NÂNG CAO ĐẶC TÍNH NHẠY KHÍ Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG CỦA CẢM BIẾN KHÍ NH3 DỰA TRÊN VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO CÁC BON VÀ HẠT NANO ZnO

Dương Vũ Trường; Nguyễn Quang Thành; Nguyễn Hữu Lâm

doi:10.34238/tnu-jst.7227

NÂNG CAO ĐẶC TÍNH NHẠY KHÍ Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG CỦA CẢM BIẾN KHÍ NH3 DỰA TRÊN VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO CÁC BON VÀ HẠT NANO ZnO

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 12/01/23 Ngày hoàn thiện: 27/02/23 Ngày đăng: 28/02/23

Các tác giả

1. Dương Vũ Trường , Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2. Nguyễn Quang Thành, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
3. Nguyễn Hữu Lâm, Viện Vật lý kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

Do nhu cầu cần cảm biến nhạy khí NH₃ có đặc tính nhạy khí tốt, hoạt động ở nhiệt độ phòng, chúng tôi đã chế tạo cảm biến kiểu điện trở dựa trên vật liệu tổ hợp của ôxit ZnO và vật liệu nano các bon (ống nano các bon - CNT, graphene ôxit - GO). Trong đó, CNT được tổng hợp bằng phương pháp bốc bay lắng đọng pha hơi hóa học, GO được tổng hợp bằng phương pháp Hummers, ZnO được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel. Cấu trúc của các vật liệu và tổ hợp vật liệu được khảo sát thông qua ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường và phổ Raman. Tính chất nhạy với khí NH₃ của các cảm biến với tỉ lệ các thành phần của vật liệu tổ hợp được khảo sát ở nồng độ 60 ppm. Kết quả cho thấy các cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp đều cho độ đáp ứng cao hơn so với cảm biến dựa trên vật liệu thuần. Đặc biệt, với vật liệu tổ hợp CNT/GO/ZnO cho độ đáp ứng tốt, lên tới 17,3%, thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục cải thiện đáng kể tương ứng là 40s và 70s. Cơ chế nhạy khí dựa trên chuyển tiếp p- n giữa vật liệu nano các bon và ZnO là nguyên nhân tăng cường đặc tính nhạy khí của cảm biến dựa trên vật liệu tổ hợp.

Từ khóa

Cảm biến nhạy khí; Graphene ôxit; Ống nano các bon; NH3; Hạt nano ZnO

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] K. E. Wyer, D. B. Kelleghan, V. Blanes-Vidal, G. Schauberger, and T. P. Curran, "Ammonia emissions from agriculture and their contribution to fine particulate matter: A review of implications for human health," Journal of Environmental Management, vol. 323, 2022, Art. no. 116285.

[2] National Institute for Occupational Safety and Health, Centers for Disease Control, U.S Department of Health and Human Services, "Occupational Safety and Health Guideline for Ammonia," Occupational Safety and Health Guidelines, 1992, pp. 1–7.

[3] Do. Kwak, Y. Lei, and R. Maric, "Ammonia gas sensors: A comprehensive review," Talanta, vol. 204, pp. 713-730, 2019.

[4] Z. Li, H. Li, Z. Wu, M. Wang, J. Luo, H. Torun, P. Hu, C. Yang, M. Grundmann, X. Liu, and Y. Fu, "Advances in designs and mechanisms of semiconducting metal oxide nanostructures for high-precision gas sensors operated at room temperature," Materials Horizons, vol. 6, pp. 470–506, 2019.

[5] K. G. Krishna, S. Parne, N. Pothukanuri, V. Kathirvelu, S. Gandi, and D. Joshi, "Nanostructured metal oxide semiconductor-based gas sensors: A comprehensive review," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 341, 2022, Art. no. 113578.

[6] Z. Wang, M. Bu, N. Hu, and L. Zhao, "An overview on room-temperature chemiresistor gas sensors based on 2D materials: Research status and challenge," Composites Part B: Engineering, vol. 248, 2023, Art. no. 110378.

[7] R. Malik, V. K. Tomer, Y. K. Mishra, and L. Lin, "Functional gas sensing nanomaterials: A panoramic view," Applied Physics Reviews, vol. 7, 2020, Art. no. 021301.

[8] N. L. W. Septiani, and B. Yuliarto, "Review—The Development of Gas Sensor Based on Carbon Nanotubes," Journal of The Electrochemical Society, vol. 163, pp. B97–B106, 2016.

[9] V. T. Duong, C. T. Nguyen, H. B. Luong, D. C. Nguyen, and H. L. Nguyen, "Ultralow-detection limit ammonia gas sensors at room temperature based on MWCNT/WO₃ nanocomposite and effect of humidity," Solid State Sciences, vol. 113, 2021, Art. no. 106534.

[10] M. D. Fernández-Ramos, L. F. Capitán-Vallvey, L. M. Pastrana-Martínez, S. Morales-Torres, and F. J. Maldonado-Hódar, “Chemoresistive NH₃ gas sensor at room temperature based on the carbon gel-TiO₂ nanocomposites,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 368, 2022, Art. no. 132103.

[11] S. X. Fan and W.Tang, “Synthesis, characterization and mechanism of electrospun carbon nanofibers decorated with ZnO nanoparticles for flexible ammonia gas sensors at room temperature,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 362, 2022, Art. no. 131789.

[12] W. S. Hummers and R. E. Offeman, "Preparation of Graphitic Oxide," Journal of The American Chemical Society, vol. 80, 1958, Art. no.1339.

[13] V. Datsyuk, M. Kalyva, K. Papagelis, J. Parthenios, D. Tasis, A. Siokou, I. Kallitsis, and C. Galiotis, "Chemical oxidation of multiwalled carbon nanotubes," Carbon, vol. 46, pp. 833–840, 2008.

[14] Y. Wang, L. Zhang, N. Hu, Y. Wang, Y. Zhang, Z. Zhou, Y. Liu, S. Shen, and C. Peng, "Ammonia gas sensors based on chemically reduced graphene oxide sheets self-assembled on Au electrodes," Nanoscale Research Letters, vol. 9, pp. 1–12, 2014.

[15] N. Joshi, T. Hayasaka, Y. Liu, H. Liu, O. N. Oliveira, and L. Lin, "A review on chemiresistive room temperature gas sensors based on metal oxide nanostructures, graphene and 2D transition metal dichalcogenides," Microchimica Acta, vol. 185, 2018, Art. no. 213.

[16] Y. J. Kwon, A. Mirzaei, S. Y. Kang, M. S. Choi, J. H. Bang, S. S. Kim, and H. W. Kim, "Synthesis, characterization and gas sensing properties of ZnO-decorated MWCNTs," Applied Surface Science, vol. 413, pp. 242–252, 2017.

[17] J. H. Lee, A. Katoch, S. W. Choi, J. H. Kim, H. W. Kim, and S. S. Kim, "Extraordinary Improvement of Gas-Sensing Performances in SnO₂ Nanofibers Due to Creation of Local p – n Heterojunctions by Loading Reduced Graphene Oxide Nanosheets," ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 7, pp. 3101–3109, 2015.

[18] M. Dai, L. Zhao, H. Gao, P. Sun, F. Liu, S. Zhang, K. Shimanoe, N. Yamazoe, and G. Lu, "Hierarchical Assembly of α-Fe₂O₃ Nanorods on Multiwall Carbon Nanotubes as a High-Performance Sensing Material for Gas Sensors," ACS Applied Materials and Interfaces, vol. 9, pp. 8919–8928, 2017.

[19] P. G. Collins, "Extreme Oxygen Sensitivity of Electronic Properties of Carbon Nanotubes," Science, vol. 287, pp. 1801–1804, 2000.

[20] H. Tai, Z. Yuan, W. Zheng, Z. Ye, C. Liu, and X. Du, “ZnO Nanoparticles/Reduced Graphene Oxide Bilayer Thin Films for Improved NH₃-Sensing Performances at Room Temperature,” Nanoscale Research Letters, vol. 11, no. 1, pp. 1-8, 2016.

[21] M. Morsy, I. S.Yahia, H. Y. Zahran, F. Meng, and M. Ibrahim, “Portable and Battery Operated Ammonia Gas Sensor Based on CNTs/rGO/ZnO Nanocomposite,” Journal of Electronic Materials, vol. 48, pp. 7328-7335, 2019.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.7227

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ