Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo ống nanô các bon bằng phương pháp CVD ứng dụng làm cảm biến khí NH3

Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu CNT; thiết kế, chế tạo cảm biến trên cơ sở vật liệu CNT và khảo sát tính nhạy khí NH3 cũng như cấu trúc CNT của cảm biến; nghiên cứu tăng cường độ đáp ứng và độ hồi đáp của cảm biến khí trên cơ sở CNT bằng phương pháp phủ hạt nanô kim loại.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo ống nanô các bon bằng phương pháp CVD ứng dụng làm cảm biến khí NH3 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG LỊCH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ỐNG NANO CACBON BẰNG PHƢƠNG PHÁP CVD ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN KHÍ NH3 Chuyên ngành : VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ Mã số: 62440123 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆUCông trình được hoàn thành tại: Bộ môn Vật lý Tin họcViện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà N HÀ NỘI - 2016 HÀ NỘI - 2015 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà NộiNgười hướng dẫn khoa học: PGS. TS NGUYỄN HỮU LÂMPhản biện 1:Phản biện 2:Phản biện 3:Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trườnghọp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi ….. giờ …. ngày …. tháng ….. năm …..Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật liệu nanô (nano materials) là một trong những lĩnh vực nghiên cứu sôi độngtrong thời gian gần đây. Vật liệu nanô nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử vàtính chất khối của vật liệu. Trong thế giới nanô, ống nanô các bon (CNT) là một trongnhững vật liệu đặc biệt. Việc ứng dụng vật liệu các bon nanô vào đời sống đã cho rađời nhiều sản phẩm, nhiều ứng dụng trong những lĩnh vực khác nhau, ví dụ: dùnglàm vật liệu lưu trữ khí, vật liệu dẫn nhiệt, vật liệu điện tử... hoặc trong lĩnh vực hấpphụ, nhạy các khí độc hại trong môi trường (như NH3, NO2, CO…). Trong những năm gần đây, những nghiên cứu trong lĩnh vực cảm biến phát hiệnphân tử khí đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong và ngoàinước. Mục tiêu cuối cùng của các nhà nghiên cứu cảm biến khí là tạo ra một thiết bịcó thể phát hiện từng loại khí có trong môi trường với giới hạn nồng độ phát hiệnthấp, độ nhạy cao, có tính chọn lọc và độ lặp lại cao làm việc ở nhiệt độ phòng. Hiệnnay, môi trường sống ngày càng ô nhiễm với sự xuất hiện của nhiều loại khí độc hạihoặc dễ gây cháy nổ như: khí ga hóa lỏng (LPG), CO2, NH3, NO2, H2, …trong số nàythì khí NH3 là phổ biến. Cảm biến khí nói chung và khí NH3 nói riêng hiện nay đượcphát triển chủ yếu trên cơ sở các ôxít kim loại có tính bán dẫn (ví dụ: SnO2, ZnO…).Những cảm biến loại này thường có nhiệt độ làm việc cao trong vùng từ 300 oC đến400 oC. Để tiết kiệm năng lượng và tinh giản thiết kế của cảm biến, các nhà nghiêncứu đã tìm kiếm những vật liệu mới có thể thay thế cho vật liệu ôxít kim loại bán dẫn.Ống nano các bon (CNT) là một trong những vật liệu thay thế hấp dẫn nhất. Xuấtphát từ việc cần tìm ra vật liệu nhạy khí mới có khả năng thay thế cho vật liệu ô xítkim loại truyền thống, tôi chọn hướng nghiên cứu của luận án là phải nghiên cứu chếtạo cảm biến khí NH3 có khả năng làm việc ở nhiệt độ phòng trên cơ sở CNT và nếucó thể sau này có thể tiến đến chế tạo hoàn thiện thiết bị cảm biến khí. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng của phạm vi nghiên cứu là: vật liệu CNT và linh kiện điện cực có khảnăng nhạy khí ở nhiệt độ phòng. Phạm vi nghiên cứu: tổng hợp vật liệu CNT; thiết kế, chế tạo cảm biến trên cơsở vật liệu CNT và khảo sát tính nhạy khí NH3 cũng như cấu trúc CNT của cảm biến.Nghiên cứu tăng cường độ đáp ứng và độ hồi đáp của cảm biến khí trên cơ sở CNTbằng phương pháp phủ hạt nanô kim loại. Với mục đích và nhiệm vụ đó, tôi chọn tên đề tài nghiên cứu cho luận án này là:“Nghiên cứu chế tạo ống nanô các bon bằng phương pháp CVD ứng dụng làmcảm biến khí NH3”. 3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp CVD nhiệt để tổng hợp vật liệu; kỹ thuật ủ nhiệt để làm sạchCNT; kỹ thuật tạo màng bằng phương pháp vật lý (phún xạ, e-beam). 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu ứng dụng vật liệu CNT trong lĩnh vực cảm biến khí hiện ởViệt Nam đã được một số nhóm quan tâm thực hiện. Nổi bật là nhóm nghiên cứuPGS. TS Nguyễn Văn Hiếu tập trung vào việc khảo sát đặc tính nhạy khí của CNTtrên cơ sở kết hợp với các vật liệu ô xít kim loại; tiếp theo là nhóm PGS, TS Dương 1Ngọc Huyền khai thác đặc tính nhạy khí của Polymer dẫn kết hợp với vật liệu CNTthuần. Tuy nhiên, các nhóm nghiên cứu trên đều sử dụng CNT ở dạng thương phẩmcó sẵn trên thị trường, chưa có nhóm nghiên cứu nào theo hướng tổng hợp trực tiếpvật liệu CNT lên điện cực cũng như theo hướng tăng cường độ nhạy khí của cảm biếntrên cơ sở CNT phủ nanô kim loại. Do vậy tác giả hy vọng những nghiên cứu củamình sớm được áp dụng vào thực tiễn và là cơ sở để cho các nghiên cứu khác tiếpbước nhằm thúc đẩy lĩnh vực cảm biến khí ngày càng phát triển và lớn mạnh. 5. Cấu trúc của Luận án: Nội dung chính của luận án được trình bày như sau: Chương 1 Tổng quan về vậtliệu ống nanô các bon; Chương 2 Cảm biến khí NH3 trên cơ sở ống nanô các bon;Chương 3 Nghiên cứu tính chất nhạy khí NH3 của CNT thuần; Chương 4 Tăng cườngtính nhạy khí NH3 trên cơ sở màng CNT phủ nanô kim loại. Chương 1 TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu về ống nanô các bon Năm 1991, Sumio Iijima làm việc ở hãng NEC (Nhật) khi quan sát bằng kínhhiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) trên sản phẩm được hình thànhtrong quá trình phóng điện hồ quang giữa hai điện cực graphit đã phát hiện ra các tinhthể cực nhỏ, dài bám ở điện cực catốt (Nature 354, 56-58, 1991), đó chính là ốngnanô các bon đa vách (MWCNT). Sau đó, đến năm 1993, S. Iijima tiếp tục công bố kết quả tổng hợp ống nanôcác bon đơn vách (SWCNT), đó là các ống rỗng có ...