CẢI THIỆN ĐỘ NHẠY HƠI CỒN CỦA MÀNG TỔ HỢP SnO2/ZnO  ĐƯỢC CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN NHIỆT PHÂN

Phạm Văn Vĩnh

doi:10.34238/tnu-jst.11139

CẢI THIỆN ĐỘ NHẠY HƠI CỒN CỦA MÀNG TỔ HỢP SnO2/ZnO ĐƯỢC CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN NHIỆT PHÂN

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 18/09/24 Ngày hoàn thiện: 06/12/24 Ngày đăng: 09/12/24

Các tác giả

Phạm Văn Vĩnh , Trường Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội

Tóm tắt

Nghiên cứu này tập trung vào màng composite SnO₂/ZnO phủ trên đế thủy tinh bằng phương pháp phun nhiệt phân ở 400°C. Kết quả phân tích cấu trúc tinh thể đã xác nhận sự có mặt của các pha SnO₂ và ZnO. Số lượng và cường độ các đỉnh nhiễu xạ SnO₂ tăng khi tỷ lệ Sn/Zn tăng. Phổ hấp thụ quang cho thấy, bờ hấp thụ của màng tổ hợp SnO₂/ZnO dịch chuyển về phía gần bờ hấp thụ của SnO₂ khi tăng tỷ lệ Sn/Zn. Độ rộng vùng cấm của các màng tổ hợp SnO₂/ZnO nằm giữa ZnO (3,25 eV) và SnO₂ (3,94 eV). Đường cong I-V của màng composite không tuyến tính do sự hình thành của một lớp chuyển tiếp dị thể. Ảnh hiển vi điện tử quétcho thấy sự thay đổi hình thái hạt tinh thể từ hình lục giác dạng kim tự tháp sang các hạt hình cầu khi tỷ lệ Sn/Zn tăng. Kích thước hạt giảm xuống khoảng 10 nm ứng với tỷ lệ Sn/Zn bằng 1/2. Độ nhạy của màng được cải thiện đáng kể khi tăng tỷ lệ Sn/Zn lên đến 1/2. Điều này được cho là do hình thái bề mặt được cải thiện và kích thước hạt được thu nhỏ. Độ đáp ứng của cảm biến tăng theo nhiệt độ cho đến nhiệt độ bão hòa và tối ưu ở 250°C. Độ đáp ứng của cảm biến tăng theo chiều tăng của tỷ lệ Sn/Zn. Màng được chế tạo với tỷ lệ Sn/Zn bằng 1/2 cho thấy độ đáp ứng cao nhất.

Từ khóa

SnO2/ZnO; Phun nhiệt phân; Cảm biến nhạy hơi cồn; Oxy hấp phụ; Cơ chế nhạy

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] S. Popova, S. Lange, C. Probst, G. Gmel, and J. Rehm, “Estimation of national, regional, and global prevalence of ethanol use during pregnancy and fetal ethanol syndrome: a systematic review and meta-analysis,” The Lancet.Global Health, vol. 5, no. 3, pp.e290-e299, 2017.

[2] R. G. Jacob, G. K. Marilyn, N. Gery, P. Svetlana, H. Brandon, and B. Larry, “High prevalence of prenatal ethanol exposure detected by breathalyzer in the Republic of the Congo, Africa,” Neurotoxicology and Teratology, vol. 80, 2020, Art. no. 106892.

[3] R. V. B. Adriano, W. C. L. Rosamaria, and G. Jonas, “Polymeric electronic gas sensor for determining ethanol content in automotive fuels,” Sensors and Actuators B, vol. 136, pp. 173-176, 2009.

[4] L. Jonas, H. Bertil, A. Amin, and P. Håkan, “Passive in-vehicle driver breath ethanol detection using advanced sensor signal acquisition and fusion,” Traffic Injury Prevention, vol.18, pp. S31-S36, 2017.

[5] S. Paprocki, M. Qassem, and P. A. Kyriacou, “Review of Ethanol Intoxication Sensing Technologies and Techniques,” Sensors, vol. 22, 2022, Art. no. 6819.

[6] D. K. Chaudhary, T. R. Acharya, R. Shrestha, S. Gautam, P. Shrestha, A. Dhakal, S. P. Shrestha, A. A. Al-Khedhairy, R. Wahab, E. H. Choi, N. K. Kaushik, and L. P. Joshi, “Wide-range ethanol sensor based on a spray-deposited nanostructured ZnO and Sn–doped ZnO films,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 370, 2024, Art. no. 115213.

[7] D. Acharyya and P. Bhattacharyya, “Ethanol sensing performance of ZnO hexagonal nanotubes at low temperatures: A qualitative understanding,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 228, pp. 373-386, 2016.

[8] C. S. Prajapati and P. P. Sahay, “Ethanol-sensing characteristics of spray deposited ZnO nano-particle thin films,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 160, pp. 1043-1049, 2011.

[9] Y. Mingli, L. Mengdi, and L. Shengzhong, “Development of an ethanol sensor based on ZnO nanorods synthesized using a scalable solvothermal method,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 185, pp. 735-742, 2013.

[10] B. J. Wang and S. Y. Ma, “High response ethanol gas sensor based on orthorhombic and tetragonal SnO₂,” Vacuum, vol. 177, 2020, Art. no. 109428.

[11] B. Jiang, T. Zhou, L. Zhang, J. Yang, W. Han, Y. Sun, F. Liu, P. Sun, H. Zhang, and G. Lu, “Separated detection of ethanol and acetone based on SnO₂-ZnO gas sensor with improved humidity tolerance,” Sensors & Actuators: B. Chemical, vol. 393, 2023, Art. no. 134257.

[12] S. Zhao, Y. Shen, P. Zhou, G. Li, F. Hao, C. Han, W. Liu, and D. Wei, “Construction of ZnO-SnO₂ n-n junction for dual-sensing of nitrogen dioxide and ethanol,” Vacuum, vol. 181, 2020, Art. no. 109615.

[13] J. Liu, T. Wang, B. Wang, P. Sun, Q. Yang, X. Liang, H. Song, and G. Lu, “Highly sensitive and low detection limit of ethanol gas sensor based on hollow SnO₂/ZnO spheres composite material,” Sensors and Actuators B, vol. 245, pp. 551–559, 2017.

[14] Z. M. Dong, Q. Xia, H. Ren, X. Shang, X. Lu, S. W. Joo, and J. Huang, “Preparation of hollow SnO2/ZnO cubes for the high-performance detection of VOCs,” Ceramics International, vol. 49, pp. 4650-4658, 2023.

[15] K. Du, L. Zhang, H. Shan, S. Dong, X. Shen, and G. Li, “Synthesis of ZnO nanorods loaded with SnO₂ cubes and the mechanism of improved ethanol sensing performance with DFT calculation,” Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 178, 2024, Art. no. 108429.

[16] B. Mondal, B. Basumatari, J. Das, C. Roychaudhury, H. Saha, and N. Mukherjee, “ZnO–SnO₂ based composite type gas sensor for selective hydrogen sensing,” Sensors and Actuators B, vol. 194, pp. 389-396, 2014.

[17] B. Jiang, T. Zhou, L. Zhang, W. Han, J. Yang, C. Wang, Y. Sun, F. Liu, P. Sun, and G. Lu, “Construction of mesoporous In₂O₃-ZnO hierarchical structure gas sensor for ethanol detection,” Sensors & Actuators: B. Chemical, vol. 393, 2023, Art. no. 134203.

[18] T. Tharsika, A. S. M. A. Haseeb, and M. F. M. Sabri, “Structural and optical properties of ZnO–SnO₂ mixed thin films deposited by spray pyrolysis,” Thin Solid Films, vol. 558, pp. 283-288, 2014.

[19] A. I. Martinez and D. R. Acosta, “Effect of the fluorine content on the structural and electrical properties of SnO₂ and ZnO–SnO₂ thin films prepared by spray pyrolysis,” Thin Solid Films, vol. 483, pp. 107-113, 2005.

[20] W. Li, S. Ma, Y. Li, G. Yang, Y. Mao, J. Luo, D. Gengzang, X. Xu, and S. Yan, “Enhanced ethanol sensing performance of hollow ZnO–SnO₂ core–shell nanofibers,” Sensors and Actuators B, vol. 211, pp. 392–402, 2015.

[21] F. Atay, I. Akyuz, D. Durmaz, and S. Kose, “Characterization of ZnO-SnO₂ oxide systems produced by ultrasonic spray pyrolysis,” Solar Energy, vol. 193, pp. 666-675, 2019.

[22] L. Tao, P. Tang, J. Hu, and Y. Zhang, “The ethanol lock built on carbon-based feld-effect transistor sensor with Pd/ZnO ﬂoating gate structure used for drunk driving surveillance,” Sensors & Actuators: B. Chemical, vol. 419, 2024, Art. no. 136393.

[23] F. Gu, Y. Wang, D. Han, and Z. Wang, “Effects of ZnO crystal facet on the ethanol detection by the Au/ZnO sensors,” Talanta Open, vol. 4, 2021, Art. no. 100068.

[24] X. Y. Zhang, Q. Ren, C. Wang, L. Zhu, W. J. Ding, Y. Q. Cao, W. M. Li, D. Wu, and A. D. Li, “Atomic layer deposited SnO2/ZnO composite thin flm sensors with enhanced hydrogen sensing performance,” Applied Surface Science, vol. 639, 2023, Art. no. 157973.

[25] W. Ponhan, S. Phadungdhitidhada, and S. Choopun, “Fabrication of ethanol sensors based on ZnO thin film field-effect transistor prepared by thermal evaporation deposition,” Materials Today: Proceedings, vol. 4, pp. 6342–6348, 2017.

[26] A. Mhamdi, A. Labidi, B. Souissi, M. Kahlaoui, A. Yumak, K. Boubaker, A. Amlouk, and M. Amlouk, “Impedance spectroscopy and sensors under ethanol vapors application of sprayed vanadium-doped ZnO compounds,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 639, pp. 648–658, 2015.

[27] X. Jia and H. Fan, “Preparation and ethanol sensing properties of the superstructure SnO₂/ZnO composite via ethanol-assisted hydrothermal route,” Materials Research Bulletin, vol. 45, pp. 1496-1500, 2010.

[28] H. A. Khorami, M. K. Rad, and M. R. Vaezi, “Synthesis of SnO₂/ZnO composite nanofibers by electrospinning method and study of its ethanol sensing properties,” Applied Surface Science, vol. 257, pp. 7988-7992, 2011.

[29] H. Zhonga, F. Panb, S. Yuec, C. Qine,V. Hadjievf, F. Tiang, X. Liuc, F. Linh, Z. Wangi, and J. Bao, “Idealizing Tauc Plot for Accurate Bandgap Determination of Semiconductor with Ultraviolet–Visible Spectroscopy: A Case Study for Cubic Boron Arsenide,” The Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 14, pp. 6702-6708, 2023.

[30] W. Izydorczyk, K. Waczyski, J. Izydorczyk, P. Karasinski, J. Mazurkiewicz, M. Magnuski, J. Uljanow, N. W. Niemiec, and W. Filipowski, “Electrical and optical properties of spin-coated SnO₂ nanofilms,” Materials Science-Poland, vol. 32, pp. 729-736, 2014.

[31] A. S. Shamsipoor, M. M. B. Mohagheghi, and E. Mokaripoor, “Structural, electrical and optical properties of SnO₂: B transparent semiconducting thin films,” Progress in Physics of Applied Materials, vol. 2, pp. 1-10, 2022.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.11139

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ