Đang tải... (xem toàn văn)
Luận án NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE TRÊN NỀN POLYANILINE VÀ POLYPYRROLE Tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm giá thành sản phẩm và nâng cao hiệu suất của thiết bị, linh kiện để phục vụ tốt hơn nhu cầu của con người là xu hướng phát triển của khoa học và công nghệ. Mục tiêu phát triển đó phụ thuộc vào khả năng tổng hợp vật liệu chức năng thích hợp và sự gia công chế tạo linh kiện, thiết bị có kích thước nhỏ.
i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU xi MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 5 1.1 POLYANILINE 5 1.1.1 Giới thiệu 5 1.1.2 Tổng hợp polyaniline 6 1.1.3 Tính chất của polyaniline 10 1.1.4 Ứng dụng của polyaniline 14 1.2 POLYPYRROLE 17 1.2.1 Giới thiệu 17 1.2.2 Tổng hợp polypyrrole 19 1.2.3 Tính chất của polypyrrole 21 1.2.4 Ứng dụng của polypyrrole 22 1.3 TITANIUM DIOXIDE (TiO 2 ) 25 1.3.1 Giới thiệu 25 1.3.2 Tính chất của TiO 2 25 1.3.3 Ứng dụng của TiO 2 26 1.4 ỐNG CÁC BON NANO ĐƠN VÁCH (SWNTs) 28 1.4.1 Giới thiệu 28 1.4.2 Tính chất của SWNTs 28 1.4.3 Ứng dụng của SWNTs 30 1.5 NANOCOMPOSITE CỦA POLYANILINE VÀ POLYPYRROLE 31 1.5.1 Nanocomposite giữa polyaniline và titanium dioxide 32 1.5.2 Nanocomposite giữa polyaniline và ống các bon nano đơn vách 35 1.5.3 Nanocomposite giữa polypyrrole với ống các bon nano đơn vách 37 Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU 40 ii 2.1 MỞ ĐẦU 40 2.2 PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO NANOCOMPOSITE TRÊN NỀN POLYANILINE VÀ POLYPYRROLE 40 2.2.1 Phƣơng pháp cơ học 40 2.2.2 Phƣơng pháp hóa học 41 2.2.3 Phƣơng pháp điện hóa 42 2.2.4 Các kỹ thuật đo khảo sát các tính chất vật liệu NCPs trên nền PANi và PPy 42 2.3 THỰC NGHIỆM 46 2.3.1 Hóa chất và thiết bị 46 2.3.2 Sơ đồ tổng hợp nanocomposite của polyaniline với TiO 2 48 2.3.3 Sơ đồ tổng hợp nanocomposite của polyaniline với ống các bon nano đơn vách . 49 2.3.4 Sơ đồ tổng hợp nanocomposite của polypyrrole với ống các bon nano đơn vách 50 2.4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51 2.4.1 Hình thái bề mặt màng 51 2.4.2 Đặc trƣng cấu trúc điện tử của vật liệu nanocomposite 58 Chƣơng 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TITANIUM DIOXIDE LÊN TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA POLYANiLINE 69 3.1 MỞ ĐẦU 69 3.2 CẢM BIẾN KHÍ 70 3.2.1 Khái niệm cảm biến khí 70 3.2.2 Cơ chế nhạy khí của nanocomposite trên nền polyaniline 71 3.3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐẶC TRƢNG NHẠY KHÍ CỦA NANOCOMPOSITE GIỮA POLYANILINE VÀ TiO 2 72 3.3.1 Phƣơng pháp đo đặc trƣng nhạy khí 72 3.3.2 Đặc trƣng nhạy khí NH 3 của nanocomposite PANi/TiO 2 73 3.3.3 Kết quả đo độ nhạy khí ôxy của nanocomposite PANi/TiO 2 87 Chƣơng 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ỐNG CÁC BON NANO ĐƠN VÁCH LÊN TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA POLYANILINE VÀ POLYPYRROLE 94 4.1 MỞ ĐẦU 94 4.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA NANOCOMPOSITE GIỮA POLYANILINE VỚI ỐNG CÁC BON NANO ĐƠN VÁCH 97 iii 4.2.1 Tính chất nhạy khí NH 3 của nanocomposite PANi/SWNTs 97 4.2.2 Kết quả đặc trƣng nhạy khí O 2 của nanocomposite PANi/SWNTs 100 4.2.3 Ảnh hƣởng của độ dày lớp vật liệu PANi/SWNTs lên độ nhạy khí 103 4.3 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE GIỮA POLYPYRROLE VỚI ỐNG CÁC BON NANO ĐƠN VÁCH 104 4.3.1 Tính chất nhạy khí NH 3 của nanocomposite PPy/SWNTs 104 4.3.2 Ảnh hƣởng của độ dày PPy/SWNTs lên tính chất nhạy khí NH 3 107 4.3.3 Ảnh hƣởng của tỷ lệ khối lƣợng SWNTs lên độ nhạy NH 3 của PPy/SWNTs 108 4.3.4 Sự phụ thuộc độ nhạy PPy/SWNTs theo nồng độ khí NH 3 109 4.3.5 Tính chất nhạy khí O 2 của vật liệu nanocomposite PPy/SWNTs 110 ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 118 DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Các chữ viết tắt Ký hiệu Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh CNTs Ống các bon nano Carbon nanotubes SWNTs Ống các bon nano đơn vách Single- walled carbon nanotubes FESEM Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng Field emission scanning electron microscope FTIR Phổ hồng ngoại khai triển Fourier Fourier transform infrared TEM Hiển vi điện tử truyền qua Transmission electron microscopy SEM Hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope XRD Nhiễu xạ tia X X-ray diffraction Đ.v.t.đ Đơn vị tƣơng đối Arbitrary units CPs Polyme dẫn Conducting polymers ANi Aniline Aniline PANi Polyaniline Polyaniline ES Muối emeraldine Emaraldine salt EB Bazơ emeraldine Emeraldine base Py Pyrrole Pyrrole PPy Polypyrrole Polypyrrole TiO 2 Titan điôxít Titanium dioxide HOMO Orbital phân tử bị chiếm cao nhất Highest occupied molecular orbital LUMO Orbital phân tử không bị chiếm thấp nhất Lowest unoccupied molecular orbital VB Vùng hoá trị Valence band CB Vùng dẫn Conduction band APS Ammonium Peroxy Disulfate Ammonium Peroxy Disulfate BET Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt theo khối lƣợng Brunauer-Emmett-Teller (BET) method Dono Chất cho Donor Accepto Chất nhận Acceptor UV Tia tử ngoại Ultra Violet Vis Ánh sáng nhìn thấy Visible light 2. Các ký hiệu Ký hiệu Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh Bƣớc sóng Wavelength Góc teta Theta v M W Khối lƣợng phân tử Molecular weight R g Điện trở màng khi có khí thử Resistances of the sensitive film in a measuring gas R 0 Điện trở màng khi không có khí thử Resistances of the sensitive film in clean air S Độ nhạy Sensitivity E F Năng lƣợng Fecmi Fermi energy e Điện tử Electron E Năng lƣợng Energy E V Năng lƣợng vùng hóa trị Valence band energy E C Năng lƣợng vùng dẫn Conduction band energy E g Năng lƣợng vùng cấm Band gap energy ex Bƣớc sóng kích thích Excitation wavelength p Bán dẫn loại p p- type semiconductor n Bán dẫn loại n n- type semiconductor vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Công thức cấu tạo của polyaniline 5 Hình 1.2. Công thức cấu tạo các trạng thái của PANi: a) trạng thái khử, b) trạng thái ô xy hóa một nửa, c) trạng thái ô xy hóa hoàn toàn 6 Hình 1.3. a) Dạng cation gốc của aniline, b) Các dạng cộng hưởng của cation gốc aniline 7 Hình 1.4. Dạng dime và dạng gốc cation dime 7 Hình 1.5. Quá trình hình thành polyaniline 8 Hình 1.6. Ảnh SEM sản phẩm của ANi (0,2 mol/L) trong quá trình ôxy hóa bằng APS: a) trong môi trường amoniac, b) trong nước , c) trong 0,4 M axetic axít, d) trong HCl, e) vô định hình của PANi (0,2mol/L, 0,05mol/L APS ở pH>3,5, f) PANi (0,2mol/L trong 0,4M axít axetic với 0,25mol/L APS ở pH~2,5-3 8 Hình 1.7. Sự hình thành polaron và bipolaron của PANi khi có pha tạp axít HX 12 Hình 1.8. Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng của PANi 13 Hình 1.9. Ảnh SEM và TEM của sợi nano polyaniline được trùng hợp trong môi trường HCl 15 Hình 1.10. Phản ứng của sợi nano polyaniline với khí NO 2 ở nồng độ: (a) 10 ppm (b) 50 ppm (c) 100 ppm (d) 200 ppm. Không khí khô được bơm ở 100 s, sau đó bơm khí NO 2 trong 1800 s 15 Hình 1.11. Ảnh SEM của sợi nano PANi (trái) và mặt cắt ngang một phần màng PANi (phải) 16 Hình 1.12. Cấu trúc hóa học của PPy: a) dạng tự nhiên, b) dạng quinoid, c) dạng polaron, d) dạng bipolaron 17 Hình 1.13. Cấu trúc vùng năng lượng PPy: a) tự nhiên, b) polaron, c) bipolaron, d) ôxy hóa hoàn toàn 18 Hình 1.14. Sơ đồ trùng hợp PPy bằng phương pháp hóa học sử dụng FeCl 3 19 Hình 1.15. a) Ảnh SEM của PPy thuần trong nước: điều kiện phản ứng (FeCl 3 =48 g/l, Py 14,9.10 -2 mol/l b) Ảnh SEM của PPy thuần trong methanol: điều kiện phản ứng (FeCl 3 =48 g/l, Py 14,9.10 -2 mol/l thể tích 100 ml, phản ứng 5 giờ ở nhiệt độ phòng 20 Hình 1.16. Quá trình biến đổi giữa trạng thái ôxy hóa và khử của PPy 22 Hình 1.17. Ảnh SEM của: (a) PPy thuần, (b) PPy sử dụng tạp chất p-TS với APS là chất ôxy hóa 23 Hình 1.18. Sơ đồ minh họa và ảnh chụp hiển vi quang học của một mảng vi điện cực vàng trên bề mặt thủy tinh 23 vii Hình 1.19. Ảnh SEM của PPy/FeCl 3 với tỷ lệ 0,429 và 4,29 24 Hình 1.20. Đồ thị độ nhạy cảm biến PPy-I và PPy-II a) ở 100, 400 và 700 ppm, b) theo nồng độ CO 2 ở nhiệt độ phòng 24 Hình 1.21. Ảnh SEM của TiO 2 và mặt cắt ngang của màng TiO 2 27 Hình 1.22. Độ nhạy khí CO của màng TiO 2 (độ dày màng 250 và 1000 nm) phủ trên điện cực khác nhau ở 200, 250 và 300 0 C 27 Hình 1.23. Ảnh TEM của SWNTs a) đã tinh chế, b) đã lọc 30 Hình 1.24. Độ nhạy của SWNTs theo nồng độ khí NH 3 và NO 2 31 Hình 1.25. Độ nhạy khí của SWNTs, PEDOT T:PSS phủ trên SWNTs 31 Hình 1.26. Ảnh SEM của màng: a) PANi, b) PANi/TiO 2 , c) PANi/SnO 2 và d) PANi/In 2 O 3 33 Hình 1.27. Ảnh hiển vi điện tử quét của màng: a) PANi, b) - e) PANi/TiO 2 (20-50 % khối lượng) và f) TiO 2 33 Hình 1.28. Ảnh SEM của sợi composite PANi/TiO 2 với tỷ lệ TiO 2 : P1 là 61,26 %, P5 là 40,7 % và P5 là 28,13 % 34 Hình 1.29. Đáp ứng của sợi composite PANi/TiO 2 với khí NH 3 34 Hình 1.30. Sự thay đổi điện trở của cảm biến ở nhiệt độ phòng: a) 35 ppm NH 3 , b) 80 ppm CO 36 Hình 1.31. Sự thay đổi điện trở thay đổi trong cảm biến như một hàm của thời gian ở nhiệt độ phòng với nồng độ khác nhau của hỗn hợp khí NH 3 và CO 36 Hình 1.32. Ảnh SEM và phân bố kích thích của PPy/CNTs với tỷ lệ khối lượng: a) 30/3, b) 20/3 38 Hình 1.33. Đồ thị độ nhạy PPy/SWNTs với khí NO 2 ở nồng độ 3000 ppm 38 Hình 2.1. Cơ chế đo phổ IR 45 Hình 2.2. Điện cực dùng để đo nhạy khí: a) chưa phủ, b) sau khi phủ CPs 47 Hình 2.3. a) Sơ đồ hệ đo độ nhạy khí, b) Mạch điện đo điện trở của cảm biến dựa trên nguồn thế 47 Hình 2.4. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite PANi/TiO 2 48 Hình 2.5. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite PANi/SWNTs 49 Hình 2.6. Sơ đồ tổng hợp nanocomposite PPy/SWNTs 50 Hình 2.7. Ảnh SEM của màng TiO 2 51 Hình 2.8. Ảnh TEM của TiO 2 51 Hình 2.9. Ảnh SEM của màng PANi 52 Hình 2.10. Ảnh TEM của PANi 52 viii Hình 2.11. Ảnh SEM của nanocomposite PANi/TiO 2 : a) 10 % TiO 2 , b) 50 % TiO 2 53 Hình 2.12. Ảnh TEM của nanocomposite PANi/TiO 2 ; a) 10 % TiO 2 , b) 50 % TiO 2 54 Hình 2.13. Ảnh SEM của SWNTs 54 Hình 2.14. Ảnh TEM của SWNTs 55 Hình 2.15. Ảnh SEM của màng nanocomposite PANi/SWNTs 55 Hình 2.16. Ảnh TEM của nanocomposite PANi/SWNTs 56 Hình 2.17. a) Ảnh SEM, b) ảnh TEM của PPy 56 Hình 2.18. Ảnh SEM của: a) PPy, b) SWNTs và c) composite PPy/SWNTs 57 Hình 2.19. Ảnh TEM của: a) SWNTs, b) nanocomposite PPy/SWNTs, c) hình phóng to cấu trúc lõi- vỏ của PPy và SWNTs 57 Hình 2.20. Phổ hồng ngoại của PANi 58 Hình 2.21. Phổ hồng ngoại của nanocomposite PANi/TiO 2 60 Hình 2.22. Phổ hồng ngoại của nanocomposite PANi/SWNTs 61 Hình 2.23. Phổ hồng ngoại của PPy 62 Hình 2.24. Phổ hồng ngoại của nanocomposite PPy/SWNTs 63 Hình 2.25. Phổ Raman của PANi và PANi/TiO 2 với bước sóng kích thích là 1064 nm 64 Hình 2.26. Phổ Raman của: a) SWNTs, b) PANi, c) PANi/SWNTs với bước sóng kích thích 633 nm 65 Hình 2.27. Phổ Raman của: a) PPy, b) PPy/SWNTs, c) SWNTs, d) AP- Grade SWNTs với bước sóng kích thích là 1064 nm 66 Hình 3.1. Cấu hình cơ bản của cảm biến khí trên cơ sở độ dẫn điện 71 Hình 3.2. Quá trình proton hóa của muối PANi với HCl 72 Hình 3.3. Cách tính thời gian đáp ứng và hồi phục của các mẫu chế tạo ở nhiệt độ phòng 73 Hình 3.4. Sự thay đổi điện trở của màng nanocomposite 74 Hình 3.5. Mặt cắt ngang của PANi thuần trên điện cực Pt 75 Hình 3.6. Độ nhạy khí NH 3 ở nhiệt độ phòng của: a) PANi ở 20 ppm, b) PANi theo nồng độ 75 Hình 3.7. Phương trình biểu diễn quá trình hấp phụ khí NH 3 và điện trở của PANi 76 Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng sự hấp phụ và giải hấp phụ khí NH 3 của chuỗi PANi 77 Hình 3.9. Phương trình biểu diễn quá trình giải hấp phụ khí NH 3 và điện trở của PANi 77 Hình 3.10. Ảnh SEM mặt cắt ngang của nanocomposite PANi/TiO 2 trên điện cực Pt 78 ix Hình 3.11. Độ nhạy khí NH 3 nồng độ 20 ppm ở nhiệt độ phòng của PANi/TiO 2 (40 % TiO 2 ) với chiều dày màng 1,2 m 78 Hình 3.12. Độ nhạy của PANi/TiO 2 (40 % TiO 2 ) và PANi theo nồng độ khí NH 3 ở nhiệt độ phòng 79 Hình 3.13. Độ nhạy khí NH 3 40 ppm ở nhiệt độ phòng của nanocomposite PANi/TiO 2 theo tỷ lệ phần trăm khối lượng TiO 2 80 Hình 3.14. Độ nhạy khí NH 3 100 ppm ở nhiệt độ phòng của PANi/TiO 2 theo tỷ lệ phần trăm khối lượng TiO 2 với chiều dày màng khoảng 1,2 m 80 Hình 3.15. Giản đồ XRD của: a) TiO 2 , b) PANi thuần, c) PANi/TiO 2 81 Hình 3.16. Ảnh SEM của a) PANi thuần, b) PANi/TiO 2 82 Hình 3.17. Ảnh SEM mặt cắt ngang trên điện cực của a) PANi thuần, b) PANi/TiO 2 83 Hình 3.18. Sơ đồ mạch kích thước nano của chuyển tiếp dị chất p-n như một khóa để điều khiển lưu lượng điện tích trong sợi TiO 2 [52] 83 Hình 3.19. Sơ đồ mô phỏng mạch của cấu trúc sợi nanocomposite PANi/TiO 2 84 Hình 3.20. Ảnh SEM của PANi/TiO 2 với: a) 10 % , b) 30 %, c) 50 % TiO 2 85 Hình 3.21. Sự phụ thuộc độ nhạy nanocomposite PANi/TiO 2 theo độ dày trên điện cực 85 Hình 3.22. Sự thay đổi độ nhạy theo thời gian của PANi/TiO 2 ở 80 ppm NH 3 86 Hình 3.23. Độ nhạy của PANi/TiO 2 (50 % TiO 2 ) với chiều dày màng 1,2 m ở nhiệt độ phòng khi nồng độ O 2 thay đổi 0 21 % thể tích 87 Hình 3.24. Đồ thị sự thay đổi độ nhạy ở nhiệt độ phòng của nanocomposite PANi/TiO 2 khi tỷ lệ phần trăm khối lượng TiO 2 khác nhau với khí O 2 có nồng độ thay đổi 0 21 % thể tích 88 Hình 3.25. Độ nhạy khí O 2 có nồng độ thay đổi 0 21 % thể tích ở nhiệt độ phòng của nanocomposite PANi/TiO 2 có chiều dày màng 1,2 m theo tỷ lệ phần trăm khối lượng TiO 2 89 Hình 3.26. Phổ hấp thụ UV-Vis của PANi/TiO 2 với tỷ lệ phần trăm khối lượng TiO 2 khác nhau 89 Hình 3.27. Sơ đồ cấu trúc năng lượng cho nanocomposite của PANi và TiO 2 90 Hình 3.28. Sự thay đổi trong điện trở màng cảm biến (a) PANi và (b) TiO 2 /PANi theo thời gian khi tiếp xúc với khí H 2 ở nhiệt độ phòng 90 Hình 3.29. Ảnh hưởng độ dày PANi/TiO 2 trên điện cực lên độ nhạy khí O 2 ở nhiệt độ phòng 91 Hình 4.1. Sự thay đổi điện trở của màng SWNTs ở nhiệt độ 290 K 94 x Hình 4.2. Sự biến đổi điện trở của màng cảm biến SWNTs và SWNTs/PPy ở 50 ppm NH 3 95 Hình 4.3. Cơ chế tổng hợp bằng chất ôxy hóa APS của: a) PANi, b) PPy 96 Hình 4.4. Sơ đồ minh họa sự hấp phụ khí NH 3 của vật liệu composite PANi/SWNTs 97 Hình 4.5. Độ nhạy ở nhiệt độ phòng của PANi và PANi/SWNTs theo nồng độ khí NH 3 98 Hình 4.6. Độ nhạy với 80 ppm NH 3 của nanocomposite PANi/SWNTs và PANi theo thời gian 99 Hình 4.7. Độ nhạy ở nhiệt độ phòng của PANi và nanocomposite PANi/SWNTs khi áp suất riêng phần ôxy thay đổi (P: hút, O mở bơm) 100 Hình 4.8. Ảnh SEM của a) PANi thuần và b) PANi/SWNTs ở độ phòng đại 50 000 lần 102 Hình 4.9. Ảnh SEM mặt cắt ngang của a) PANi thuần và b) PANi/SWNTs 102 Hình 4.10. Sự phụ thuộc độ nhạy khí NH 3 và O 2 theo độ dày của PANi/SWNTs 103 Hình 4.11. Độ nhạy ở nhiệt độ phòng của PPy, SWNTs thuần và nanocomposite PPy/SWNTs ở nồng độ 750 ppm NH 3 (A: NH 3 bơm khí, B: NH 3 mở thông với không khí) 104 Hình 4.12. Phương trình biểu diễn sự hấp phụ, giải hấp phụ và điện trở của PPy 105 Hình 4.13. Độ nhạy khí NH 3 ở nhiệt độ phòng của PANi và PPy thuần ở các nồng độ khác nhau 107 Hình 4.14. Sự phụ thuộc độ nhạy theo độ dày PPy/SWNTs ở 180 ppm NH 3 ở nhiệt độ phòng 107 Hình 4.15. Độ nhạy khí NH 3 ở 120 và 200 ppm ở nhiệt độ phòng của PPy/SWNTs theo tỷ lệ phần trăm khối lượng SWNTs 108 Hình 4.16. Độ nhạy của PPy/SWNTs (3 % SWNTs), PPy và SWNTs thuần theo nồng độ khí NH 3 ở nhiệt độ phòng 109 Hình 4.17. Độ nhạy O 2 ở nhiệt độ phòng của PPy, PPy/SWNTs trong không khí (P: hút khí, O mở thông khí quyển) 111 Hình 4.18. Mô hình cấu trúc PPy/SWNTs được tổng hợp bằng phương pháp hóa học 112 Hình 4.19. Phổ hấp thụ UV-Vis của PPy và composite PPy/SWNTs 112 Hình 4.20. Sơ đồ hình thành của một chuyển tiếp p-n ( là electron, là lỗ trống) 113 Hình 4.21. Sơ đồ một chiều của phản ứng giữa NH 3 với lõi SWNTs và vỏ PPy 114 [...]... 4: Nghiên cứu ảnh hƣởng của ống các bon nano đơn vách lên tính chất nhạy khí của polyaniline và polypyrole Trong chƣơng này luận án đi sâu vào nghiên cứu tính chất nhạy khí của nanocomposite trên nền PANi và PPy Khảo sát đặc tính nhạy khí NH3 và O2 ở nhiệt độ phòng, sự ảnh hƣởng của tỷ lệ hợp phần, sự ảnh hƣởng độ dày mẫu trên đế cảm biến của nanocomposite nền PANi và PPy Đồng thời luận án đi sâu vào... trên nền polyaniline và polypyrrole Đề tài thực hiện với các mục tiêu chính: i Tổng hợp vật liệu nanocomposite có cấu trúc dạng sợi của polyaniline và polypyrrole với TiO2 và ống các bon nano đơn vách bằng phƣơng pháp hóa học ii Khảo sát các đặc trƣng chung và cấu trúc vật liệu nanocomposite của polyaniline và polypyrrole với TiO2 và ống các bon nano đơn vách iii Nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu. .. Đồng thời luận án cũng thống kê các thông số kỹ thuật của các thiết bị nghiên cứu đƣợc sử dụng Phần lớn nội dung trong chƣơng này, trình bày các kết quả nghiên cứu về hình thái bề mặt, cấu trúc điện tử, các tính chất lý hóa đặc trƣng của vật liệu đƣợc tổng hợp Chƣơng 3: Nghiên cứu ảnh hƣởng của titanium dioxide lên tính chất nhạy khí của polyaniline Tập trung nghiên cứu tính chất nhạy khí của composite... soát và chi phí thấp, bao gồm cả những hạn chế hoạt động ở nhiệt độ cao, thời gian đáp ứng/phục hồi chậm và độ nhạy thấp vẫn là thách thức cho khoa học và công nghệ Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và triển vọng phát triển của họ vật liệu NCPs với TiO2 và SWNTs trên nền polyaniline và polypyrrole chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu tổng hợp và tính chất nhạy khí của vật liệu nanocomposite trên. .. đó ảnh hƣởng đến sự nhạy cảm dựa trên tính dẫn điện của màng vật liệu 1.1.3 Tính chất của polyaniline * Tính chất hóa học Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng tính chất hóa học mạnh nhất của PANi là thuộc tính trao đổi anion và là thuộc tính khác biệt so với những polyme trao đổi ion thông thƣờng * Tính chất quang học PANi có đặc tính điện sắc vì màu của nó thay đổi do phản ứng ôxy hóa khử của màng Ngƣời ta... nội dung luận án đƣợc chia làm 4 chƣơng 3 Chƣơng 1: Tổng quan Trong chƣơng này, tác giả giới thiệu về polyaniline, polypyrrole, TiO2, composite của polyaniline với TiO2, composite của polyaniline và polypyrrole với ống các bon nano đơn vách Trên cơ sở đó, tập trung bàn luận về tính chất điện, quang của của PANi, PPy và sự biến đổi đặc tính của chúng khi kết hợp với TiO2 và SWNTs trong vật liệu composite... UV-Vis của PPy phụ thuộc vào mức độ ôxy hóa của PPy và có sự biến đổi mầu sắc từ màu vàng nhạt của PPy trung tính sang màu xám đen khi điện hóa * Tính chất chất cơ học Các nhà nghiên cứu cho biết PPy có đầy đủ các tính chất cơ học nhƣ tính căng kéo, tính đàn hồi, tính uốn dẻo, Các tính chất cơ học của PPy bị ảnh hƣởng bởi cấu trúc hóa học, quá trình tổng hợp và điều kiện sử dụng [46], [86] J Foroughi và. .. [97], chất điện phân cho các pin nhiên liệu [45] Vật liệu ống các bon nano (CNTs) cũng có kiểu lai hoá sp2 phân bố đều trên toàn bộ cấu trúc của chúng tƣơng tự nhƣ CPs Vật liệu CNTs thể hiện các tính chất cơ, điện, quang đặc biệt Các tính chất vật liệu CNTs phần nào bổ sung cho các tính chất của CPs trong vật liệu nanocomposite của chúng Chẳng hạn, so với CPs quãng đƣờng tự do và do 1 đó độ linh động của. .. ảnh hƣởng của độ ẩm môi trƣờng và ảnh hƣởng của ánh sáng Mặt Trời 1.3.2 Tính chất của TiO2 Các nghiên cứu về TiO2 còn cho thấy các tính chất điện, quang thay đổi phụ thuộc vào tác động của môi trƣờng, cho nên TiO2 đƣợc sử dụng làm vật liệu chế tạo cảm biến khí và cảm biến độ ẩm Nhƣ phân tích ở trên cho thấy, quá trình biến đổi dạng thù hình và đặc trƣng dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ nung ủ và tốc độ... phản ứng, do đó có thể hình thành liên kết mạnh trong vật liệu nanocomposite đƣợc chế tạo Đó là lý do để chúng tôi sử dụng phƣơng pháp hóa học để tổng hợp vật liệu nanocomposite giữa PANi, PPy với CNTs và với các ôxít kim loại khác Dựa trên các cơ sở phân tích trên, việc tiến hành tổng hợp và nghiên cứu đặc trƣng của vật liệu composite của PANi và PPy với CNTs (cụ thể là ống các bon nano đơn vách - . 1.5 NANOCOMPOSITE CỦA POLYANILINE VÀ POLYPYRROLE 31 1.5.1 Nanocomposite giữa polyaniline và titanium dioxide 32 1.5.2 Nanocomposite giữa polyaniline và ống các bon nano đơn vách 35 1.5.3 Nanocomposite. dao động Raman của PANi 64 Bảng 3.1. Độ nhạy, thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục của cảm biến PANi thuần 75 Bảng 3.2. Độ nhạy, thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục của PANi/TiO 2 (40. Hình 4.6. Độ nhạy với 80 ppm NH 3 của nanocomposite PANi/SWNTs và PANi theo thời gian 99 Hình 4.7. Độ nhạy ở nhiệt độ phòng của PANi và nanocomposite PANi/SWNTs khi áp suất riêng phần ôxy thay