NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐO pH TRÊN CƠ SỞ EG-FET  VỚI ĐIỆN CỰC NHẠY LÀ POLYPYRROLE

Văn Gia Hy; Đỗ Hà Minh Thái; Mai Ngọc Linh; Hoàng Thị Hiến; Hồ Trường Giang

doi:10.34238/tnu-jst.7088

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐO pH TRÊN CƠ SỞ EG-FET VỚI ĐIỆN CỰC NHẠY LÀ POLYPYRROLE

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 12/12/22 Ngày hoàn thiện: 27/02/23 Ngày đăng: 28/02/23

Các tác giả

1. Văn Gia Hy, Trường THPT chuyên Hùng Vương Gia Lai
2. Đỗ Hà Minh Thái, Trường THPT chuyên Hùng Vương Gia Lai
3. Mai Ngọc Linh , Trường THPT chuyên Hùng Vương Gia Lai
4. Hoàng Thị Hiến, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
5. Hồ Trường Giang, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Tóm tắt

pH là một thông số rất cơ bản cần được đo đạc trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, thực phẩm và y-sinh. Trong công trình này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu theo cách tiếp cận đơn giản về chế tạo cảm biến đo pH trên cơ sở transistor hiệu ứng trường với điện cực mở rộng (EG-FET) gắn điện cực nhạy là polymer dẫn điện polypyrrole (PPy). Lớp màng PPy được tổng hợp trực tiếp trên đế Si bằng trùng hợp pha hơi sử dụng muối xúc tác FeCl₃. Hiển vi điện tử quét SEM được dùng để phân tích cấu trúc bề mặt màng PPy sau khi tổng hợp và cho thấy màng có cấu trúc xốp. Phổ FTIR và tán xạ Raman được dùng để nghiên cứu các liên kết đặc trưng của màng PPy. Cảm biến đo pH được thực hiện với điện cực PPy được nối đến điện cực mở rộng của linh kiện FET (2N5457). Cảm biến thể hiện đặc trưng lối ra phụ thuộc tuyến tính vào giá trị pH và có độ nhạy cao (105,9 µA/pH) trong dải pH khảo sát từ 5 đến 9.

Từ khóa

Polymer dẫn điện; Polypyrrole (PPy); Trùng hợp polymer từ pha hơi; Transitor hiệu ứng trường điện cực mở rộng (EG-FET); Cảm biến đo pH

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] S. Sinha and T. Pal, "A comprehensive review of FET-based pH sensors: materials, fabrication technologies, and modeling," Electrochemical Science Advances, vol. 2, no. 5, 2021, doi: 10.1002/elsa.202100147 .

[2] R. P. Buck, S. Rondinini, A. K. Covington, F. G. K. Baucke, C. M. A. Brett, M. F. Camoes, M. J. T. Milton, T. Mussini, R. Naumann, K. W. Pratt, P. Spitzer, and G. S. Wilson, "Measurement of pH. Definition, Standards, and Procedures," Pure and Applied Chemistry, vol. 74, 2002, Art. no. 2169.

[3] R. Avolio, A. Grozdanov, M. Avella, J. Barton, M. Cocca, F. D. Falco, A. T. Dimitrov, M. E. Errico, P. Fanjul-Bolado, G. Gentile, P. Paunovic, A. Ribotti, and P. Magni, "Review of pH sensing materials from macro- to nano-scale: Recent developments and examples of seawater applications," Critical Reviews in Environmental Science and Technology, vol. 52, pp. 979-1021, 2022.

[4] S. A. Pullano, C. D. Critello, I. Mahbub, N. T. Tasneem, S. Shamsir, S. K. Islam, M. Greco, and A. S. Fiorillo, "EGFET-Based Sensors for Bioanalytical Applications: A Review," Sensors, vol. 18, 2018, Art. no. 4042.

[5] M. Jamal, T. K. Dey, T. Nasrin, A. Khosla, and K. M. Razeeb, "Nanostructured Materials for Sensing pH: Evolution, Fabrication and Challenges," Journal of The Electrochemical Society, vol. 169, 2022, Art. no. 057517.

[6] G. Pampoukis, A. E. Lytou, A. A. Argyri, E. Z. Panagou, and G. J. E. Nychas, "Recent Advances and Applications of Rapid Microbial Assessment from a Food Safety Perspective," Sensors, vol. 22, 2022, Art. no. 2800.

[7] P. Visciano and M. Schirone, "Rapid Methods for Assessing Food Safety and Quality," Foods, vol. 9, 2020, Art. no. 533.

[8] R. C. Nnachi, N. Sui, B. Ke, Z. Luo, N. Bhalla, D. He, and Z. Yang, "Biosensors for rapid detection of bacterial pathogens in water, food and environment," Environment International, vol. 166, 2022, Art. no. 107357.

[9] A. Poghossian, H. Geissler, and M. J. Schöning, "Rapid methods and sensors for milk quality monitoring and spoilage detection," Biosensors and Bioelectronics, vol. 140, 2019, Art. no. 111272.

[10] H. Yoon, "Current trends in sensors based on conducting polymer nanomaterials," Nanomaterials, vol. 3, pp. 524-549, 2013.

[11] M. Das and S. Roy, "Polypyrrole and associated hybrid nanocomposites as chemiresistive gas sensors: A comprehensive review," Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 121, 2021, Art. no. 105332.

[12] E. I. Gill, A. Arshak, K. Arshak, and O. Korostynska, "Conductometric pH sensor based on novel conducting polymer composite thick films," Proceedings of the 2008 31st International Spring Seminar on Electronics Technology, 2008, doi: 10.1109/ISSE.2008.5276613.

[13] Y. Li, Y. Mao, C. Xiao, X. Xu, and X. Li, "Flexible pH sensor based on a conductive PANI membrane for pH monitoring," RSC Advances, vol. 10, pp. 21 - 28, 2020.

[14] T. H. Hoang, V. T. Chu, T. A. T. Do, Q. N. Pham, H. T. Giang, C. D. Sai, T. G. Ho, D. V. Nguyen, and T. Tran, "Inﬂuence of surface morphology and doping of PPy ﬁlm simultaneously polymerized by vapour phase oxidation on gas sensing," Synthetic Metals, vol. 250, pp. 35 - 41, 2019.

[15] D. T. Nguyen, M. T. Nguyen, G. T. Ho, T. N. Nguyen, S. Reisberg, B. Piro, and M. C. Pham, "Design of interpenetrated network MWCNT/poly(1,5-DAN) on interdigital electrode: Toward NO₂ gas sensing," Talanta, vol. 115, pp. 713-717, 2013.

[16] M. Setka, J. Drbohlavova, and J. Hubalek, "Nanostructured polypyrrole-based ammonia and volatile organic compound sensors," Sensors, vol. 17, 2017, Art. no. 562.

[17] V. Varade, G. V. Honnavar, P. Anjaneyulu, K. P. Ramesh, and R. Menon, "Probing disorder and transport properties in polypyrrole thin-ﬁlm devices by impedance and Raman spectroscopy," Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 46, 2013, Art. no. 365306.

[18] F. Chen, G. Shi, M. Fu, L. Qu, and X. Hong, "Raman spectroscopic evidence of thickness dependence of the doping level of electrochemically deposited polypyrrole film," Synthetic Metals, vol. 132, pp. 125-132, 2003.

[19] H. J. Salavagione, A. M. Diez-Pascual, E. Lazaro, S. Vera, and M. A. Gomez-Fatou, "Chemical sensors based on polymer composites with carbon nanotubes and graphene: The role of the polymer," Journal of Materials Chemistry A, vol. 2, 2014, Art. no. 14289.

[20] T. Ramanathan, A. A. Abdala, S. Stankovich, D. A. Dikin, M. H. Alonso, R. D. Piner, D. H. Adamson, H. C. Schniepp, X. Chen, R. S. Ruoff, S. T. Nguyen, I. A. Aksay, R. K. P. Homme, and L. C. Brinson, "Functionalized graphene sheets for polymer nanocomposites," Nature Nanotechnology, vol. 3, pp. 327–331, 2008.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.7088

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ