Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ô-xít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh

Mục tiêu nghiên cứu của luận án " "Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ô xít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh" nhằm chế tạo, khảo sát tính chất vật liệu nano ô-xít sắt và lớp cảm nhận trên điện cực của vi cân tinh thể thạch anh; Đặc trưng nhạy khí của hạt nano ô-xít sắt sử dụng cảm biến của vi cân tinh thể thạch anh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ô-xít sắt sử dụng vi cân tinh thể thạch anh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thành VinhNGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANO Ô-XÍT SẮT SỬ DỤNG VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2021 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Quy 2. GS. TS Lê Anh Tuấn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3:Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩcấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … giờ …., ngày … tháng … năm 2021.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 ĐẦU1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, sự phát triển của khoa học công nghệ, các ngànhcông nghiệp nặng… đã mang lại một cuộc sống tiện nghi và thỏa máihơn cho con người. Tuy nhiên, bên cạnh sự phát triển công nghiệphóa này đã nảy sinh các vấn đề nghiêm trọng khác liên quan đến ônhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm không khí. Mức độ ô nhiễmtăng nhanh làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người và các dạng sốngkhác trên hành tinh của chúng ta. Do đó, nhằm bảo vệ con người vàmôi trường sống, các nhà khoa học đã sử dụng và phát triển rất nhiềuloại cảm biến khác nhau nhằm quan trắc và kiểm soát các vấn đề ônhiễm liên quan đến khí độc và khí dễ gây cháy nổ. Trong lĩnh vựcquan trắc môi trường này, các loại cảm biến được phát triển và chếtạo đa dạng về nguyên lý. Một trong số các loại cảm biến được nhómnghiên cứu quan tâm là cảm biến kiểu thay đổi khối lượng sử dụng vicân tinh thể thạch anh (QCM). Bởi vì, loại cảm biến này có nhiều ưuđiểm: hiệu suất tiêu thụ điện năng thấp, dễ tích hợp với các thiết bịcầm tay, độ phát hiện chính xác đến nanogram, đáp ứng và phục hồitốt, hoạt động ổn định ở nhiệt độ phòng. Vật liệu cảm nhận phủ trên điện cực của cảm biến QCM luônlà chìa khóa mang lại thành công. Trong các nhóm vật liệu đang đượcquan tâm phát triển có nhóm vật liệu nano ô-xít kim loại đã thể hiệnđược khả năng làm việc ổn định ở nhiệt độ phòng, đáp ứng – hồiphục nhanh, dải nồng độ đo thấp đối với một số khí vô cơ. Hơn nữa,trong các loại ô-xít kim loại được nghiên cứu nhiều thì các ô-xít sắt làmột trong những loại vật liệu nano có nhiều tiềm năng, đa dạng vềcấu trúc pha tinh thể, dễ chế tạo bằng nhiều phương pháp, không độcvới con người, thân thiện môi trường, nguồn nguyên liệu sẵn có vàgiá thành chế tạo không cao, có thể tái sử dụng nhiều lần. Do đó, ô-xít sắt hội tụ đủ các ưu điểm để có thể phát triển vật liệu cảm biếntheo mô hình công nghiệp và đem lại hiệu quả kép về cả chất lượngvà kinh tế. Từ các phân tích ở trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiêncứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano ô-xít sắt sử dụng vi cântinh thể thạch anh”2. Mục tiêu nghiên cứu Chế tạo và kiểm soát được quy trình chế tạo vật liệu ô-xít sắt(Fe3O4, Fe3O4/α-FeOOH, γ-Fe2O3, -Fe2O3…) kích thước nano, dạng 1hạt và thanh. Nghiên cứu chỉ ra các đặc trưng nhạy khí, một số yếu tốảnh hưởng đến đặc trưng nhạy khí của vật liệu nano ô-xít sắt sử dụngQCM đối với các khí độc SO2, NO2, CO.3. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo và các tính chất đặctrưng của một số vật liệu nano ô-xít sắt (Fe3O4, Fe3O4/α-FeOOH, γ-Fe2O3, -Fe2O3) kích thước nano. Nghiên cứu một số các yếu tố ảnhhưởng đến đặc trưng nhạy khí SO2 như : pha tinh thể, tiền chất vàyếu tố nồng độ CO ảnh hưởng đến đặc trưng nhạy khí của các ô-xítsắt. Giải thích các cơ chế nhạy khí SO2 và CO của các cảm biếnQCM phủ vật liệu nano ô-xít sắt đã chế tạo.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng của luận án là các ô-xít sắt kích thước nano dạngthanh, hạt và các tính chất vật lý của chúng ; các đặc trưng nhạy khí :đáp ứng, chọn lọc, ổn định của cảm biến QCM sử dụng vật liệu nanoô-xít sắt. Phạm vị nghiên cứu là : ảnh hưởng của pha tinh thể ô-xítsắt, tiền chất chế tạo đến đặc trưng nhạy khí SO2 ; ảnh hưởng củanồng độ CO đến tính chất nhạy khí của các ô-xít sắt.5. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: Luận án đã đưa ra các kết quả nghiên cứuchỉ ra ảnh hưởng cấu trúc pha ô-xít sắt, tiền chất muối sắt khi chế tạovật liệu γ-Fe2O3 đến đặc trưng nhạy khí SO2 ; ảnh hưởng nồng độ COđến đặc trưng nhạy khí của vật liệu nano ô-xít sắt. Các kết quả chínhcủa luận án đã báo cáo trong các bài báo được phản biện bởi các nhàkhoa học uy tín trong và ngoài nước và đăng trên các tạp chí trongdanh mục ISI uy tín: Materials Science in Semicondutor Processing,Materials Research Bulletin, Sensors and Actuators A: Physical. Kếtquả này phản ánh những đóng góp có ý nghĩa khoa học của Luận án Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu các đặc trưng nhạy khí của vậtliệu nano ô-xít sắt sử dụng QCM, phục vụ cho nghiên cứu các thiết bịcảnh báo và giám sát môi trường, đảm bảo an sinh xã hội.7. Những đóng góp mới của đề tài Các kết quả mới của Luận án đạt được là: Nghiên cứu đã chỉ ra cấu trúc tinh thể γ-Fe2O3 là phù hợp vớicảm biến khí kiểu thay đổi khối lượng để phát hiện khí SO2 ở nhiệtđộ phòng. Đã làm rõ sự ảnh hưởng của nồng độ ion [Fe3+] trong muối 2tiền chất chế tạo vật liệu nano γ-Fe2O3 đến sự tăng cường các đặctrưng nhạy khí SO2. Chỉ ra sự ảnh hưởng của khí CO ở nồng độ caolàm thay đổi tính chất nhạy khí của vật liệu α-FeOOH. Đề xuất đượccơ chế nhạy khí SO2, CO của cảm biến QCM phủ vật ...