I. Tính chất điện tử của vật liệu ngũ giác
Nghiên cứu tính chất điện tử của các vật liệu ngũ giác như PG-SS, p-P2C-SS và p-SiC2-SS cho thấy rằng chúng đều là các chất bán dẫn với vùng cấm vừa phải (≤ 2,3 eV) và không mang từ tính. Các mức năng lượng lân cận mức Fermi, bao gồm mức VBM (Valence Band Maximum) và mức CBM (Conduction Band Minimum), thể hiện sự phân bố trạng thái điện tử khác nhau trong không gian. Cụ thể, trạng thái điện tử ứng với mức năng lượng CBM xuất hiện đáng kể tại vùng giữa của mỗi dải nano ngũ giác, chủ yếu từ các orbital p của các nguyên tử lai hóa sp2. Điều này cho thấy rằng tính chất điện tử và truyền dẫn điện tử của các vật liệu này chủ yếu được quyết định bởi các trạng thái điện tử của các nguyên tử lai hóa sp2 nằm tại hai lớp nguyên tử thành phần ngoài cùng của mỗi cấu trúc.
1.1. Đặc điểm cấu trúc và tính chất điện tử
Cấu trúc của các vật liệu ngũ giác được xác định bởi nhóm đối xứng P-421m, với hai biên răng cưa và các liên kết dư tại biên được trung hòa bằng các nguyên tử Hydro. Các nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả khi các vật liệu này có độ rộng tương đương nhau, tính chất điện tử và truyền dẫn điện tử vẫn có sự khác biệt rõ rệt. Sự khác biệt này không chỉ nằm ở mức năng lượng mà còn ở cách mà các trạng thái điện tử phân bố trong không gian. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc phát triển các ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến khí, nhờ vào khả năng điều chỉnh tính chất điện tử thông qua cấu trúc nano.
II. Tính chất truyền dẫn điện tử
Tính chất truyền dẫn điện tử của các vật liệu ngũ giác cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các mô hình PG-SS, p-P2C-SS và p-SiC2-SS cho thấy khả năng truyền dẫn điện tử khác nhau, phụ thuộc vào cấu trúc và mức độ lai hóa của các nguyên tử. Các nghiên cứu cho thấy rằng mô hình PG-SS có khả năng bị thay đổi mạnh tính chất điện tử và truyền dẫn điện tử khi các phân tử khí được hấp phụ ngay trên liên kết giữa hai nguyên tử lai hóa sp2. Điều này cho thấy rằng việc điều chỉnh các điều kiện môi trường có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của các cảm biến khí được chế tạo từ các vật liệu này.
2.1. Ảnh hưởng của hấp phụ lên tính chất truyền dẫn
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng hấp phụ lên tính chất truyền dẫn điện tử, các kết quả cho thấy rằng mô hình PG-SS có khả năng cảm biến tốt đối với các phân tử khí như CO và NH3, trong khi không phù hợp để cảm biến CO2. Đặc biệt, khả năng hồi phục linh kiện khi hấp phụ NH3 là một ưu điểm nổi bật, do liên kết giữa PG-SS và NH3 chỉ là liên kết vật lý. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng cho các cảm biến khí trong thực tiễn, đặc biệt trong các lĩnh vực môi trường và an ninh.
III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị nghiên cứu
Luận án này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về tính chất điện tử và truyền dẫn của các vật liệu ngũ giác mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các cảm biến khí. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các vật liệu này có thể được ứng dụng trong việc chế tạo các cảm biến khí nhờ vào tính chất điện tử và khả năng tương tác với các phân tử khí. Việc phát triển các cảm biến khí từ các vật liệu này có thể giúp cải thiện độ nhạy và độ chính xác trong việc phát hiện các khí độc hại trong môi trường.
3.1. Đóng góp cho lĩnh vực nghiên cứu vật liệu
Nghiên cứu này góp phần làm phong phú thêm kiến thức về vật liệu nano và tính chất điện tử của chúng. Các kết quả thu được không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể được áp dụng trong thực tiễn, đặc biệt là trong lĩnh vực phát triển công nghệ cảm biến. Việc hiểu rõ hơn về tính chất điện tử và truyền dẫn của các vật liệu ngũ giác sẽ giúp các nhà nghiên cứu và kỹ sư thiết kế ra các thiết bị cảm biến hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.
