Nghiên cứu chế tạo các cảm biến cho hệ thống thiết bị đo nồng độ khí thải và điều khiển quá trình đốt cháy nhiên liệu

Nhóm nghiên cứu của TS. Hồ Trường Giang và cộng sự tại Viện Khoa học vật liệu đã thực hiện đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các cảm biến để xây dựng hệ thống thiết bị đo nồng độ khí thải và điều khiển quá trình đốt cháy nhiên liệu" mã số KC05.13/16-20 thuộc Chương trình "Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ năng lượng" KC05/2016-2020. Nhóm đã nghiên cứu chế tạo được màng vật liệu lai hóa giữa polymer dẫn (polypyrrole) với hạt nano oxit kim loại (NiO) bằng phương pháp trùng hợp từ pha hơi sử dụng xúc tác là muối FeCl3 với nồng độ khác nhau để điều khiển tỉ lệ kết hợp giữa NiO và PPy.

(a) ảnh SEM của NiO/PPy, (b) minh họa tiếp xúc lai hóa NiO/PPy quyết định đến đặc trưng nhạy khí, (c) điện trở của các mẫu đáp với các nồng độ khí NH3, (d) độ đáp ứng phụ thuộc vào nồng độ khí NH3, và (e) độ nhạy khí phụ thuộc vào tỉ lệ kết hợp giữa NiO và PPy

Hướng nghiên cứu về vật liệu lai hóa vô cơ - hữu cơ rất được quan tâm trong nhiều lĩnh vực như linh kiện cảm biến, pin lưu trữ, LED, xúc tác, v.v... Cảm biến khí dựa trên vật liệu lai hóa vô cơ (oxit kim loại) và hữu cơ (polymer dẫn) đem đến khả năng phát triển cho các linh kiện hoạt động nhiệt độ phòng, có độ chọn lọc và độ nhạy cao với các khí mục tiêu. Mặt khác, tuy có khá nhiều công bố về vật liệu lai vô cơ/hữu cơ cho nhạy khí nhưng việc hiểu rõ cơ chế hoặc sự tồn tại của cấu trúc lai hóa vẫn là vấn đề mà các nhà nghiên cứu cần có những bằng chứng làm rõ thêm.

Nhóm nghiên cứu của TS. Hồ Trường Giang và cộng sự đã thực hiện việc chế tạo màng vật liệu lai hóa giữa polymer dẫn (polypyrrole) với hạt nano oxit kim loại (NiO) bằng phương pháp trùng hợp từ pha hơi sử dụng xúc tác là muối FeCl3 với nồng độ khác nhau để điều khiển tỉ lệ kết hợp giữa NiO và PPy. Các kết quả khảo sát gồm nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phổ tán xạ Raman, đặc trưng nhạy khí cho các mẫu đã khẳng định sự hình thành cấu trúc lai hóa giữa NiO và PPy. Các mẫu màng NiO/PPy thể hiện độ nhạy và chọn lọc cao với khí NH3 tại nhiệt độ phòng (25 độ C), với giá trị độ đáp ứng cực đại đạt S = 246.6% tại 350 ppm.

Kết quả này của nhóm nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí quốc tế uy tín: Sensors and Actuators B (IF = 7.46), Volume 340, 1 August 2021, 129986, “High NH3 sensing performance of NiO/PPy hybrid nanostructures”.

P.A.T (Nguồn tin: Viện Khoa học vật liệu)