Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo và tính chất nhạy khí của cấu trúc dị thể SnO2 và ống nano carbon

• Tác giả: Quản Thị Minh Nguyệt
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Văn Hiếu
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kĩ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và tính chất nhạy khí của cấu trúc dị thể SnO2 và ống nano carbon
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở lý thuyết chuyển tiếp dị thể
• 1.2. Chuyển tiếp Schottky
• 1.3. Chuyển tiếp dị thể p-n
• 1.4. Tổng quan cảm biến khí trên cơ sở chuyển tiếp dị thể
• 1.5. Cơ chế nhạy khí của các chuyển tiếp dị thể
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mô hình cấu trúc chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 và SnO2/CNTs. Phương pháp chế tạo dây nano SnO2
• 2.2. Quy trình chế tạo dây nano SnO2 trực tiếp trên điện cực
• 2.3. Chế tạo chuyển tiếp dị thể giữa dây nano SnO2 và CNTs
• 2.4. Khảo sát các tính chất của các chuyển tiếp SnO2/CNTs
• 2.5. Phân tích hình thái và khảo sát tính chất điện của chuyển tiếp
• 2.6. Khảo sát tính chất nhạy khí
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: HÌNH THÁI VÀ TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA CHUYỂN TIẾP DỊ THỂ KÉP SnO2/CNTs/SnO2 VÀ CHUYỂN TIẾP SnO2/CNTs
• 3.1. Hình thái và tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp dị thể kép SnO2/CNTs/SnO2
• 3.2. Chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 có lớp CNTs chế tạo bằng phương pháp phun phủ
• 3.3. Chuyển tiếp SnO2/SWCNTs/SnO2 có lớp SWCNTs chế tạo trực tiếp trên dây nano SnO2 bằng phương pháp hồ quang điện
• 3.4. Cấu trúc SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm)/SnO2 có lớp MWCNTs chế tạo bằng phương pháp nhúng phủ
• 3.5. Hình thái và tính chất nhạy khí của các cấu trúc SnO2/MWCNTs
• 3.6. Kết quả phân tích hình thái cấu trúc SnO2/MWCNTs
• 3.7. Đặc trưng I-V của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs
• 3.8. Đặc trưng nhạy khí của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm)
• 3.9. Khảo sát ảnh hưởng của mật độ CNTs lên tính chất nhạy khí của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm)
• 3.10. Đặc trưng nhạy khí của các cấu trúc SnO2/MWCNTs với MWCNTs có đường kính khác nhau
• 3.11. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ CƠ CHẾ NHẠY KHÍ CỦA CHUYỂN TIẾP SnO2/CNTs
• 4.1. Phân tích đặc trưng I-V của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs
• 4.2. Phân tích đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs trong không khí
• 4.3. Ảnh hưởng của khí tới tính chất điện của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs
• 4.4. Cơ chế dòng điện qua chuyển tiếp SnO2/MWCNTs
• 4.5. Ảnh hưởng của yếu tố hình thái đến tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp SnO2/CNTs
• 4.6. Nghiên cứu phổ tổng trở của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs
• 4.7. Cơ chế nhạy khí của chuyển tiếp SnO2/CNTs
• 4.8. Kết luận chương 4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

I. Nghiên cứu chế tạo

Nghiên cứu chế tạo tập trung vào việc phát triển các phương pháp sản xuất vật liệu nano, đặc biệt là cấu trúc dị thể SnO2 và ống nano carbon (CNTs). Các phương pháp chế tạo bao gồm phun phủ, hồ quang điện, và nhúng phủ, nhằm tạo ra các cấu trúc có tính chất nhạy khí cao. Các quy trình này được tối ưu hóa để đảm bảo tính đồng nhất và hiệu suất của vật liệu. Công nghệ nano và chế tạo vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các cấu trúc dị thể có khả năng ứng dụng trong cảm biến khí.

1.1 Phương pháp chế tạo dây nano SnO2

Phương pháp chế tạo dây nano SnO2 bao gồm quy trình bốc bay nhiệt và lắng đọng hóa học pha hơi (CVD). Các dây nano được tạo ra trực tiếp trên điện cực, đảm bảo tính đồng nhất và độ bền cơ học. Vật liệu nano và công nghệ chế tạo được áp dụng để tối ưu hóa quy trình, giúp tạo ra các dây nano có kích thước và hình thái phù hợp cho ứng dụng cảm biến khí.

1.2 Chế tạo chuyển tiếp dị thể SnO2 CNTs

Chuyển tiếp dị thể giữa dây nano SnO2 và ống nano carbon được chế tạo bằng các phương pháp như phun phủ và nhúng phủ. Các cấu trúc này được khảo sát về hình thái và tính chất điện, nhằm đảm bảo tính nhạy khí cao. Cấu trúc dị thể và vật liệu bán dẫn là các yếu tố chính được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất của cảm biến.

II. Tính chất nhạy khí

Tính chất nhạy khí của các cấu trúc dị thể SnO2/CNTs được nghiên cứu kỹ lưỡng thông qua các thí nghiệm đo đạc điện trở và đặc trưng I-V. Các kết quả cho thấy khả năng phát hiện khí NO2 và H2S ở nồng độ thấp, với độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh. Cảm biến khí và tính chất điện hóa là các yếu tố chính được phân tích để đánh giá hiệu suất của vật liệu.

2.1 Đặc trưng nhạy khí của chuyển tiếp SnO2 CNTs

Các chuyển tiếp SnO2/CNTs được khảo sát về tính chất nhạy khí trong các môi trường khác nhau. Kết quả cho thấy khả năng phát hiện khí NO2 và H2S với độ nhạy cao, đặc biệt ở nhiệt độ thấp. Tính chất nhạy khí và ứng dụng vật liệu nano là các yếu tố chính được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất của cảm biến.

2.2 Ảnh hưởng của mật độ CNTs lên tính chất nhạy khí

Nghiên cứu cho thấy mật độ của ống nano carbon (CNTs) ảnh hưởng đáng kể đến tính chất nhạy khí của chuyển tiếp SnO2/CNTs. Các cấu trúc có mật độ CNTs cao hơn cho thấy độ nhạy và thời gian đáp ứng tốt hơn. Vật liệu nano và tính chất quang học là các yếu tố chính được phân tích để đánh giá hiệu suất của vật liệu.

III. Ứng dụng vật liệu nano

Các cấu trúc dị thể SnO2/CNTs được ứng dụng trong việc chế tạo cảm biến khí thông minh, có khả năng phát hiện các khí độc hại ở nồng độ thấp. Công nghệ nano và cảm biến khí là các yếu tố chính được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất và ứng dụng của vật liệu.

3.1 Ứng dụng trong cảm biến khí

Các cấu trúc SnO2/CNTs được ứng dụng trong việc chế tạo cảm biến khí, có khả năng phát hiện các khí độc hại như NO2 và H2S ở nồng độ thấp. Ứng dụng vật liệu nano và cảm biến khí là các yếu tố chính được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất của cảm biến.

3.2 Tích hợp trong mạch điện tử

Các cấu trúc SnO2/CNTs được tích hợp trong các mạch điện tử, nhằm tạo ra các thiết bị cảm biến khí thông minh, có khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp và tiêu thụ công suất thấp. Công nghệ nano và tính chất điện hóa là các yếu tố chính được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị.