Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây NANO SnO2

- Oxit Indium (In2O3) 17 Chương II: Vật liệu dây nano SnO2 và ứng dụng trong cảm biến khí 18 II.1.
- Tổng hợp dây nano SnO2 bằng phương pháp bốc bay nhiệt 19 II.1.1.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 2 I.1.1.
- Ví dụ quá trình tổng hợp CVD nhiệt sử dụng một lò nhiệt để bay hơi nguồn kim loại, sau đó một lượng khí oxy thích hợp được đưa vào thông Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 3 qua bộ điều khiển lưu lượng.
- Khuôn sử dụng để tổng hợp dây nano[4-6] Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 4 Ví dụ màng dương cực oxit nhôm AAO đã tạo sẵn các kênh nano hình dạng lục giác.
- Lắng đọng điện và lắng đọng sol-gel để tổng hợp dây nano [3] I.1.2.2.
- Phương pháp tổng hợp sử dụng chất hoạt động bề mặt [3] Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 5 I.2.
- Ảnh TEM của dây nano ZnO tổng hợp bằng phương pháp CVD [7-8] Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 6 ZnO là chất bán dẫn loại n điển hình do các khuyết tật tự nhiên như các nút khuyết oxy hoặc các khe hở kẽm.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 7 Hình 6.
- Các cấu trúc nano của In2O3 như dây nano (nanowire) và đai nano (nanobelt) đã được tổng hợp thành công dựa trên quá trình VLS có sự hổ trợ của chất xúc tác và không xúc tác[15-18].
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 8 Hình 7.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 9 Hình 8.
- Đặc trưng I-V và phổ PL của dây nano In2O3 ở nhiệt độ phòng [22-23] I.2.3.
- Dây nano và đai nano SnO2 đã được tổng hợp bằng phương pháp bốc bay nhiệt hoặc phương pháp xung laser.
- Liu và cộng sự khi khảo sát tính chất điện cho thấy biểu hiện tính chất bán dẫn loại n của dây nano SnO2 (hình 10b).
- Mật độ dòng phát xạ từ dây nano ZnO đạt 1 A cm-1 tại một trường 11,0 V/m, đây là trường sáng thích hợp trong Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 14 ứng dụng màn hình phẳng.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 15 Cơ chế nhạy của các oxit kim loại chủ yếu được cho là các lỗ khuyết oxy ở trên bề mặt oxit hoạt động điện và hoạt động hoá.
- Do năng lượng Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 16 liên kết S-SH thấp, H2S dễ dàng phân tách và phát hiện ở tại nhiệt độ phòng, làm tăng độ dẫn.
- (a) Độ dẫn của dây nano ZnO giảm khi tiếp xúc NH3 ở nhiệt độ phòng.(b) Độ dẫn tăng khi tiếp xúc NH3 ở 500 K [33].
- Ở đó, các dây nano được đặt giữa các điện cực Pt.
- Dây nano SnO2 với các hạt xúc tác Pd[36] I.3.4.3.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 19 II.1.
- Tổng hợp dây nano SnO2 bằng phương pháp bốc bay nhiệt II.1.1.
- Sơ đồ quá trình mọc VLS của dây nano Si [46].
- Sự kết tinh thông qua bề mặt thứ nhất Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 20 (lỏng/rắn) tạo nên quá trình mọc VLS dọc theo hướng trục của dây nano, trong khi đó việc hấp thụ trên bề mặt thứ hai (khí/rắn) tạo ra quá trình mọc VS (khí/rắn) làm dày dây nano theo hướng bán kính.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 21 Hình 3.
- Ảnh SEM dây nano SnO2 sau khi tổng hợp [48] Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 22 Cơ chế mọc dây nano SnO2 diễn ra theo các bước sau: 1.
- Vì vậy quá Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 23 trình mọc này gọi là quá trình mọc VLS tự xúc tác (self-catalytic VLS growth).
- Dây nano SnO2 thu được có cấu trúc pha rutile tetragonal, đường kính của dây trải rộng (nm-m), và nhiệt độ tổng hợp cao[49].
- (a) Ảnh SEM của dây nano SnO2 (b) giản đồ XRD của dây nano SnO2 [50] Kết quả ảnh SEM (hình 6a) cho thấy dây nano SnO2 tổng hợp được có đường kính từ 50-100 nm và dài đến vài chục m định hướng ngẫu nhiên trên Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 24 đế Si.
- (a), (b), (c) Ảnh TEM của dây nano SnO2 (d) Phổ EDX của giọt hợp kim trên đầu dây nano[50] Hình 7a và 7b cho thấy ảnh hiển vi điện tử truyền qua trường sáng (TEM) của dây nano SnO2.
- Phân tích phổ EDX tại đỉnh của dây nano (energy-dispersive X-ray spectroscopy) cũng có thành phần Au (hình 7d).
- Ảnh TEM phân giải cao (HR-TEM) cho thấy khoảng cách giữa hai mặt phẳng cạnh nhau là 0,265 nm tương ứng mặt (101) của SnO2 có cấu trúc rutile (hình 7c), hình ở góc dưới bên phải là ảnh nhiễu xạ điện tử với vùng chọn lọc (SAED) cho thấy dây nano SnO2 có cấu trúc rutile đơn tinh thể với Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 25 chiều mọc dọc theo hướng [1,0,3].
- Từ các kết quả thực nghiệm trên cho thấy dây nano SnO2 mọc theo cơ chế VLS[51].
- Hình 8 cho thấy phổ Raman tại nhiệt độ phòng của dây nano SnO2 có đường kính gần 100nm.
- Sự mở rộng các Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 26 đỉnh phổ là do hiệu ứng kích thước.
- Phổ huỳnh quang của dây nano SnO2 tại nhiệt độ phòng[53] Dựa vào phổ hấp thụ UV/Vis người ta xác định được bề rộng vùng cấm của dây nano SnO2 là 3,74 eV (tương ứng với bước sóng =1,24/E=331 nm).
- Đỉnh 460 nm liên quan đến một mức Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 27 nông ( shallow energy level) mà các điện tử ở mức này thường kém ổn định nhiệt.
- Hình 6 cho thấy đặc trưng I-V của cảm biến khí dựa trên dây nano SnO2 ở nhiệt độ phòng.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 28 Hình 10.
- Đặc trưng I-V của cảm biến khí dựa trên dây nano SnO2 [55] II.3.
- Mỗi lỗ khuyết oxy này sẽ tạo thành một trạng thái nằm trong vùng cấm Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 29 (trạtrạng thái donor), nằm sát dưới bờ vùng dẫn.
- (a) Bề mặt (110) của dây nano SnO2.
- và phân bố lại các trạng thái donor Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 31 nông vì vậy làm tăng năng lượng hoạt hóa (khi tiếp xúc với chất oxy hóa ) như nhận xét ở trên.
- Kết quả điện tử dễ dàng chuyển động qua các dây nano.
- Trong điều kiện thường Vùng nghèo Trong điều kiện có mặt CO Vùng dẫn eVs eVs CO Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 32 Dòng điện (A) Nồng độ CO (ppm) Thời gian (s) Hình 13.
- Dây nano SnO2 Hình 17.
- Như vậy dây nano SnO2 chỉ mọc trực tiếp lên trên điện cực Pt (hình 18).
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 35 Hình 18.
- Với phương pháp này cho phép loại bỏ các dạng vô định hình của vật liệu trong màng, tạo điều kiện Dây nano Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 36 cho các dây nano tiếp xúc trực tiếp với điện cực (hình 20)[60].
- Cảm biến chế tạo bằng phương pháp phủ màng từ dung dịch[60] Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 37 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM III.1.
- Lò nhiệt Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 38 Giới hạn nhiệt độ của lò: 1100 0C.
- Lò nhiệt Hệ điều khiển lưu lượng khí Hệ điều khiển nhiệt độ Ống thạch anh Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 39 b) Chuẩn bị vật liệu và dụng cụ Vật liệu ban đầu được sử dụng trong quá trình tổng hợp SnO2 có cấu trúc dạng dây nano gồm có.
- Thuyền gốm được đặt giữa lò, nơi có nhiệt độ cao nhất cũng chính là nhiệt độ được hiển thị trên hệ Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 40 điều khiển nhiệt độ.
- Si/Au Thuyền Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 41 Thoi gian (phut) Hình III.4.
- Thời gian (s) Nhiệt độ (oC) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 42 + Giai đoạn IV: Bay hơi kim loại nguồn (Sn) Nâng nhiệt nhanh từ 150 0C lên nhiệt độ phản ứng (800 0C) trong thời gian 30 phút, tốc độ gia nhiệt 30 0C/phút.
- Thoi gian (phut)Thời gian (s) Nhiệt độ (oC) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 44 III.2.
- Ảnh hiển vi điện tử quét (FE-SEM) và ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM): được sử dụng để nghiên cứu hình thái bề mặt của dây nano SnO2 tổng hợp được.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 45 5.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 46 Hình III.6a.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 47 III.3.3.
- 3- Điện cực răng lược được phủ vật liệu dây nano SnO2.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS Hệ trộn khí: Các khí phân tích (gas) được trộn với không khí tạo ra các nồng độ khác nhau theo yêu cầu phân tích.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 49 - Điều chỉnh lượng khí thông qua các MFC phối hợp với các van cơ học để thu được nồng độ khí theo yêu cầu phân tích.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 50 Quy Trình Đo Khí NH3 (Sử dụng khí NH3 chuẩn 1%) MFC1(sccm) MFC2(sccm) MFC3(sccm), Air MFC4(sccm) MFC5(sccm) C(ppm) off off off off off off off off off off off off Khóa (A)=(3 ways van) chuyển sang vi trí (2.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 51 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN IV.1.
- Ảnh SEM của mẫu tổng hợp ở 800 oC Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 52 Kết quả ảnh SEM của mẫu được tổng hợp ở nhiệt độ 750 0C Hình IV.2.
- Ảnh SEM của mẫu tổng hợp ở 750 oC Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 53 Kết quả ảnh SEM của mẫu tổng hợp ở 700 0C Hình IV.3.
- Đặc biệt chúng tôi lần đầu tiên thành công trong việc tổng hợp dây nano SnO2 ở nhiệt độ thấp 700 0C.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 55 (hình IV.4), như vậy có thể gia nhiệt với tốc độ chậm nhất có thể để cải thiện hình dạng của dây nano SnO2.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 56 Kết quả ảnh TEM như quan sát ở góc dưới bên phải ảnh SEM trên các hình IV.1, IV.2, và IV.3 cho thấy có giọt lỏng hợp kim trên đầu sợi dây.
- Ảnh chụp đế Si sau khi tổng hợp dây nano IV.2.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS C750 0C800 0C Hình IV.7.
- Ngược lại các đỉnh Cường độ nhiễu xạ (đ.v.t.y) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 59 nhiễu xạ của mẫu M750 và đặc biệt là mẫu M800 bị tách thành hai đỉnh con.
- Điều này được giải thích là do ảnh hưởng của hình dạng dây nano SnO2 tổng hợp được.
- 2 Cường độ nhiễu xạ (đ.v.t.y) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 60 Hình IV.9.
- Số sóng (cm-1) Cường độ (a.u) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 61 Điều đáng chú ý ở đây là các đỉnh phổ này trở nên rộng hơn.
- Từ đó có thể xác định năng Bước sóng (nm) Độ hấp thụ (a.u) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 62 lượng vùng cấm của dây nano SnO2 tổng hợp được cỡ E = 1.24.
- Bước sóng (nm) Cường độ (a.u) 700 oC 800 oC 750oC Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 63 Dây nano SnO2 phát xạ mạnh bức xạ màu vàng với cường độ cực đại khoảng 620 nm.
- Vì vậy chúng tôi đã sử dụng dây nano tổng hợp ở nhiệt độ này để chế tạo cảm biến và khảo sát tính nhạy khí.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 64 Hình IV.12.
- Ở nhiệt độ cao hơn 300 và 400 0C, dây Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 65 nano thể hiện tính dẫn điện như kim loại, có độ dẫn cao.
- Sự phụ thuộc điện trở theo nhiệt độ Dây nano SnO2 là một chất bán dẫn loại n.
- Tính chất bán dẫn loại n của dây nano SnO2 được gây ra bỡi các vị trí khuyết oxy trên bề mặt dây nano.
- Chính các lỗ khuyết oxy trên bề mặt này ảnh hưởng quan trọng đến các tính chất của dây nano SnO2 nói chung và tính nhạy khí nói riêng.
- Nhiệt độ (oC) Điện trở (103) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 66 IV.6.3.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 67 trong dải nhiệt độ từ 300 0C – 450 0C.
- Sự phụ thuộc độ nhạy theo nhiệt độ Nồng độ LPG (ppm) Độ nhạy (Rair/Rgá) Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS s7s§iÖn trë (Ohm)Thêi gian (s) B Hình IV.16.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS ppm150 ppm200 ppm250 ppm500 ppmDien tro (Ohm)Thoi gian (s) B B B B B LOAN52B Hình IV.17.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 70 KẾT LUẬN Chúng tôi đã tổng hợp thành công dây nano SnO2 trên đế Si đã phủ lớp xúc tác Au trong dải nhiệt độ thấp (700 oC-800 oC) bằng phương pháp bốc bay nhiệt.
- Đây là một phương pháp đơn giản, ổn định và có thể tổng hợp được một lượng lớn dây nano SnO2.
- Phổ hấp thụ UV/Vis cho thấy dây nano SnO2 có năng lượng vùng cấm lớn (cỡ 3,8 eV).
- Điều đó chứng tỏ các trạng thái bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của dây nano SnO2.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 72 12.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 73 21.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 74 30.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 75 39.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 76 48.
- Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của dây nano SnO2 Lê Thị Ngọc Loan – ITIMS 2006 77 56

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt