Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu hiệu ứng tự đốt nóng của dây nano SnO2 ứng dụng cho cảm biến khí

Luận án nghiên cứu với mục tiêu chế tạo được cảm biến khí mạng lưới dây nano SnO2 hoạt động trên cơ sở hiệu ứng tự đốt nóng có kích thước nhỏ và công suất hoạt động nhỏ hơn 10 mW, trong khi vẫn đảm bảo được các thông số độ nhạy, độ chọn lọc cao và hoạt động ổn định. Hoàn thiện và thử nghiệm hoạt động của cảm biến chế tạo được trên mạch đo sử dụng hiệu ứng tự đốt nóng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu hiệu ứng tự đốt nóng của dây nano SnO2 ứng dụng cho cảm biến khí BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trịnh Minh Ngọc NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỰ ĐỐT NÓNG CỦA DÂY NANO SnO2 ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN KHÍ Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2020 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Duy PGS.TS. Nguyễn Ngọc Trung Phản biện 1: GS. TS. Nguyễn Năng Định Phản biện 2: GS.TS. Lưu Tuấn Tài Phản biện 3: GS.TS. Lê Anh Tuấn Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp 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 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Ha Minh Tan, Chu Manh Hung, Minh Ngoc Trinh, Hugo Nguyen, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Van Duy, Nguyen Van Hieu ( 2017), Novel self-heated gas sensors using on-chip networked nanowires with ultralow power consumption, ACS Appl Mater. Interfaces, 9 (7), pp 6153–6162. [IF2016: 7.50]. 2. Nguyen Kien, Chu Manh Hung, Trinh Minh Ngoc, Dang Thi Thanh Le, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Van Duy, Nguyen Van Hieu (2017), Low-temperature prototype hydrogen sensors using Pd-decorated SnO2 nanowires for exhaled breath applications, Sensors and Actuators B 253, 156–163. [IF2016: 5.40]. 3. Trinh Minh Ngoc, Chu Manh Hung, Nguyễn Ngọc Trung, Nguyen Van Duy (SPMS2017), Enhanced Hydrogen sensitivity of Self-heating sensor using SnO2 nanowires networkby Pd catalyst, Proceeding of the 10th Vietnam national conference on solid state physics and materials science, pp. 376-379. 4. Trinh Minh Ngoc, Hugo Nguyen, Chu Manh Hung, Nguyen Ngoc Trung, Nguyen Van Duy (ACCS2017), Self-heating H2S gas sensor using a network of SnO2 nanowires functionalized with Ag, Proceeding of The 12 th Asian Conference on Chemical Sensors, Pages 350-353. 5. Trinh Minh Ngoc, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Ngoc Trung, Hugo Nguyen and Nguyen Van Hieu (2018), Ultralow power consumption gas sensor based on a self-heated nanojunction of SnO2 nanowires, RSC Adv., 8, 36323-36330. [IF2018: 3.04]. 6. Trinh Minh Ngoc, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Duc Hoa, Hugo Nguyen, Matteo Tonezzer, Nguyen Van Hieu (2019), Self-heated Ag-decorated SnO2 nanowires with low power consumption used as a predictive virtual multisensor for H2S-selective sensing, Analytica Chimica Acta 1069, 108-116. [IF2018: 5.25]. 7. Trinh Minh Ngoc, Nguyen Van Duy, Nguyen Duc Hoa, Chu Manh Hung, Hugo Nguyen, Nguyen Van Hieu (2019), Effective design and fabrication of low power consumption self-heated SnO2 nanowires sensors for reducing gases, Sensors and Actuators B. Chemical, vol.295, pp 144-152. [IF2018: 6.39]. GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài Với sự phát triển của công nghệ sản xuất micro, cảm biến khí bán dẫn có nhiệt tỏa ra môi trường cũng như năng lượng tiêu thụ nhỏ hơn trước kia. Tuy nhiên, vẫn có một số yếu điểm như tốc độ đáp ứng chậm, thời gian hồi phục lâu, cũng như tính ổn định và tính chọn lọc kém. Vật liệu nano kích thước 1 chiều ngoài sự kế thừa những thuận lợi của thế hệ trước, còn bổ xung thêm những tính chất mới như giá thành thấp, kích thước bé, độ ổn định cao, công suất tiêu thụ nhỏ và cải thiện được ba tính chất còn hạn chế của loại cảm biến khí ôxít kim loại bán dẫn đó là độ nhạy, độ chọn lọc và độ bền. Tuy nhiên, nếu dựa trên cấu trúc cảm biến khí truyền thống kiểu lò vi nhiệt và màng nhạy khí riêng lẻ, thì cảm biến dây nano vẫn tiêu thụ công suất tương đối lớn và độ chọn lọc kém. Trong đề xuất nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu hiệu ứng tự đốt nóng và khả năng biến tính bề mặt của dây nano SnO2 nhằm kết hợp chúng trong việc phát triển thế hệ cảm biến khí mới với nhiều tính năng ưu việt so với cảm biến khí truyền thống. Hiệu ứng tự đốt nóng có thể thực hiện bằng cách áp dòng điện trực tiếp qua đơn sợi, đa sợi hoặc tập hợp nhiều dây nano ở dạng lưới (network) trong quá trình đo tín hiệu. Dây nano được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp bốc bay nhiệt còn các linh kiện loại này được chế tạo bằng công nghệ vi điện tử truyền thống. Bề mặt dây nano sẽ được biến tính với các loại hạt xúc tác nano thích hợp bằng phương pháp lắng đọng vật lý hoặc hóa học. Việc kết hợp hiệu quả hai hiệu ứng này sẽ cho phép chúng ta phát triển được thế hệ cảm biến khí mới có độ chọn lọc cao và tiêu thụ ít công suất. Ngoài ra đây là cơ sở để phát triển các ma trận cảm biến khí trên cơ sở vật liệu dây nano dùng làm mũi điện tử (e-nose). Các cảm biến chế tạo được có thể được sử dụng để đo và phát hiện các loại khí độc hại trong môi trường như NO2, CO, H2S và SO2 ở nồng độ phần tỉ. Với những vấn đề đã trình bày trên, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận án là “Nghiên cứu hiệu ứng tự đốt nóng của dây nano SnO2 ứng dụng cho cảm biến khí”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo được cảm biến khí mạng lưới dây nano SnO2 hoạt động trên cơ sở hiệu ứng tự đốt nóng có kích thước nhỏ và công suất 1 hoạt động nhỏ hơn 10 mW, trong khi vẫn đảm bảo được các thông số độ nhạy, độ chọn lọc cao và hoạt động ổn định. - Tối ưu hóa xúc tác hạt nano kim loại ph hợp với khí cần nghiên cứu sao cho có độ đáp ứng cao hơn nữa bằng hiệu ứng tự đốt nóng và giảm điện áp làm việc cho cảm biến. - Hoàn thiện và thử nghiệm hoạt động của cảm biến chế tạo được trên mạch đo sử dụng hiệu ứng tự đốt nóng. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Chế tạo cảm biến mạng lưới dây nano oxit bán dẫn SnO2 bằng phương pháp bốc bay nhiệt mọc trực tiếp lên điện cực. - Khảo s ...