Khảo sát ảnh hưởng của chất pha tạp lên tính chọn lọc khí của màng mỏng ZnO dùng để chế tạo cảm biến khí.

Abstract

Luận văn trình bày cách chế tạo màng mỏng ZnO và ZnO pha tạp các loại kim loại chuyển tiếp, đồng thời, trình bày những ảnh hưởng của các loại tạp chất này lên tính nhạy khí của vật liệu ZnO, đặc biệt là cải thiện đáng kể khả năng chọn lọc khí của vật liệu này. Như chúng ta đã biết, ZnO là một loại vật liệu rất được ưa chuộng, nghiên cứu trong lĩnh vực bán dẫn dò khí. Loại vật liệu này thể hiện nhiều ưu điểm như độ nhạy cao, khả năng đáp ứng tốt với sự thay đổi của môi trường khí xung quanh. Tuy vậy, khuyết điểm của loại vật liệu này là nhiệt độ hoạt động cao (từ 3000C đến 4000C), khả năng chọn lọc rất kém, tương tác với hầu như tất cả khí khử và khí oxi hóa tồn tại trong môi trường. Do đó, một trong những vấn đề mà các nhà khoa học quan tâm hàng đầu là làm thế nào để khắc phục hai nhược điểm trên của vật liệu ZnO. Luận văn sử dụng phương pháp dung dịch để chế tạo màng, do phương pháp này có nhiều ưu điểm như có thể điều khiển được quá trình hình thành tinh thể, định hướng tinh thể, kích thước hạt thông qua việc sử dụng dung môi, nhiệt độ nung mẫu, chất phụ gia, chất pha tạp, thông qua đó cải thiện khả năng dò khí của vật liệu. Song song đó, chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của các loại chất pha tạp lên tính chọn lọc khí của màng và thu được nhiều kết quả thú vị. Kết quả thực nghiệm cho thấy, mỗi loại tạp chất sẽ tác động lên cơ chế nhạy khí của màng theo một hướng khác nhau và cho khả năng lọc lựa tốt cả về độ nhạy lẫn thời gian đáp ứng và hồi phục của vật liệu. Hơn nữa, mỗi chất pha tạp sẽ tồi tại một nồng độ pha tạp giới hạn cho kết quả tối ưu, vượt qua giới hạn này, tính dò khí của vật liệu giảm xuống. Các kết quả thu được cụ thể như sau : -Vật liệu ZnO : Ni (1%at) cho khả năng lọc lựa khí acetone cao. -Vật liệu ZnO : Cr (6%at) cho khả năng lọc lựa khí 2-propanol cao. -Vật liệu ZnO : Sn (4%at) cho khả năng lọc lựa khí ethanol cao. Trong ba loại khí trên, dò khí acetone là một trong những phát hiện thú vị. Theo một số nghiên cứu gần đây của giới y khoa cho thấy, việc tồn tại acetone trong hơi thở liên quan với bệnh tiểu đường và một số bệnh về gan. Do đó, việc phát hiện nhanh acetone trong hơi thở cũng là một trong những phương pháp chuẩn đoán bệnh nhanh, hiệu quả. 12. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: ứng dụng cho những thiết bị y tế cầm tay để phát hiện các hơi acetone, 2-propanol trong hơi thở người, nhằm định bệnh nhanh và chính xác.