Luận án Tiến sĩ: Chế tạo & biến tính màng WO3, Chitosan-Graphen cho cảm biến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TU NHIEN VIỆN CÔNG NGHỆ NANO TA THỊ KIỂU HANH CHE TẠO VA BIEN TINH BE MAT MANG MONG WO; VA CHITOSAN:OXIT GRAPHEN LUẬN AN TIEN SĨ KHOA HOC VAT LIEU TP. Hồ Chí Minh — Năm 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN CÔNG NGHỆ NANO TA THỊ KIEU HẠNH Nganh: Khoa hoc Vat liéu Mã sô ngành: 62 44 01 22 Phản biện 1: PGS.

Nguyễn Mạnh Tuan Phản biện 2: PGS. Trần Việt Cường Phản biện 3: TS. Nguyễn Thụy Ngọc Thủy Phản biện độc lập 1: PGS. Nguyễn Mạnh Tuan Phản biện độc lập 2: TS.

Nguyễn Tan Tài NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC 1. Phan Bach Thang 2. Nguyén Thi Lién Thuong TP. Hồ Chi Minh — Năm 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận án tiến sĩ ngành Khoa học Vật liệu, với đề tài chế tạo và biến tính bề mặt màng mỏng WO; và chitosan:oxit graphen định hướng ứng dụng trong cảm biến là công trình khoa học do Tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS.

Phan Bách Thắng và TS. Nguyễn Thị Liên Thương. Những kết quả nghiên cứu của luận án hoàn toàn trung thực, chính xác và không trùng lap với các công trình đã công bô trong và ngoai nước. Nghiên cứu sinh Tạ Thị Kiều Hạnh LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn đầu tiên và trân trọng nhất xin được gởi đến Thầy hướng dẫn chính là GS.

Phan Bách Thắng. Cảm ơn Thay đã định hướng và đồng hành cùng em trong suốt thời gian thực hiện luận án. Thầy không chỉ truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm trong nghiên cứu mà Thầy còn hướng dẫn và hỗ trợ em rất nhiều trong công việc và ngoài xã hội. Cảm ơn Cô, TS.

Nguyễn Thị Liên Thương, Cô luôn động viên và hỗ trợ em trong mọi mặt từ nghiên cứu đến cuộc sống. Cảm ơn Em Phạm Kim Ngọc và Em Trần Thị Như Hoa, cảm ơn hai em đã đồng hành và san sẻ với chị tất cả thuận lợi và khó khăn trong nghiên cứu, công tác và cuộc sống trong suốt thời gian qua. Cảm ơn các Bạn Trần Quang Minh Nhật, Đào Thị Băng Tâm, Trần Kim Mỹ, Đỗ Đình Phúc và các Bạn Sinh viên đã luôn hỗ trợ Cô/Chị trong lúc thực hiện luận án. Cảm ơn Em Phạm Duy Phong đã hỗ trợ chị đo mẫu lúc công tác bên Hàn và luôn dõi theo để động viên chị.

Trần Đại Lâm, TS. Cao Thị Thanh, PGS. Nguyễn Thế Toàn, ThS. Vũ Hoàng Nam đã đóng góp cho Luận án của tac gia.Hyongky Ju, Đại học Gachon, Hàn Quốc đã tạo điều kiện để Tác giả nghiên cứu ngắn hạn tại Trường Gachon.

Lê Văn Hiếu, PGS. Trần Cao Vinh và PGS. Trần Thị Thanh Vân đã tạo điều kiện tối đa và luôn động viên em trong suốt thời gian thực hiện luận án. Cảm ơn Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Cấu trúc Nano và Phân tử, Phòng thí nghiệm Vật liệu Kỹ thuật cao, Viện Công nghệ Nano và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ cơ sở vật chất và tạo mọi điều kiện cho Tác giả thực hiện luận án này.

Cuối cùng xin được chân thành cảm ơn Ba Mẹ và Gia đình đã luôn bên cạnh, hỗ trợ về vật chất và tinh thần dé con/em có động lực học tập và hoàn thành luận án. LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn đầu tiên và trân trọng nhất xin được gởi đến Thầy hướng dẫn chính là GS. Phan Bách Thắng. Cảm ơn Thay đã định hướng và đồng hành cùng em trong suốt thời gian thực hiện luận án.

Thầy không chỉ truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm trong nghiên cứu mà Thầy còn hướng dẫn và hỗ trợ em rất nhiều trong công việc và ngoài xã hội. Cảm ơn Cô, TS. Nguyễn Thị Liên Thương, Cô luôn động viên và hỗ trợ em trong mọi mặt từ nghiên cứu đến cuộc sống. Cảm ơn Em Phạm Kim Ngọc và Em Trần Thị Như Hoa, cảm ơn hai em đã đồng hành và san sẻ với chị tất cả thuận lợi và khó khăn trong nghiên cứu, công tác và cuộc sống trong suốt thời gian qua.

Cảm ơn các Bạn Trần Quang Minh Nhật, Đào Thị Băng Tâm, Trần Kim Mỹ, Đỗ Đình Phúc và các Bạn Sinh viên đã luôn hỗ trợ Cô/Chị trong lúc thực hiện luận án. Cảm ơn Em Phạm Duy Phong đã hỗ trợ chị đo mẫu lúc công tác bên Hàn và luôn dõi theo để động viên chị. Trần Đại Lâm, TS. Cao Thị Thanh, PGS.

Nguyễn Thế Toàn, ThS. Vũ Hoang Nam đã đóng góp cho Luận án của tác gia.Hyongky Ju, Đại học Gachon, Hàn Quốc đã tạo điều kiện để Tác giả nghiên cứu ngắn hạn tại Trường Gachon. Lê Văn Hiếu, PGS. Trần Cao Vinh và PGS.

Trần Thị Thanh Vân đã tạo điều kiện tối đa và luôn động viên em trong suốt thời gian thực hiện luận án. Cảm ơn Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Cấu trúc Nano và Phân tử, Phòng thí nghiệm Vật liệu Kỹ thuật cao, Viện Công nghệ Nano và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ cơ sở vật chất và tạo mọi điều kiện cho Tác giả thực hiện luận án này. Cuối cùng xin được chân thành cảm ơn Ba Me và Gia đình đã luôn bên cạnh, hỗ trợ về vật chất và tinh thần để con/em có động lực học tập và hoàn thành luận án. MỤC LỤC MỤC LUỤC.06 i DANH MỤC TU VIET TAT.

vii DANH MỤC HÌNH ANH.cccsssssssssssssssssssessscssscsssesosscsnecanecssscssscssscsascsasesaneeaseenseesss viii MỞ DAU wisssssssssssssessssssscsssssssssssssscssssssscsesssnsssssssssssssssssssssnsseessssesssssssessssssesssssnesssssssesessese 1 Chương 1. TONG QUAN oessssssssssssssssssssssssssssssssssssssssesssssssssssssssssssssssssssesssssssssessssesssee 7 1. Tổng quan về cảm biến sinh học. Cảm biến sinh học cộng hưởng trên cơ sở thanh nano dao động.

Cảm biến sinh học điện hoá.¿- 2 + Sk£SkEEEEEEEEEE+EEEEEEEEEEEEEEkeErkrrkerkerrrei 8 1. Cảm biến nano sinh học trên cơ sở hiệu ứng trường. Cảm biến sinh học trở nhớ.----¿- ¿2+ +++Ex+EE++EE+EE+£EEtzE+erxzreerxerrxerxee 10 1. Vat LSU tO MG.

Vật liệu oxit kim loại chuyền tiếp "TỪ. Vật liệu dựa trên nền hữu CƠ. Các phương pháp biến tính bề mặtt. Cac phurong phap hoa hoc nn.

Hap phu ha 1n. Gv HH SH HH HH HH rưy 24 In mi. Cac phurong phap Vat LY. Hấp phụ vat lý.

Lắp ráp từng lỚp. Đối tượng nghiên cứu của luận án.----¿- + ©2+x+2+++Ex+Ex£+zxtzxeerxezrerrxee 28 I 0/6 ion. Chitosan lai hóa với oxit øraphenn.- --- «cv ng ng sư, 30 1. Hợp chất dùng dé biến tính bề mặt vật liệu.-- << S11 HH HH kg 35 1.

Chat thử sinh học gắn lên bề mặt vật liệu sau khi biến tính. NH2-Oligo C6-sybr green Ì.---- + Sc + + +EEsekesersrserrsereree 36 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM. Phương pháp chế tao màng mỏng WOs, Ag, Ti và CS:GO.

Cac phurong phap phan tich 0n. Quy trình thực nghiỆm. Quy trình chế tạo màng mỏng WOs và điện cực Ag, Tì. Quy trình chế tạo màng mỏng CS:GO.

Quy trình biến tính bề mặt mang mỏng WO2 với APTES và SA. Quy trình biến tính bề mặt mang mỏng CS:GO với APTES và SA. Quy trình gan chất thử sinh học lên bề mặt màng mỏng trước và sau biến tinh. Quy trình gắn NHa-Oligo C6-sybr green I lên bề mặt màng mỏng WO: trước VA Saul iGn tinh 0.

Quy trình gắn FITC lên bề mặt màng mỏng CS:GO trước và sau biến tinh. KET QUA CHE TẠO VÀ BIEN TINH BE MAT MÀNG MONG WO; 51 3. __ Kết quả chế tạo mang mỏng WOS. Giãn đồ nhiễu xạ tia X của màng mỏng WOS u.

Phố XPS của màng mỏng WO3. Phổ FTIR của màng mỏng WO3. Đặc trưng I-V của cấu trúc TE/WOz/BE. Đặc trưng đảo điện trở của cau trúc TE/WOz/BE.

Co chế truyền dẫn điện tích của cau trúc TE/WOz/BE. Cơ chế đảo điện trở của cau trúc Ag/WOz/Pt và Ag/WOz/FTO. Cơ chế đảo điện trở của cau trúc Ti/WO2/FTO. Kết quả biến tính bề mặt màng mỏng WOa.

Kết quả phân tích phô FTIR.- 2-2 +2+2E++EE++2E++2EE++Ex++rxezrxrersrees 66 3. Ảnh chụp bề mặt FE-SEM. Kết quả gắn chat thử sinh học NH2-C6 Oligo-sybr green I. KET QUA CHE TẠO VÀ BIEN TÍNH BE MAT MÀNG MONG CS:GO.

Kết quả chế tạo mang mỏng CS và CS:GO. Giãn đồ nhiễu xạ tỉa X. Phổ tán xạ Raman.-----2- 2: ©2++©++2EE+EE+SEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrervee 76 4. Kết quả chụp ảnh TEEM.--- 2-2 SE SE+EE£EE2EE2EE2E12E122127171 71212121.

Kết quả chụp ảnh FE-SIEM.- 5 ST TH HH tr 79 4. Đặc trưng I-V của cau trúc Ag/CS:GO/FTO. Đặc trưng đảo điện trở của cau trúc Ag/CS:GO/FTO. Cơ chế đảo điện trở của cấu trúc Ag/CS:GO/FTO.

Kết quả biến tính bề mặt màng mỏng CS, CS:GO. Kết quả gan chất thử sinh hoc EITC.-L 22c 2t 2 T222 2121112111 re 94 Chương 5. KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ,. 2S 2H TH E22 1101 11 cere 97 DANH MỤC CONG TRINH KHOA HỌC.----- s2 s2 ssssecssezssers 98 TÀI LIEU THAM KHẢO .- 2-2 s£©s£s£seEssEEsseEsserssersserssersssorse 101 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TÁT Từ viết tắt _ Thuật ngữ tiếng anh Tiêng việt (3-Aminopropyl)triethoxy APTES silane BC Ballistic conduction Dan dan dao BE Bottom electrode Dién cuc day CS Chitosan Chitosan DI Deionized Khử ion FITC Fluorescein isothiocyante FRAM Ferroelectric random access Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên sắc điện memory FN Fowler-Nordheim Xuyén ngam Fowler-Nordheim FTIR Fourier-transform infrared Quang phổ hồng ngoại biến đổi spectroscopy Fourier FTO Fluorine doped tin oxide Oxit thiếc pha tap flo GO Graphen oxide Oxit graphen HRS High resistance state Trang thai dién tro cao LBL Layer-by-layer Từng lớp LRS Low resistance state Trang thai dién tro thap MRAM Magnetoresistive access memory random Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tinh OC Ohmic conduction Dan ohmic PF Poole-Frenkel Phat xa Poole-Frenkel PRAM Phase-change random access Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên thay đổi memory pha RRAM/ Resistive random access Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên dao điện ReRAM memory trở SA Succinic anhydride SC Schottky emission conduction Dan phát xa Schottky SCLC Space-charge-limited conduction Dẫn giới hạn điện tích không gian SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tự quét TE Top electrode Điện cực đỉnh TEM Tra HSMISSION Microscope Electron Kính hién vi điện tử truyền qua VRH Variable-range hopping Nhảy lò cò đa khoảng cách X- hotoelect , XPS nay eae” Quang phổ điện tử tia X Spectroscopy XRD X-ray Diffraction Nhiéu xa tia X vi DANH MỤC BANG Bang 2.

Hóa chất, vật tư và dung môii.---2- 2+ 5£ +E+E£+E£+E£EE£EEEEEEEEerkerkerkerreee 40 Bảng 2. Thông số chế tạo màng mỏng WO; và điện cực Ag, Ti trong cấu trúc 07/9. Cơ chế dẫn điện chính trong các cấu trúc Ag/WOz/Pt, Ag/WOz/FTO và I0 )/9. Các dao động đặc trưng của mang GO, CS và CS:GO.c- 75 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.

Mô hình cảm biến sinh học thanh nano dao động. Mô hình đo của cảm biến sinh học điện hoá .---- 2-5 2 cs+z+£zE+zzxszez 8 Hình 1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học hiệu ứng trường. Cấu tạo của bộ nhớ dang trở nhớ ReRAM.---cS-ccsssesereeersres 11 Hình 1.

Đặc trưng dòng - thé (I-V) của bộ nhớ dang trở nhớ ReRAM. Đặc trưng dong thé của cau trúc trở nhớ: a) trước và b)sau khi gắn đối tượng Hình 1.