Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano Mở đầu Vật liệu ụ xớt bỏn dẫn đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong lĩnh vực chế tạo các linh kiện cảm biến. Các công trình khoa học nghiên cứu cũng như các sản phẩm trên cơ sở vật liệu loại này được công bố ngày càng nhiều. Hiện nay nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước tiếp tục khám phá nhằm đạt được các loại cảm biến có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu trong cuộc sống. Trong số đó, vật liệu SnO 2 tỏ ra là vật liệu có triển vọng cao và chiếm ưu thế trong các sản phẩm đã được thương mại hoá, đặc biệt là trong lĩnh vực cảm biến khí. Trong những năm gần đây, vật liệu có cấu trúc nano cho nhiều tính chất thú vị, mở ra con đường mới cho ngành khoa học vật liệu. Vật liệu cấu trúc nano có mặt ngày càng nhiều trong những sản phẩm chất lượng cao trên thị trường. Những năm gần đây nhu cầu về thiết bị báo cháy, báo độc đối với khí gas và khí hầm mỏ là hết sức cấp thiết. Vật liệu SnO 2 cấu trúc nano được biết đến như là loại vật liệu có thể sử dụng để chế tạo cảm biến loại khí này nên việc nghiên cứu công nghệ chế tạo rẻ tiền, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam là cần thiết. Mục tiêu của bản luận án đề ra là chế tạo thành công SnO 2 cấu trúc nano phục vụ cho việc chế tạo cảm biến nhạy khí, đồng thời khảo sỏt tớnh nhạy và sự phụ thuộc các yếu tố liên quan lên độ nhạy của vật liệu SnO 2 . Việc nghiên cứu này đặt tiền đề cho việc ra đời loại cảm biến giá rẻ, có tính chất tốt được sản xuất tại Việt Nam. Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 1 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano Chương 1 - TỔNG QUAN I. 1. Vật liệu SnO 2 và các phương pháp chế tạo I.1.1. Vật liệu SnO 2 I.1.1.1. Cấu trúc Khi nghiên cứu một vật liệu thì việc tìm hiểu cấu trúc là không thể thiếu. Vật liệu SnO 2 là vật liệu cổ điển và ở đây ta chỉ tóm tắt một số nột chính [1]. Vật liệu SnO 2 dạng pha rutile bền vững với cấu trúc tetragonal. Hình I.1 chỉ ra mô hình cấu trỳc ụ đơn vị của vật liệu này. Hình I.1. Mô hình cấu trúc ô đơn vị của vật liệu SnO 2  Cation Sn 4+ chiếm vị trí (0,0,0) và (1/2,1/2,1/2) trong ô cơ bản  Anion O 2- chiếm các vị trí ±(u,u,0) và ±(1/2+u,1/2-u,1/2) Trong đó u là thông số nội có giá trị 0,307  Thông số mạng: a=b= 4.7384 Å và c= 3.1871 Å  c/a =0.6726 Khi nghiên cứu vi cấu trúc của vật liệu SnO 2 người ta thường sử dụng các phương pháp phân tích, thông dụng là Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 2 Hình I.2. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu SnO 2 2θ ( 0 ) Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X. Hình I.2 đưa ra phổ nhiễu xạ tia X. Trờn hỡnh phổ nhiễu xạ với SnO 2 cho thấy xuất hiện pớc ứng với cường độ mạnh nhất ở góc 2θ = 26.54 tương ứng với mặt (110) và cỏc pớc cường độ mạnh tiếp theo tại 2θ = 51.7 ứng mặt (211) và 33.7 ứng mặt (101) [2]. I.1.1.2. Tính chất Vật liệu SnO 2 là bán dẫn loại n, có bề rộng vùng cấm là E g = 3.6 eV. Bản chất của mức donor là do các sai hỏng mạng ở dạng nút khuyết Oxy. Mức năng lượng của donor nằm ngay sỏt vựng dẫn (cỏch vựng dẫn từ 0.03÷0.15 eV) do đó nó bị ion hoá gần như hoàn toàn ở nhiệt độ thường [3]. Độ linh động của điện tử trong ụ xớt SnO 2 (µ) khoảng 160 cm 2 /V.s (µ=80 cm 2 /V.s ở 500K và 200 cm 2 /V.s ở 300K). SnO 2 có độ ổn định hoá và nhiệt cao. Chớnh vỡ tớnh ổn định hoá và nhiệt cao mà vật liệu SnO 2 hiện đang được nghiên cứu rộng rãi trong các ứng dụng làm cảm biến khí. I.1.2. Các phương pháp chế tạo SnO 2 I.1.2.1. Phương pháp sol gel Phương pháp sol gel được biết đến như là một phương pháp hoá học tốt tạo các hạt SnO 2 [4]. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như dễ làm, ổn định và có thể pha một số tạp tương đối dễ dàng và độ ổn định và đồng đều của vật liệu cao. Quá trình tạo SnO 2 gồm quá trình tạo sol và quá trình tạo gel. Sol là một dung dịch huyền phù bền vững của các hạt kích thước từ 10 -9 m đến 10 -6 m phân tán trong môi trường lỏng. Chuyển động Brown tạo nên độ bền của sol. Còn gel là hệ phân tán trong đó pha phân tán và môi trường phân tán đồng đều vào nhau. Để tạo vật liệu SnO 2 người ta thường đi từ muối như SnCl 4 cho phản ứng với NH 4 OH hay NH 4 HCO 3 [5]. Quy trình tạo sol SnO 2 đi từ SnCl 4 phản ứng với NH 4 OH được miêu tả như sau: SnCl 4 .5H 2 O + H 2 O → dung dịch SnCl 4 SnCl 4 + 4NH 4 OH → SnO 2 .nH 2 O + 4NH 4 Cl + (2-n)H 2 O (1.1) Dung dịch SnCl 4 thường được tính toán có nồng độ mol phù hợp (thông thường = 0.2M) sử dụng khi tạo gel được dễ dàng, gel không quá đậm đặc, dễ sử dụng cho các bước tiếp theo. Dung dịch NH 4 OH được nhỏ dần để đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn và đồng đều trong toàn dung dịch. Kết tủa sau phản ứng (wet gel) SnO 2 .nH 2 O được thu bằng phương pháp lọc hay lắng đọng bằng kỹ thuật ly tâm. Quá trình thu rửa gel ướt thường được Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 3 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano thực hiện vài lần để đảm bảo loại bỏ hết ion không cần thiết như ion Cl - . Sol được tạo bằng cách phân tán gel trong nước và khống chế pH phù hợp bằng dung dịch NH 4 OH. Tuỳ theo hàm lượng gel hay nói cách khác –hàm lượng SnO 2 mà ta có được các sol với nồng độ SnO 2 khác nhau. Các sol này có thể dùng để chế tạo màng nhờ kỹ thuật quay phủ ly tâm (spincoating) hoặc kỹ thuật nhỳng kộo (dipcoating). Dung dịch sol có thể để bay hơi thu dạng bột SnO 2 . Các bột này được xử lý nhiệt và hoà trộn với dung môi hữu cơ phù hợp tạo dạng keo để sử dụng trong việc chế tạo dạng màng dày hay dạng khối. I.1.2.2. Phương pháp phun bụi (Spray pyrolysis) Chất hoá học ban đầu thường là muối được làm thành hơi và được phun lên đế nhiệt, phản ứng nhiệt xảy ra và hình thành ụ xớt tinh thể nano trên đế [6]. Tạo SnO 2 thường theo quy trình: - Tạo dung dịch SnCl 4 và khống chế độ pH tối ưu. - Phun phủ dung dịch trên đế nóng để lắng đọng tạo hạt SnO 2 bỏm trên đế. - Xử lý nhiệt màng thu được tạo màng vật liệu SnO 2 mong muốn. I.1.2.3. Phương pháp vi sóng (microwave) Phương pháp vi súng dựng một chựm súng microwave chiếu vào dung dịch chứa muối SnCl 4 . Thông thường thỡ dựng súng cú tần số 2.54 GHz trong vài phút ta sẽ được bột SnO 2 pha tạp hoặc không pha tạp. Sau đó ta phải xử lý để tạo độ ổn định cần thiết bằng nhiệt, hay sóng. Phương pháp này có ưu điểm là giá thành rẻ, có thể sử dụng trong công nghiệp [7]. I.1.2.4. Phương pháp phún xạ (sputtering) Phương pháp phún xạ dựa trên sự bắn phá của chùm tia ion năng lượng cao vào bia chứa vật liệu lắng đọng. Cấu trúc oxit kim loại thu được phụ thuộc vào đế sử dụng cho quá trình lắng đọng. Phương pháp này có ưu điểm là cho phép điều khiển chính xác độ dày lớp bán dẫn [8]. I.1.2.5. Phương pháp ốc đảo và oxy hoá nhiệt (RGTO - Rheotaxial Growth and Thermal Oxidation) Phương pháp này có hai bước chính [9], đầu tiên kim loại Sn được bay hơi lên đế có nhiệt độ đế lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của Sn (Ts ằ 250 o C > Tm = 232 o C). Dưới điều kiện này, hơi Sn có xu hướng tạo thành từng đỏm cú hình dạng giọt cầu tách rời nhau. Trong bước kế tiếp, những giọt Sn được oxy hoá Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 4 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano bằng cách ủ nhiệt trong không khí với nhiệt độ trong giải từ 500-700 o C, và màng SnO 2 tinh thể được hình thành. Ngoài các kỹ thuật kể trên, màng mỏng SnO 2 có thể tạo bằng một số kỹ thuật khác như CVD, nhiệt hoá hơi bằng laser (Pulsed laser deposition) I.1.3. Các phương pháp pha tạp Trong việc nâng cao độ nhạy và đặc tính làm việc của cảm biến thì pha tạp là một vấn đề rất quan trọng. Hiện nay có nhiều phương pháp để pha tạp, mỗi phương pháp có đặc trưng riêng và nhiều vấn đề được quan tâm, tuy nhiên trong phần này ta chỉ giới thiệu những nột chớnh của một vài phương pháp có tính chất so sánh với phương pháp đã tiến hành thực nghiệm là phương pháp sol-gel. Chế tạo SnO 2 bằng phương pháp sol-gel cho ta dễ dàng đưa tạp vào, đồng thời các tạp phân bố có độ đồng đều cao. I.1.3.1. Phương pháp phun nhiệt, phún xạ Các phương pháp này đã được trình bày trong phần phương pháp chế tạo, cách chế tạo này dễ dàng để đưa các tạp vào trong thành phần [10]. Trong phương pháp phun nhiệt các chất thêm thường được đưa vào trong dung dịch nếu muốn các chất pha tạp có mặt đều trong vật liệu còn muốn các chất thêm chỉ ở trên bề mặt thì ta phun nhiệt dung dịch chất thêm khi đã thực hiện xong quá trình tạo SnO 2 . Trong trường hợp phún xạ, nếu muốn đưa tạp vào trong toàn vật liệu với một nồng độ xác định thì ta có thể dùng bia phún xạ tương ứng. Còn nếu chỉ muốn đưa tạp lên trên bề mặt vật liệu thì ta có thể cho phún xạ một kim loại pha tạp sau khi đã thực hiện xong vật liệu nền. I.1.3.2. Phương pháp cấy ion (Ion implantation) Trong phương pháp này tạp được đưa vào vật liệu nền bằng cách sau, đầu tiên tạo các ion của các chất cần thêm, sau đó gia tốc cho các ion này với một năng lượng lớn (100-200 keV) và bắn vào vật liệu cần đưa vào. Phương pháp này là một phương pháp hữu hiệu để đưa các tạp vào các vật liệu bán dẫn [11]. Với cách này ta có thể điều khiển nồng độ tạp ở tất cả các vị trí trong vật liệu nền bằng cách điều khiển năng lượng bắn ion. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là khá đắt tiền và khi thực hiện việc bắn phá vật liệu nền có thể gây ra các sai hỏng không mong muốn của vật liệu nền. Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 5 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano I.1.3.3. Phương pháp thấm (impregnation) Vấn đề chủ yếu của phương pháp này là làm bay hơi dung dịch kim loại ban đầu [12]. Dung dịch chứa ion kim loại cần đưa vào được trộn với bột ụ xớt bỏn dẫn và được làm bay hơi thành chất khô, theo cách đó muối của kim loại kết tủa từ dung dịch bão hoà. Như vậy, không cần nung chúng ta cũng có được trạng thái oxit của muối kim loại. I.1.3.4. Phương pháp điện hoá (Electroless) Phương pháp này dựa trên phản ứng điện hoá tự phát [13]. Do đó, khi muối kim loại của chất xúc tác được trộn với dung dịch khử thích hợp, kim loại được khử từ trạng thái oxi hoá trong muối thành kim loại khi cú cỏc điều kiện thích hợp. I.1.4. Các phương pháp tạo màng I.1.4.1. Phương pháp nhúng phủ (dip-coating) Dip-coating là một phương pháp tạo màng mỏng có độ đồng đều về bề dày khá hiệu quả. Mô tả quá trình tạo màng bằng phương pháp dip-coating như sau: Mẫu cần phủ màng có một đầu được gắn cố định với một mô tơ. Mô tơ có thể điều khiển quay ở các tốc độ quay khác nhau. Nhúng mẫu vào trong dung dịch sol (Hình I.3a), cho mô tơ quay và kéo từ từ mẫu lên với tốc độ nhỏ (Hình I.3b). Khi mẫu ra khỏi dung dịch kèm theo một lớp mỏng vật liệu bỏm trờn bề mặt mẫu (Hình I.3c). Độ nhớt của sol và tốc độ kéo được điều chỉnh để được màng mỏng mong muốn. Mẫu được lấy ra để xử lý các bước tiếp theo. Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 Hình I.3. Sơ đồ mô tả phương pháp dip -coating Mẫu a b c 6 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano I.1.4.2. Phương pháp quay phủ (spin-coating) Phương pháp quay phủ (spin-coating) là một phương pháp khỏ thụng dụng trong việc chế tạo màng mỏng. Phương pháp này cho độ đồng đều về bề mặt khá tốt. Đây là phương pháp thường được chọn để tạo màng với chiều dày màng nhỏ. Phương pháp này tỏ ra hiệu quả đơn giản và nhanh chóng. Mô tả quá trình tạo màng của phương pháp spin-coating theo hình I.4. Hình I.4. Sơ đồ mô tả phương pháp spin-coating Mẫu cần tạo màng được đặt lên một mâm đỡ và được giữ cố định nhờ hệ thống hỳt chõn khụng của máy. Dung dịch của vật liệu cần phủ được nhỏ lên mẫu, mâm và mẫu được quay với tốc độ cao, dung dịch bị văng ra và chỉ còn giữ một lớp màng mỏng trên mẫu. Tốc độ quay và thời gian quay được điều khiển để được màng mong muốn. Mẫu được lấy ra khỏi mâm để thực hiện các buớc xử lý tiếp theo. I.1.4.3. Phương pháp in lưới (screen printing) Phương pháp in lưới là phương pháp chủ yếu để chế tạo màng dày. Đầu tiên vật liệu được tạo ra dưới dạng bột mịn, sau đó được trộn với một dung môi thích hợp để tạo dạng keo. Trong kỹ thuật in lưới người ta thường phải tạo trước mặt nạ (mask) để mở cửa sổ không gian trờn vựng cần phủ vật liệu. Vật liệu dạng keo được phết trên bề mặt lưới sau đó thông qua hệ thống cần gạt để nén vật liệu qua khe mặt nạ. Vật liệu sẽ thấm qua mask và in lên trên bề mặt đế. Phương pháp này có ưu điểm chế tạo màng dày đồng đều và nhanh chóng, kỹ thuật đơn giản và tiện lợi. Màng thường có độ dày từ vài micro mét đến hàng trăm micro mét. Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 7 Dung dịch sol Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano I.2. Cảm biến khí và cỏc thụng số đặc trưng I.2.1. Cảm biến khí I.2.1.1. Giới thiệu chung Cảm biến khí và lĩnh vực cảm biến đang ngày càng có một tầm quan trọng trong cuộc sống. Từ khi tác giả đầu tiên là Seijama và Taguchi tiến hành nghiên cứu và ứng dụng đưa vào cuộc sống năm 1962, cảm biến khớ đó lôi kéo được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Khi công nghiệp tự động hoá ngày càng nhiều, môi trường sống và làm việc cần được bảo đảm an toàn hơn thì lĩnh vực cảm biến là một phần không thể thiếu, trong đó có cảm biến khớ. Cỏc lĩnh vực mà cảm biến đóng một vai trò quan trọng như trong y học, trong an toàn, trong kiểm tra chất lượng khí trong nhà, điều kiển môi trường, trong sản xuất công nghiệp,… Việc chế tạo cảm biến dựa trên nhiều nguyên lý khác nhau: thay đổi trở kháng, điện hoá, quang, quang hóa, quang điện hóa, hiệu ứng từ,… Tuy nhiên cảm biến thay đổi điện kháng mà chủ yếu là điện trở đã và đang sử dụng rộng rãi với một vài ưu điểm của nó như đơn giản, rẻ tiền,… Trong các loại vật liệu để chế tạo cảm biến thay đổi độ dẫn thì vật liệu oxide bán dẫn được dùng rộng rãi nhất. Đặc biệt là SnO 2 có khả năng nhạy với nhiều khí khác nhau. Để tăng khả năng nhạy và tính chọn lọc thì ta thường pha thêm các tạp chất. Thông thường nhiệt độ làm việc của bán dẫn loại này rất khác nhau đối với từng loại khí cần đo [14]. Bảng 1 tổng hợp các loại pha tạp và khoảng nhiệt độ làm việc với từng loại khí của vật liệu SnO 2 . Các số liệu chỉ ra trên bảng 1 cho chúng ta thấy với mỗi loại khí thường có một dải nhiệt độ làm việc tối ưu do vậy trong linh kiện cần dùng đến lò vi nhiệt. Màng dày SnO 2 không pha tạp nhạy khí CH 4 ở dải nhiệt độ khoảng 500 o C trong khi đó nếu pha tạp thêm Pd dải nhiệt độ làm việc tối ưu đã mở rộng hơn và có thể cho độ nhạy cao ở nhiệt độ thấp cỡ 380 o C. Việc pha tạp thờm cỏc nguyờn tố vào đã làm thay đổi dải nhiệt độ làm việc tối ưu và điều này đúng với nhiều loại khí và nhiều loại tạp khác nhau. Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 8 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano Bảng 1. Khoảng nhiệt độ làm việc và loại tạp và công nghệ chế tạo của cảm biến dựa trên vật liệu SnO 2 đối với các loại khí khác nhau Loại khí Cấu tạo vật liệu Khoảng nhiệt độ làm việc( o C) H 2 Gốm SnO 2 (SO 2 ) 370-420 Sợi SnO 2 500-520 SnO 2 [Pd] 120-500 Gốm SnO 2 [Ag] 30-130 NH 3 Màng dày SnO 2 250-320 Màng dày SnO 2 +ThO+SiO 2 180-220 Màng dày SnO 2 [Pd,Cu] 100-220 Màng dày SnO 2 [Pt] 90-200 Đơn tinh thể SnO 2 [thuần, Sb, Gd] 300-700 Màng dày SnO 2 [Sb,Pt] 30-300 CH 3 COOH SnO 2 thuần hoặc pha Pd 100-500 C 2 H 5 OH Màng dày SnO 2 290-310 CH 4 , LPG, Hydrocarbon Màng dày SnO 2 500 Màng dày SnO 2 [Pd] 390-480 Gốm SnO 2 310-410 AsH 3 Màng SnO 2 420 H 2 S Màng dày SnO 2 120 NO 2 , NO Màng SnO 2 100-200 Màng dày SnO 2 [Bi 2 O 3 ] 200-400 Màng dày SnO 2 [Pd] 200-310 Màng mỏng SnO 2 [Cd] 220-400 Màng mỏng SnO 2 [In,Al,Pt] 30-400 CCl 4 Màng dày SnO 2 [Pd] 200 CO 2 SnO 2 [Li 2 O 3 ] 400 Trong thực tế do yêu cầu công việc đối với mỗi loại khí ta cần phải khảo sát nồng độ của nó trong một dải nhất định. Ví dụ như trong lĩnh vực an toàn thì ta chỉ sẽ phải quan tâm đến khoảng nồng độ khí đạt trong khoảng an toàn, hay trong y học thì ta chỉ chú ý đến khoảng nồng độ có thể gây bệnh, Người ta đã tổng kết các khoảng nồng độ đối với các loại khí khác nhau như bảng 2. Bảng 2. Dải nồng độ được quan tâm của cỏc khớ [15]. Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 9 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano Từ các khảo sỏt trờn của các nhà khoa học ta có thể chọn được cách thức và định hướng cho nghiờn cứu một cách hiệu quả hơn. Ta sẽ xem xét cỏc khớa cạnh khác của một cảm biến điện trở trong các phần sau. I.2.1.2. Cấu tạo của cảm biến khí dạng điện trở Các nhà nghiên cứu về cảm biến khí dạng điện trở đã đưa ra nhiều hình dạng và kiểu dáng khác nhau [15]. Thông thường cảm biến khí điện trở được phân ra làm hai loại chính: cảm biến khí dạng khối và cảm biến khí dạng màng (màng dày cỡ vài µm đến vài chục µm, màng mỏng cỡ vài trăm nm). Hình I.5 đưa ra các dạng lớp vật liệu nhạy khớ trờn cơ sở vật liệu oxide bán dẫn. Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN- VLKT-K45 10 [...]... độ nhạy và giảm thời gian hồi đáp của vật liệu lên đáng kể Người ta đưa ra 2 cơ chế nhạy bề mặt là cơ chế nhạy hoá và cơ chế nhạy điện tử và được mô tả như hình I.13 Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 17 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano Hình I.13 Cơ chế nhạy hoá và nhạy điện tử của các tạp thêm vào + Cơ chế nhạy hoá Cơ chế nhạy hoá học xẩy ra theo hiệu ứng tràn... phương pháp để xác định cấu trúc của vật liệu Nguyên tắc đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) là hiện tượng tán xạ Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 22 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano của tia Rơn-gen bởi cỏc nguyờn tử trong tinh thể Các tia tán xạ này giao thoa với nhau và tạo ảnh nhiễu xạ tia X Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể cấu tạo từ những nguyên tử... VLKT-K45 15 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano Độ nhạy (Ra/Rg) cổ ở trên Độ nhạy không cao lắm - Khi D>>2L thì lúc này ảnh hưởng của cổ không nhiều bằng ảnh hưởng của biờn cỏc hạt Độ nhạy phụ thuộc vào biên giới hạt Độ nhay thấp Hình I.11 chỉ ra số liệu thực nghiệm đã được nghiên cứu trên cơ sở vật liệu SnO2 khi khảo sát với khí CO và khí H2 [3] Hình I.11... tiền và dễ dàng đưa vào các tạp chất Quá trình được thực hiện qua hai công đoạn chính: quá trình tạo gel và quá trình tạo sol II.3.2.1 Quá trình tạo gel - Lấy 100 g SnCl4 độ sạch 99%, pha vào 1400 ml nước để tạo dung dịch có nồng độ 0.2M - Khuấy ở nhiệt độ phòng trong thời gian 15 phút để tạo dung dịch SnCl 4 Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 29 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2. .. địa hình bề mặt mẫu, tính dẫn điện, cấu trúc điện tử và cấu trỳc nguyờn tử bề mặt Kính hiển vi lực nguyên tử dựa trên lực nguyên tử khi cỏc nguyờn tử của mũi dò và mẫu gần nhau Lực này có thể là lực hút khi hai nguyên tử đủ gần nhau và là lực đẩy khi hai nguyên tử xa nhau Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 24 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano Kính hiển vi lực... khi thực hiện quá trình tạo vật liệu tụi đó tiến hành xây dựng các hệ thí nghiệm, trong đó có hệ lọc mẫu Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 28 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano II.3.1 Xây dựng hệ lọc mẫu Quá trình tạo SnO2 từ muối SnCl4 bằng phương pháp sol-gel sẽ có lẫn nhiều ion Cl- vì vậy ta cần phải lọc mẫu nhiều lần để loại ion này và các ion hòa tan khác... cũng thay đổi theo Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 20 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano I.3 Các kỹ thuật dùng trong nghiên cứu I.3.1 Phương pháp phõn tích nhiệt Tính chất vật lý của các mẫu được xác định như một hàm của nhiệt độ, trong đó mẫu chịu tác dụng của sự thay đổi nhiệt độ có kiểm soỏt Tớnh chất được xác định bao gồm: nhiệt độ chuyển pha, khối lượng... lệ % của SnO2 trong gel Ta thực hiện như sau: Lấy 1.24 g wet gel → nung ở 400oC trong 1giờ →được 0.386 g SnO2 Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 30 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano ⇒ Tỷ lệ SnO2 là: 0.386 ≈ 31% 1.24 - Khi đã biết tỷ lệ SnO2 trong gel thì ta xác định được lượng gel cần để pha thành một lượng sol có nồng độ SnO2 xác định Ví dụ: khi cần tạo 80 ml... tiếng và được cất trong lọ tối Sau khi cú cỏc dung dịch muối ta tiến hành pha các muối này vào sol SnO 2 Kết quả tính tính toán để tạo thành các sol pha tạp được thực hiện như bảng sau: Dung dịch pha tạp 1%wt CuO Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 Dung dịch SnO2 (5%wt) 10 ml 31 Dung dịch muối tương ứng 0.629 ml Cu(NO3)2 0.1M Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano. .. thước hạt hay kích thước lỗ xốp cũng rất quan trọng Với mỗi loại khí cần khảo sát chúng ta cần đưa ra quy trình chế tạo và xử lý vật liệu thích hợp để có thể đạt được kích thước hạt tối ưu Nguyễn Anh Phúc Đức VLKT-K45 16 Lớp KSTN- Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO2 cấu trúc nano I.2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc Nhiệt độ làm việc là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến độ nhạy của . Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano Mở đầu Vật liệu ụ xớt bỏn dẫn đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong lĩnh vực chế tạo các linh. KSTN- VLKT-K45 8 Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO 2 cấu trúc nano Bảng 1. Khoảng nhiệt độ làm việc và loại tạp và công nghệ chế tạo của cảm biến dựa trên vật liệu SnO 2 đối. liệu SnO 2 cấu trúc nano Chương 1 - TỔNG QUAN I. 1. Vật liệu SnO 2 và các phương pháp chế tạo I.1.1. Vật liệu SnO 2 I.1.1.1. Cấu trúc Khi nghiên cứu một vật liệu thì việc tìm hiểu cấu trúc