Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Màng Mỏng Hai Chiều MoS2 Bằng Phương Pháp CVD

• Tác giả: Vy Anh Vương
• Người hướng dẫn: TS. Chử Mạnh Hưng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học và Kỹ thuật vật liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Màng Mỏng MoS2 Bằng Phương Pháp CVD
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: Kim loại chuyển tiếp Dichalcogenides
• 2. CHƯƠNG 2: Các phương pháp thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

I. Tổng Quan Vật Liệu Màng Mỏng MoS2 Cấu Trúc Ứng Dụng

Vật liệu màng mỏng MoS2 thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp dichalcogenides (TMDs), đang thu hút sự quan tâm lớn. Tương tự graphene, MoS2 là vật liệu 2D với cấu trúc lớp. Tuy nhiên, MoS2 có vùng cấm năng lượng tự nhiên, khắc phục hạn chế của graphene trong ứng dụng điện tử. MoS2 thể hiện tính chất cơ học, quang học và điện tử độc đáo, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm transistor màng mỏng (TFT), cảm biến, năng lượng và xúc tác. MoS2 sở hữu vùng cấm gián tiếp khoảng 1.2 eV ở dạng khối và vùng cấm trực tiếp khoảng 1.9 eV ở dạng đơn lớp. Điều này làm cho MoS2 trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng. Nghiên cứu của Novoselov và Geim về graphene đã mở đường cho sự phát triển của các vật liệu 2D khác, trong đó MoS2 là một trong những vật liệu hứa hẹn nhất.

1.1. Cấu Trúc Tinh Thể Đặc Biệt của Vật Liệu MoS2

MoS2 đơn lớp gồm ba lớp nguyên tử S-Mo-S, liên kết bằng liên kết cộng hóa trị. Các lớp MoS2 liên kết với nhau bằng lực Van der Waals yếu. Cấu trúc tinh thể MoS2 có thể là 1T, 2H hoặc 3R, tùy thuộc vào sự sắp xếp lớp. Cấu trúc 2H là phổ biến nhất trong tự nhiên. Sự khác biệt trong cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đến tính chất điện tử và quang học của MoS2.

1.2. Tính Chất Điện Tử và Quang Học Nổi Bật của MoS2

Tính chất điện tử của MoS2 thay đổi theo số lớp. Từ vùng cấm gián tiếp ở dạng khối chuyển sang vùng cấm trực tiếp ở dạng đơn lớp. Tính chất quang học của MoS2 cũng rất độc đáo. MoS2 hấp thụ ánh sáng mạnh trong vùng khả kiến và tử ngoại. Khả năng này làm cho MoS2 phù hợp cho ứng dụng quang điện tử.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Màng Mỏng MoS2 và Phương Pháp CVD

Mặc dù MoS2 có nhiều ưu điểm, việc kiểm soát quá trình tổng hợp màng mỏng MoS2 với chất lượng cao vẫn là một thách thức. Các yếu tố như kích thước hạt, độ đồng đều, và số lớp cần được kiểm soát chặt chẽ. Phương pháp CVD (Chemical Vapor Deposition) là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tổng hợp MoS2 với diện tích lớn và chất lượng cao. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa các thông số phản ứng CVD, bao gồm nhiệt độ CVD, áp suất CVD, và loại khí tiền chất CVD, là rất quan trọng. Theo tài liệu, các thông số chế tạo khác nhau ảnh hưởng đến hình thái và cấu trúc của MoS2.

2.1. Vấn Đề Kiểm Soát Chất Lượng và Độ Đồng Đều Màng MoS2

Việc kiểm soát độ dày màng MoS2, độ tinh khiết màng và các defect trong màng MoS2 là rất quan trọng. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất điện tử và quang học của vật liệu. Các phương pháp xử lý sau CVD, như ủ nhiệt màng MoS2, có thể cải thiện chất lượng màng.

2.2. Ưu Điểm và Hạn Chế của Các Phương Pháp Tổng Hợp MoS2

Ngoài phương pháp CVD, còn có các phương pháp khác như bóc tách cơ học và thủy nhiệt. Tuy nhiên, phương pháp CVD cho phép tổng hợp MoS2 với diện tích lớn và độ đồng đều cao hơn. Hạn chế của phương pháp CVD là đòi hỏi thiết bị phức tạp và quá trình tối ưu hóa thông số.

2.3. Ảnh hưởng của Thông Số CVD Lên Cấu Trúc và Tính Chất MoS2

Các thông số CVD như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng khí và loại chất nền ảnh hưởng lớn đến kích thước hạt, số lớp và cấu trúc tinh thể của MoS2. Ví dụ, nhiệt độ CVD cao có thể dẫn đến kích thước hạt lớn hơn, nhưng cũng có thể làm tăng số lượng defect.

III. Nghiên Cứu Phương Pháp CVD Tổng Hợp Vật Liệu MoS2 Dạng Tấm

Nghiên cứu tập trung vào phương pháp CVD để tổng hợp vật liệu MoS2 dạng tấm. Tổng hợp MoS2 bằng phương pháp CVD thường sử dụng các khí tiền chất CVD như MoO3 và lưu huỳnh (S). Quá trình phản ứng CVD xảy ra trên bề mặt chất nền CVD ở nhiệt độ cao. Mục tiêu là tối ưu hóa các thông số CVD để thu được màng mỏng MoS2 có chất lượng cao. Các yếu tố quan trọng bao gồm tối ưu hóa CVD, và kiểm soát độ dày màng. Tài liệu cũng đề cập đến ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt, thời gian phản ứng, và khối lượng bột lưu huỳnh đến cấu trúc và tính chất của MoS2.

3.1. Cơ Chế Phản Ứng CVD Trong Tổng Hợp Màng Mỏng MoS2

Cơ chế phản ứng CVD bao gồm các giai đoạn hấp phụ, phản ứng bề mặt và giải hấp. Các phân tử khí tiền chất hấp phụ trên bề mặt chất nền, sau đó phản ứng tạo thành MoS2. Sản phẩm phụ được giải hấp khỏi bề mặt. Năng lượng adsorption energy, diffusion barrier và surface energy là các yếu tố quan trọng trong cơ chế phản ứng.

3.2. Ảnh Hưởng Của Tốc Độ Gia Nhiệt và Thời Gian Phản Ứng CVD

Tốc độ gia nhiệt ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy của khí tiền chất CVD. Thời gian phản ứng ảnh hưởng đến kích thước hạt và độ dày màng. Tốc độ gia nhiệt quá nhanh có thể dẫn đến sự hình thành các defect trong màng.

3.3. Sử Dụng Mo và Bột S làm Tiền Chất trong Quy Trình CVD

Sử dụng màng Mo và bột S làm tiền chất CVD cho phép kiểm soát tốt hơn lượng Mo cung cấp cho phản ứng. Lượng Mo cung cấp vừa đủ sẽ tạo ra màng mỏng MoS2 chất lượng cao. Phương pháp này thường được sử dụng để tạo ra MoS2 đơn lớp.

IV. Ứng Dụng Tiềm Năng của Màng Mỏng MoS2 Cảm Biến Quang Điện

Ứng dụng MoS2 rất đa dạng, bao gồm ứng dụng quang điện, ứng dụng y sinh, và ứng dụng năng lượng. Trong lĩnh vực cảm biến, MoS2 được sử dụng để chế tạo cảm biến khí với độ nhạy cao. Cảm biến dựa trên MoS2 có thể phát hiện các khí độc như NO2, NH3 và H2S. Ngoài ra, MoS2 cũng được sử dụng trong quang xúc tác và pin mặt trời. Hiệu ứng lượng tử giam hãm (Quantum Confinement) đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng này. Tài liệu cho thấy vật liệu MoS2 có khả năng ứng dụng trong các loại điện trở, và nghiên cứu hiệu ứng Hall

4.1. Màng Mỏng MoS2 trong Ứng Dụng Cảm Biến Khí Độ Nhạy Cao

Cảm biến khí dựa trên MoS2 có độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh. Diện tích bề mặt lớn của MoS2 giúp tăng cường khả năng hấp phụ khí. Các oxygen vacancy và sulfur vacancy trong MoS2 cũng đóng vai trò quan trọng trong cơ chế cảm biến.

4.2. MoS2 trong Quang Xúc Tác và Ứng Dụng Năng Lượng

MoS2 có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh, làm cho nó phù hợp cho ứng dụng quang xúc tác. MoS2 có thể được sử dụng để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước và không khí. Ngoài ra, MoS2 cũng được sử dụng trong pin mặt trời để tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng.

4.3. Các Nghiên Cứu về Doping MoS2 MoS2 Doped N MoS2 Doped P

Doping MoS2 có thể thay đổi tính chất điện tử của vật liệu. MoS2 doped N và MoS2 doped P được sử dụng để tạo ra các linh kiện điện tử với hiệu suất cao hơn. Việc kiểm soát quá trình doping là rất quan trọng để đạt được các tính chất mong muốn.

V. Phân Tích Đặc Tính Vật Liệu Màng Mỏng MoS2 SEM Raman XRD

Để đánh giá chất lượng và cấu trúc của màng mỏng MoS2, cần sử dụng các phương pháp đặc trưng vật liệu khác nhau. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho phép quan sát hình thái bề mặt của vật liệu. Quang phổ Raman cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể và số lớp. Nhiễu xạ tia X (XRD) cho phép xác định cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết của vật liệu. Các kỹ thuật này cho phép xác định liệu Màng mỏng MoS2 có đạt được các tính chất lý tưởng

5.1. Sử Dụng Kính Hiển Vi Điện Tử Quét SEM Quan Sát MoS2

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho phép quan sát hình thái bề mặt của MoS2 với độ phân giải cao. Ảnh SEM cho thấy kích thước hạt, hình dạng và độ đồng đều của màng. Các defect trên bề mặt cũng có thể được quan sát bằng SEM.

5.2. Phân Tích Cấu Trúc Tinh Thể bằng Quang Phổ Raman

Quang phổ Raman là một công cụ mạnh để phân tích cấu trúc tinh thể của MoS2. Các peak Raman đặc trưng cho MoS2 cho phép xác định số lớp và cấu trúc tinh thể. Sự thay đổi vị trí và cường độ của các peak Raman có thể cho biết thông tin về stress và strain trong màng.

5.3. Xác Định Cấu Trúc và Độ Tinh Khiết bằng Nhiễu Xạ Tia X XRD

Nhiễu xạ tia X (XRD) cho phép xác định cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết của MoS2. Các peak XRD đặc trưng cho MoS2 cho phép xác định cấu trúc tinh thể. Độ rộng của các peak XRD cho biết kích thước hạt và độ tinh khiết của vật liệu.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Vật Liệu Màng Mỏng MoS2

Nghiên cứu MoS2 đang phát triển mạnh mẽ với nhiều tiềm năng ứng dụng. Phương pháp CVD là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tổng hợp MoS2 với chất lượng cao. Việc tối ưu hóa các thông số CVD và các phương pháp đặc trưng vật liệu là rất quan trọng để phát triển các ứng dụng của MoS2. Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện chất lượng màng, kiểm soát số lớp, và phát triển các ứng dụng mới của MoS2

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính về MoS2

Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của MoS2 trong nhiều lĩnh vực. Việc kiểm soát các thông số CVD và các phương pháp xử lý sau CVD có thể cải thiện chất lượng màng. Các nghiên cứu về doping MoS2 và heterostructure mở ra các hướng phát triển mới.

6.2. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Màng Mỏng MoS2 trong Tương Lai

Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới, cải thiện chất lượng màng, và phát triển các ứng dụng mới. Các lĩnh vực nghiên cứu tiềm năng bao gồm transistor màng mỏng (TFT) hiệu suất cao, cảm biến siêu nhạy, và quang xúc tác hiệu quả.

Tổng quan nghiên cứu

Vật liệu màng mỏng hai chiều MoS(_2) thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp dichalcogenides (TMDs) đã thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu nhờ sở hữu vùng cấm tự nhiên và tính chất điện tử, quang học đặc biệt. MoS(_2) có vùng cấm xiên khoảng 1.2 eV ở dạng khối và vùng cấm thẳng khoảng 1.9 eV ở dạng đơn lớp, tạo điều kiện thuận lợi cho các ứng dụng trong transistor, cảm biến khí, quang điện tử và năng lượng. Phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi (CVD) được đánh giá là kỹ thuật ưu việt để tổng hợp MoS(_2) với diện tích lớn, độ đồng đều và chất lượng cao.

Mục tiêu nghiên cứu là chế tạo thành công vật liệu màng mỏng hai chiều MoS(_2) dạng tấm bằng phương pháp CVD, khảo sát ảnh hưởng của các thông số chế tạo như nhiệt độ phản ứng, tốc độ gia nhiệt, khối lượng bột lưu huỳnh, thời gian phản ứng và khối lượng bột MoO(_3) đến hình thái cấu trúc và tính chất của vật liệu. Nghiên cứu cũng tiến hành chế tạo cảm biến khí on-chip dựa trên vật liệu MoS(_2) và khảo sát tính nhạy khí với khí NO(_2) ở nhiệt độ thấp.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong giai đoạn 2016-2018. Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc phát triển vật liệu MoS(_2) trong nước, đồng thời mở ra hướng ứng dụng trong cảm biến khí tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp với xu hướng công nghệ hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về vật liệu kim loại chuyển tiếp dichalcogenides (TMDs) với công thức MX(_2), trong đó M là kim loại chuyển tiếp (Mo) và X là nguyên tố chalcogen (S). MoS(_2) có cấu trúc lớp với liên kết cộng hóa trị mạnh trong lớp và liên kết Van der Waals yếu giữa các lớp, cho phép tạo thành vật liệu hai chiều. Ba cấu trúc phổ biến của MoS(_2) là 1T (octahedral), 2H (hexagonal) và 3R (rhombohedral), trong đó 2H là cấu trúc ổn định nhất ở dạng khối.

Tính chất điện tử của MoS(2) thay đổi theo số lớp: dạng khối có vùng cấm xiên ~1.2 eV, dạng đơn lớp có vùng cấm thẳng ~1.9 eV. Hiệu ứng giam giữ lượng tử và tương tác lớp ảnh hưởng đến cấu trúc vùng năng lượng, làm thay đổi tính chất quang điện tử. Hai mode dao động Raman đặc trưng E({12g}) và A(_{1g}) phản ánh cấu trúc tinh thể và số lớp của vật liệu.

Phương pháp CVD được lựa chọn để tổng hợp MoS(_2) nhờ khả năng kiểm soát tốt kích thước, độ dày và chất lượng màng mỏng. Các tiền chất phổ biến gồm màng Mo, bột MoO(_3) và bột S. Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của các thông số chế tạo đến hình thái và tính chất vật liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp MoS(_2) bằng phương pháp CVD tại Viện ITIMS, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Cỡ mẫu gồm nhiều mẫu MoS(_2) được chế tạo với các biến đổi thông số: nhiệt độ phản ứng (750-850°C), tốc độ gia nhiệt (5-20°C/phút), khối lượng bột lưu huỳnh (1-3 g), thời gian phản ứng (10-45 phút), khối lượng bột MoO(_3) (0-0.05 g).

Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn các thông số chế tạo dựa trên báo cáo quốc tế kết hợp điều kiện thiết bị trong nước để khảo sát ảnh hưởng từng yếu tố. Phân tích cấu trúc và hình thái vật liệu sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ Raman và nhiễu xạ tia X (XRD). Phổ Raman đo bằng thiết bị Renishaw InVia với bước sóng laser 633 nm, xác định số lớp và chất lượng tinh thể qua khoảng cách giữa hai mode E({12g}) và A({1g}).

Tính chất nhạy khí được khảo sát bằng hệ đo điện trở cảm biến khí tự lắp đặt, đo sự thay đổi điện trở theo thời gian khi tiếp xúc với khí NO(_2) và các khí khác (NH(_3), SO(_2), H(_2)S) ở nhiệt độ phòng và các mức nhiệt độ khác nhau. Hệ thống điều khiển lưu lượng khí và nhiệt độ được sử dụng để tạo môi trường đo chính xác.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ 2016 đến 2018, bao gồm giai đoạn tổng hợp vật liệu, phân tích cấu trúc, khảo sát tính chất nhạy khí và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng (750°C, 800°C, 850°C):
   Phổ Raman cho thấy sự xuất hiện hai mode E({12g}) và A({1g}) tại vị trí ~383 cm(^{-1}) và 407 cm(^{-1}), khoảng cách giữa hai mode khoảng 23.1 cm(^{-1}) tương ứng với vật liệu dày khoảng 4 lớp. Không có sự khác biệt đáng kể về bề dày khi thay đổi nhiệt độ trong khoảng này. SEM cho thấy vật liệu dạng hạt nano kích thước 3-10 nm không liên tục trên bề mặt đế, do quá trình sulfur hóa màng Mo mỏng bị co ngót tạo thành các đảo nano.

2. Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt (5°C/phút đến 20°C/phút):
   Khoảng cách giữa hai mode Raman gần như không đổi, bề dày vật liệu khoảng 4 lớp. SEM cho thấy vật liệu dạng hạt nano không đồng đều. Tốc độ gia nhiệt 15°C/phút được chọn làm tối ưu do sự ổn định cấu trúc và hình thái.

3. Ảnh hưởng của khối lượng bột lưu huỳnh (1g, 2g, 3g):
   Khi tăng khối lượng bột S, bề dày MoS(_2) tăng từ khoảng 4 lớp (1g) lên hơn 6 lớp (2g, 3g). SEM cho thấy kích thước hạt nano tăng và bề mặt không đồng đều hơn. Khối lượng 1g được chọn làm tối ưu để tạo vật liệu mỏng và đồng đều.

4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng (10, 15, 20 phút):
   Thời gian phản ứng tăng làm tăng bề dày vật liệu từ khoảng 4 lớp lên hơn 6 lớp. SEM cho thấy với 15 phút, các hạt nano có kích thước đồng đều hơn và bề mặt mịn hơn so với 10 phút. Thời gian 15 phút được chọn làm tối ưu.

5. Chế tạo vật liệu dạng tấm nano bằng tiền chất bột MoO(_3) và bột S:
   Thay đổi tốc độ gia nhiệt (5, 10, 15°C/phút), thời gian phản ứng (15, 30, 45 phút) và khối lượng bột MoO(_3) (0-0.05 g) ảnh hưởng rõ rệt đến hình thái và bề dày tấm nano MoS(_2).

   • Tốc độ gia nhiệt 5°C/phút tạo ra tấm nano mỏng (~3 lớp) và đồng đều nhất.
   • Thời gian phản ứng 30 phút cho tấm nano có kích thước và độ dày phù hợp nhất (~3 lớp).
   • Khối lượng bột MoO(_3) 0.025 g được chọn để kiểm soát bề dày và kích thước tấm nano.
     SEM và Raman đồng thuận với kết quả này, cho thấy vật liệu dạng tấm nano mỏng, đồng đều, phù hợp cho ứng dụng cảm biến.

6. Tính chất nhạy khí của cảm biến MoS(_2):
   Cảm biến chế tạo on-chip từ vật liệu MoS(_2) dạng tấm nano thể hiện độ nhạy cao với khí NO(_2) ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp, với khả năng chọn lọc tốt so với các khí NH(_3), SO(_2), H(_2)S. Độ đáp ứng tăng theo nồng độ khí, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong cảm biến khí độc tiêu thụ năng lượng thấp.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp CVD với tiền chất bột MoO(_3) và bột S hiệu quả hơn trong việc tạo ra vật liệu MoS(_2) dạng tấm nano mỏng, đồng đều so với sử dụng màng Mo và bột S, vốn tạo ra vật liệu dạng hạt nano không liên tục. Sự khác biệt này có thể giải thích do cơ chế sulfur hóa và sự co ngót của màng Mo mỏng trong quá trình CVD.

Phổ Raman và SEM là công cụ hiệu quả để đánh giá số lớp và hình thái vật liệu, trong khi phổ XRD không phát hiện rõ các đỉnh đặc trưng do vật liệu rất mỏng, phù hợp với các báo cáo quốc tế. Việc kiểm soát các thông số chế tạo như tốc độ gia nhiệt, thời gian phản ứng và khối lượng tiền chất là yếu tố quyết định đến chất lượng vật liệu.

Tính nhạy khí của cảm biến MoS(_2) dạng tấm nano cho thấy ưu thế vượt trội trong phát hiện khí NO(_2) ở nhiệt độ thấp, phù hợp với xu hướng phát triển cảm biến tiêu thụ năng lượng thấp và tích hợp trên chip. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế, đồng thời mở ra hướng phát triển cảm biến khí trong nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ Raman so sánh các mẫu, ảnh SEM minh họa hình thái bề mặt, biểu đồ độ nhạy cảm biến theo nồng độ khí và nhiệt độ làm việc, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các thông số chế tạo.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình CVD:
   Áp dụng thông số chế tạo tối ưu gồm nhiệt độ phản ứng 800°C, tốc độ gia nhiệt 5°C/phút, thời gian phản ứng 30 phút, khối lượng bột S 1g và bột MoO(_3) 0.025 g để sản xuất vật liệu MoS(_2) dạng tấm nano chất lượng cao. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu.

2. Phát triển cảm biến khí on-chip:
   Sử dụng vật liệu MoS(_2) dạng tấm nano chế tạo cảm biến khí NO(_2) tiêu thụ năng lượng thấp, tăng cường độ chọn lọc và độ ổn định. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng. Chủ thể: nhóm nghiên cứu công nghệ cảm biến và doanh nghiệp công nghệ.

3. Mở rộng khảo sát ứng dụng:
   Nghiên cứu ứng dụng MoS(_2) trong các lĩnh vực khác như transistor hiệu ứng trường, quang điện tử, xúc tác hydro để tận dụng tính chất vùng cấm và cấu trúc hai chiều. Thời gian thực hiện: 18-24 tháng. Chủ thể: viện nghiên cứu và trường đại học.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ:
   Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật CVD và phân tích vật liệu MoS(_2) cho cán bộ nghiên cứu trong nước, đồng thời xây dựng quy trình chuẩn để chuyển giao công nghệ sản xuất vật liệu nano. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: trường đại học, viện nghiên cứu và các tổ chức đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Khoa học và Kỹ thuật vật liệu:
   Học hỏi quy trình tổng hợp vật liệu MoS(_2) bằng CVD, phương pháp phân tích cấu trúc và tính chất vật liệu nano, phục vụ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Chuyên gia phát triển cảm biến khí:
   Áp dụng kết quả khảo sát tính nhạy khí của MoS(_2) để thiết kế cảm biến khí hiệu quả, tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp với các ứng dụng môi trường và công nghiệp.

3. Doanh nghiệp công nghệ nano và vật liệu:
   Tham khảo quy trình sản xuất vật liệu nano MoS(_2) chất lượng cao, từ đó phát triển sản phẩm thương mại như cảm biến khí, thiết bị điện tử nano.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách khoa học công nghệ:
   Sử dụng kết quả nghiên cứu để định hướng đầu tư, hỗ trợ phát triển công nghệ vật liệu nano trong nước, thúc đẩy ứng dụng công nghệ cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp CVD có ưu điểm gì so với các phương pháp khác trong tổng hợp MoS(_2)?
   CVD cho phép tổng hợp vật liệu hai chiều MoS(_2) với diện tích lớn, độ đồng đều cao và chất lượng tinh thể tốt hơn so với bóc tách cơ học hay thủy nhiệt. Ngoài ra, CVD có thể lắng đọng trực tiếp trên điện cực, thuận tiện cho ứng dụng cảm biến.

2. Làm thế nào để xác định số lớp của vật liệu MoS(_2) bằng phổ Raman?
   Khoảng cách giữa hai mode dao động đặc trưng E({12g}) và A({1g}) trong phổ Raman phản ánh số lớp của MoS(_2). Ví dụ, khoảng cách ~23 cm(^{-1}) tương ứng với 4 lớp, khoảng cách nhỏ hơn cho thấy số lớp ít hơn.

3. Tại sao phổ XRD không thể hiện rõ các đỉnh đặc trưng của MoS(_2) mỏng?
   Khi vật liệu MoS(_2) rất mỏng (đơn lớp hoặc vài lớp), cường độ nhiễu xạ giảm mạnh hoặc các đỉnh biến mất do số lớp ít và kích thước tinh thể nhỏ, làm giảm tín hiệu nhiễu xạ.

4. Ảnh hưởng của các thông số chế tạo đến hình thái vật liệu như thế nào?
   Nhiệt độ phản ứng, tốc độ gia nhiệt, khối lượng bột lưu huỳnh và MoO(_3), thời gian phản ứng ảnh hưởng đến bề dày, kích thước hạt hoặc tấm nano, độ đồng đều và chất lượng tinh thể của MoS(_2). Kiểm soát tốt các thông số này giúp tạo ra vật liệu phù hợp cho ứng dụng.

5. MoS(_2) có thể ứng dụng trong cảm biến khí như thế nào?
   MoS(_2) dạng tấm nano có khả năng nhạy với khí NO(_2) ở nhiệt độ thấp, với độ chọn lọc cao so với các khí khác. Cảm biến dựa trên MoS(_2) tiêu thụ năng lượng thấp, dễ tích hợp trên chip, phù hợp cho các thiết bị di động và môi trường.

Kết luận

• Đã chế tạo thành công vật liệu màng mỏng hai chiều MoS(_2) dạng hạt nano và tấm nano bằng phương pháp CVD với các tiền chất khác nhau.
• Thông số chế tạo tối ưu cho vật liệu dạng tấm nano gồm nhiệt độ phản ứng 800°C, tốc độ gia nhiệt 5°C/phút, thời gian phản ứng 30 phút, khối lượng bột S 1g và bột MoO(_3) 0.025 g.
• Vật liệu MoS(_2) dạng tấm nano có cấu trúc mỏng, đồng đều, phù hợp cho ứng dụng cảm biến khí tiêu thụ năng lượng thấp.
• Cảm biến khí on-chip dựa trên MoS(_2) thể hiện độ nhạy cao và chọn lọc tốt với khí NO(_2) ở nhiệt độ thấp.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu nano trong nước, đồng thời đề xuất các giải pháp ứng dụng và chuyển giao công nghệ.

Next steps: Tiếp tục phát triển quy trình sản xuất quy mô lớn, mở rộng khảo sát ứng dụng trong các thiết bị điện tử và xúc tác, đồng thời đào tạo nhân lực chuyên sâu về công nghệ CVD và vật liệu nano.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ để hợp tác phát triển và ứng dụng vật liệu MoS(_2) trong các lĩnh vực công nghệ cao.