMFC cho máy tính xách tay sử dụng liên tục 72 giờ.
Tên thiết bị Hãng sản xuất Dải đo Giá thành
(USĐ) Hình ảnh đại diện
HY- ALERTA™ 600 (Mỹ) 0-100 %LEL 2500 HY- ALERTA™ 500 0-100 %LEL 2500 H6000 (Mỹ) 0-100 %LEL 3200 ASH2000 0-100 %LEL 3500 9012XRS 0-100 %LEL 3200 AK100 (Autralia) 0-100 %LEL 2000 D09-2 (Việt Nam) 0-100 %LEL 675
Bảng trên đây thống kê một số thiết bị đo khí hyđrô nhập ngoại cùng dải đo 0- 100 %LEL và sản phẩm của Phòng cảm biến và thiết bị đo khí chế tạo tại Việt Nam. Nhìn chung các thiết bị ngoại nhập có giá thành cao và rất khó khăn cho việc chỉnh chuẩn, bảo hành, sửa chữa hay thay thế.
Ở Việt Nam ngoài các ứng dụng trong công nghiệp hóa, công nghiệp thực phẩm, một số lượng lớn các sân gôn sử dụng xe ô tô chạy bằng nhiên liệu hyđrô, mỗi sân gôn đều có kho chứa nhiên liệu hyđrô, và khu tiếp khí hyđrô. Tất cả các khu vực có sử dụng khí hyđrô đều bắt buộc có hệ thống giám sát, đo và cảnh báo nồng độ khí hyđrô; tuy nhiên sau một thời gian hoạt động, cho đến nay các sân gôn này mới bắt đầu quan tâm đến việc giám sát nồng độ khí hyđrô tại các trạm cung cấp khí nhiên liệu hyđrô. Hiện tại Phòng Cảm biến và thiết bị đo khí nhận được rất nhiều đơn đặt hàng cho thiết bị đo và hệ thống cảnh báo khí hyđrô.
Tổng kết chương 4: Đã chế tạo thành công thiết bị đo và cảnh báo nồng độ khí hyđrô có dải đo từ 0-100 %LEL. Thiết bị đã được kiểm định và ứng dụng tại cơ sở. Có thể thấy rằng nhu cầu và thị trường là rất lớn, do đó cần tiếp tục nghiên cứu phát triển nhiều hơn các chủng loại máy đo (như máy đo cầm tay…) với nhiều dải đo khác nhau, và kiểu dáng thiết bị công nghiệp hơn.
KẾT LUẬN
Đề tài luận văn: ―Nghiên cứu và chế tạo cảm biến khí hyđrô trên cơ sở các nano-tinh thể ZnO pha tạp Pd‖, đã đạt được một số kết quả sau đây:
1. Đã nghiên cứu thành công công nghệ chế tạo vật liệu ZnO pha tạp Pd với nồng độ 0; 0,5; 1.0; 2 và 3% khối lượng. Đã khảo sát và phân tích cấu trúc của vật liệu. Các vật liệu ZnO pha tạp Pd với các nồng độ khác nhau đều có kích thướchạt trong khoảng 13,0-16,5 nm, có độ xốp cao và diện tích bề mặt lớn (>34 m2
/g). Các vật liệu có tính năng phù hợp cho ứng dụng trong cảm biến khí. Đã được sử dụng 5 loại vật liệu trên để chế tạo cảm biến khí hyđrô.
2. Đã chế tạo cảm biến hyđrô kiểu xúc tác, khoảng nồng độ đo trong vùng 0- 100 %LEL (tương đương với 0-4% thể tích trong không khí). Đã đo đạc các đặc trưng nhạy khí của cảm biến như: độ nhạy, độ chọn lọc, thời gian đáp ứng, độ ổn định và độ lặp lại. Cảm biến trên cơ sở vật liệu ZnO-0,5% Pd có độ nhạy và độ chọn lọc cao, thời gian đáp ứng ngắn và độ ổn định cao, đáp ứng được yêu cầu để chế tạo thiết bị kiểm soát môi trường có rò rỉ khí hyđrô.
3. Đã tham gia chế tạo thiết bị đo và báo ngưỡng khí hyđrô. Đã đo đạc các đặc trưng của thiết bị và cung cấp cho cơ sở sử dụng thiết bị.
4. Thiết bị đo khí hyđrô sau khi chế tạo đã được Viện Đo lường Việt nam kiểm định và cấp giấy chứng nhận chất lượng sản phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Gupta, R.B, Hydrogen fuel: production, transport, and storage 2009, 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300, Boca Raton, FL 33487-2742.
2. Hysafe, Bienal report: Hydrogen barriers and safe measures. 2006.
3. Josef Gerblinger, U.H, Hans Meixner, Accurate sensors offering unrestricted recalibration and long-term stability for determining high temperatures on the basis of gas-sensitive effects of different gases on metal oxides, Sensors and Actuators B, 1996. (34) p. 224-228.
4. Ahsanulhaq Qurashi, E.M, Toshinari Yamazaki, Toshio Kikuta, Catalyst supported growth of In2O3 nanostructures and their hydrogen gas sensing properties, in Sensors and Actuators 2010. p. 48-54.
5. C.A. Papadopoulos, D.S.V, J.N. Avaritsiotis, Comparative study of various
metal-oxide-based gas-sensor architectures, Sensors and Actuators B, 1996.
(32), p. 61-69.
6. S. Capone, A.F, L. Francioso, R. Rella, P. Siciliano, J. Spadavecchia, D. S. Presicce, A. M. Taurino, Solid state gas senssors: state of the art and future activities, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 2003. (5), p. 1335 - 1348
7. Feng-Cang Lin, Y.T, Yasuhiro Shimizu, Makoto Egashira, Hydrogen-sensing
mechanism of zinc oxide varistor gas sensors, Sensors and Actuators B,
1995. (24), p. 843 - 820. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
8. A Damico, A.P., E Verona, Surface acoustic wave hydrogen sensors. Sensors and Actuators, 1983. (3), p. 31-39.
9. E.C. Walter, F.F., E.J. Menke, R.M. Penner, Palladium nanowire array for
fasst hydrogen sensors and hydrogen actuated switches, Fuel Chemistry
Division Preprints 2002. 47 (2): p. 828.
10. Hill, P.H.a.W, The Art of Electronics. 1989, Cambridge University Press: New York.
11. Elena Aprile, A.E.B., Alexander I. Bolozdynya, Tadayoshi Doke, Noble Gas
Detectors. 2006, Ann Arbor, Michigan: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.
KGaA
12. Comini, E., Solid State Gas Sensing, ed. G.F. Elisabetta Comini, Giorgio Sberveglieri. 2009.
13. Hereec, F.L, Solid state chemical electronics, in Georgia Institute of technology. 2003.
14. MORRISON, S.R., SELECTIVITY IN SEMICONDUCTOR GAS SENSORS.
15. Arbiol, J., Metal Additive Distribution in TiO2 and SnO2 Semiconductor Gas
Sensor Nanostructured materilas, in Facultat de Física, Departament
d’Electrònica. 2001, University de Barcelona: Barcelona.
16. N. Jayadev Dayan, S.R.S., R.N. Karekar, R.C. Aiyer, Formulation and
characterization of ZnO:Sb thick-film gas sensors. Thin Solid Films 1998.
(325), p. 254 - 258.
17. Aroutiounian, V., Metal oxide hydrogen, oxygen, and carbon monoxide sensors
for hydrogen setups and cells. International Journal of Hydrogen Energy, 2007.
(32), p. 1145–1158.
18. Korotcenkov, G., Metal oxides for solid-state gas sensors: What determines our
choice? Materials Science and Engineering B, 2007. (139), p. 1-23.
19. G.J. Li, X.H.Z., S. Kawi, Relationships between sensitivity, catalytic activity,
and surface areas of SnO2 gas sensors, Sensors and Actuators B, 1999. (60), p.
64-70.
20. Zhang Tianshu, P.H., Yang Li, Zhang Jiancheng, Selective detection of ethanol
vapor and hydrogen using Cd-doped SnO2 based sensors. Sensors and
Actuators B, 1999. 60: p. 208-215.
21. Marta Radecka, K.Z., Mieczysław Rekas, SnO2 –TiO2 solid solutions for gas
sensors. Sensors and Actuators B 1998. 47: p. 194-204. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
22. K. D. SCHIERBAUM, U.K.K., J. F. GEIGER, W. GdPEL Schottky-harrier
and Conductivity Gas Sensors Based upon Pd/SnO2 and Pt/TiO2 Sensors and
Actuators B, 1991. 4: p. 87-94.
23. Xiaohua Zhou, Y.X., Quanxi Cao, Suyan Niu Metal-semiconductor ohmic
contact of SnO2 based ceramic gas sensors Sensors and Actuators B 1997.
41: p. 163-167.
24. Kenji Wada, M.E., Hydrogen sensing properties of SnO2 subjected to surface
chemical modification with ethoxysilanes. Sensors and Actuators B 2000. 62: p.
211-219.
25. A. Katsuki, K.F., H2 selective gas sensor based on SnO2. Sensors and Actuators B 1998. 52: p. 30-37.
26. W.K. Choi, S.K.S., J.S. Cho, Y.S. Yoon, D. Choi, H.-J. Jung, S.K. Koh H2 gas-sensing characteristics of SnOx sensors fabricated by a reactive ion-
assisted deposition with/ without an activator layer Sensors and Actuators B,
1997. 40: p. 21-27.
27. L.C. Tien, D.P.N., B.P. Gila, S.J. Pearton, Hung-Ta Wang, B.S. Kang, F. Ren,
Detection of hydrogen with SnO2-coated ZnO nanorods. Applied Surface
Science 2007. 253: p. 4748–4752.
28. S. Shukla, S.S., L. Ludwig, C. Parish, Nanocrystalline indium oxide-doped tin
oxide thin film as low temperature hydrogen sensor. Sensors and Actuators B
29. G.N. Chaudhari, A.M.B., A.B. Bodade, S.S. Patil, V.S. Sapkal Structural and
gas sensing properties of nanocrystalline TiO2:WO3-based hydrogen sensors,
in Sensors and Actuators B. 2006. p. 297-302.
30. V.M. Aroutiounian, V.M.A., V.E. Galstyan, Kh.S. Martirosyan, P.G. Soukiassian, Manufacture and investigation of hydrogen sensitive TiO2-x or
ZnO<Al> film-porous silicon devices Armenian Journal of Physics, 2008. 1(3):
p. 219-226.
31. Y. Shimizu, N.K., T. Hyodo, M. Egashira, High H2 sensing performance of
anodically oxidized TiO2 film contacted with Pd, in Sensors and Actuators B.
2002. p. 195-201.
32. I. Hayakawa, Y.I., K. Kikuta, S. Hirano Gas sensing properties of platinum dispersed-TiO2 thin film derived from precursor. Sensors and Actuators B, 2000. 62: p. 55-60.
33. Kazuhiro Hara, N.N., H2 sensors using Fe2O3 based thin film Sensors and Actaofors B, 1994. 20: p. 181-186
34. Fujishima, ZnO-Pd composite catalyst and production method thereof. 2000. 35. P. Mitra, A.P.C., H.S. Maiti ZnO thin film sensor. Materials Letters 1998. 35: p. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
33-38.
36. MacManus-Driscoll, L.S.-M.a.J.L., ZnO – nanostructures, defects, and devices.
Materials today 2007. 10(5).
37. Chennupati Jagadish, S.P., Zinc oxxide - bulk, thin films and nanostructure. 2006.
38. !!! INVALID CITATION !!!
39. N.H. Al-Hardan, M.J.A., A. Abdul Aziz, Sensing mechanism of hydrogen gas
sensor based on RF-sputtered ZnO thin films. international Journal of Hydrogen
Energy, 2010. 35: p. 4428-4434.
40. Jiaqiang Xu, Y.a.S., Qingyi Pan, Jianhua Qin Sensing characteristics of double
layer film of ZnO. Sensors and Actuators B, 2000. 66: p. 161-163.
41. O. Lupan, V.V.U., G. Chai, L. Chow, G.A. Emelchenko, I.M. Tiginyanu, A.N. Gruzintsev, A.N. Redkin, Selective hydrogen gas nanosensor using individual
ZnO nanowire with fast response at room temperature. Sensors and Actuators
B, 2009.
42. S. Basu, A.D., Room-temperature hydrogen sensors based on ZnO Materials Chemistry and Physics, 1997. 47: p. 93-96
43. S. J. Gentry, T.A.J., The role of catalysis in solid state gas sensors, in Sensors
and Actuators. 1986. p. 141-163.
44. Min, Y., Properties and Sensor Performance of Zinc Oxide Thin Films 2003, Massachusetts Institute of Technology
45. J. Kanungo, H.S., S. Basu, Pd sensitized porous silicon hydrogen sensor— Influence of ZnO thin film. Sensors and Actuators B: Chemiacl, 2010. 147: p. 128-136.
46. Ren, F., Novel ZnO Nanorod Hydrogen Gas Sensors in NASA/CP. 2008.
47. Oleg Lupan, G., Lee Chow, Novel hydrogen gas sensor based on single ZnO
nanorod. Microelectronic Engineering 2008. 85: p. 2220–2225.
48. S. Basu, A.D., Modified heterojunction based on zinc oxide thin film for
hydrogen gas-sensor application Sensors and Actuators B 1994. 22: p. 83-87.
49. Ngqondo, S.T., Hydrothermally grown Pb2+ doped ZnO nanorods for hydrogen and acetylene gas sensing
in Department of Physics, University of Zululand 2008, Department of Physics,
University of Zululand
50. Saranya Sathananthan, V.P.D., Shan-Wei Fan Hydrogen-Sensing
Characteristics of Palladium-Doped Zinc-Oxide Nanostructure. Nanoscape
2009. 6(1).
51. H. T. Wang, B.S.K., and F. Ren, L. C. Tien, P. W. Sadik, D. P. Norton, and S. J. Pearton, Jenshan Lin, Hydrogen-selective sensing at room temperature with (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ZnO nanorods. APPLIED PHYSICS LETTERS, 2005. 86.
52. Chandra Sekhar Rout, A.R.R., A. Govindaraj, C.N.R. Rao, Hydrogen sensors
based on ZnO nanoparticles. Solid State Communications, 2006. 138: p. 136 -
138.
53. B.S. kang, y.w.h., l.c. tien, d.p. norton, f. ren, b.p. gila, s.j. pearton, Hydrogen
and ozone gas sensing using multiple ZnO nanorods. Applied physics A, 2005.
80: p. 1029 - 1032.
54. Chandra Sekhar Rout, S.H.K., S.R.C. Vivekchand, A. Govindaraj, C.N.R. Rao,
Hydrogen and ethanol sensors based on ZnO nanorods, nanowires and
nanotubes. Chemical Physics Letters 2006. 418: p. 586–590.
55. N. Al-Hardan, M.J.A., A. Abdul Aziz, The gas response enhancement from ZnO film for H2 gas detection. Applied Surface Science, 2009. 255: p. 7794– 7797.
56. Oleg Lupan, G.C., Lee Chow, Fabrication of ZnO nanorod-based hydrogen gas
nanosensor. Microelectronics Journal 2007. 38: p. 1211 - 1216.
57. H.T. wang, b.s.k., f. ren, l.c. tien, p.w. sadik, d.p. norton, s.j. pearton, j. lin,
Detection of hydrogen at room temperature with catalyst-coated multiple ZnO
nanorods. Applied physics A, 2005. 81: p. 1117-1119.
58. W. J. Moon, J.H.Y., G. M. Choi, The CO and H2 gas selectivity of CuO - doped
SnO2 - ZnO, in Sensors and Actuators B. 2002. p. 464-470.
59. Seymen Aygun, D.C., Hydrogen sensitivity of doped CuO/ZnO heterocontact
60. Zeng Wen, L.T.-m., Hydrogen sensing characteristics and mechanism of
nanosize TiO2 dope with metallic ions. Physica B, 2010. 405: p. 564–568.
61. Masahiko Matsumiya, W.S., Noriya Izu, Norimitsu Murayama, Nano-
structured thin-film Pt catalyst for thermoelectric hydrogen gas sensor. Sensors
and Actuators B, 2003. 93: p. 309-315.
62. Jiaqiang Xu, Q.P., Yu’an Shun, Zhizhuang Tian Grain size control and gas sensing properties of ZnO gas sensor, in Sensors and Actuators B. 2000. p. 277-279.
63. Somayeh Fardindoost, A.I.z., Fereshteh Rahimi, Roghayeh Ghasempour, Pd doped WO3 films prepared by sol–gel process for hydrogen sensing.
international journal of hydrogen energy, 2009: p. 1-7.
64. Development of a Thick Film Gas Sensor for Oxygen Detection at Trace Levels
thesis of Ph.D, 2006.
65. A. R. Raju, C.N.R.R., Gas-sensing characteristics of ZnO and copper (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
impregnated ZnO Sensors and Actuators B, 1991. 3: p. 305-310.
66. N. Sawaguchi, W.S., N. Izu, I. Matsubara, N. Murayama, Enhanced hydrogen selectivity of thermoelectric gas sensor by modification of platinum catalyst
surface. Materials Letters 2006. 60: p. 313-316.
67. Woosuck Shin, K.T., Yeongsoo Choi, Noriya Izu,Ichiro Matsubara, Norimitsu Murayama, Planar catalytic combustor film for thermoelectric hydrogen
sensor. Sensors and Actuators B, 2005. 108: p. 455-460.
68. Manami Katsuno, J.S., Effect of catalyst on detection characteristics of
semiconducting oxide odor sensors. 2005: Fukui university of technology.
69. S ROY, S.B., Improved zinc oxide film for gas sensor applications Bull. Mater. Sci.,, 2002. 25(6): p. 513-515.
70. B Bott, T.A.J.a.B.M., The detection and measurement of CO using ZnO single crystals. Sensors and Actuators, , 1984. 5: p. 65 - 73
71. L.F Dong, Z.L.C., Z.K. Zhang Gas sensing properties of nano ZnO prepared by
arc plasma methods. nanostructured materials, 1997 8(7): p. 815-823.
72. Ozgur, H.M.a.U., Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device
Technology. 2007.
73. V.N. Mlshra, R.P.A., Thick film hydrogen sensor Sensors and Actuators B, 1994. 21: p. 209 - 212.
74. V.V. Malyshev, A.V.P., Investigation of gas-sensitivity of sensor structures to hydrogen in a wide range of temperature, concentration and humidity of gas