Luận án tiến sĩ nghiên cứu chế tạo và khảo sát các đặc trưng nhạy khí của vật li

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong các công trình khác. Hà Nội, ngày 11 tháng 01 năm 2017 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh HD1: PGS. TS Đặng Đức Vƣợng Nguyễn Đắc Diện HD2: GS.

TS Nguyễn Đức Chiến 1 LỜI CẢM ƠN Để có cuốn luận án Tiến sĩ này đến tay độc giả, tác giả nhận thấy không thể thực hiện nếu chỉ có một mình, nó là sản phẩm của trí tuệ, công sức, tâm huyết, tiền của, thời gian, hi vọng và khát vọng của biết bao người. Tác giả luôn ghi nhớ công ơn và những đóng góp thầm lặng, vô giá của thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, gia đình, người thân đã dành cho Nghiên cứu sinh trong suốt 4 năm qua. Tác giả xin chân thành cảm ơn GS Nguyễn Đức Chiến đã nhận lời hướng dẫn. Thầy đã giúp tôi vượt qua khó khăn năm 2011 và khiến tôi vững tin vào tương lai phía trước để tiếp tục thực hiện ước mơ của mình.

Thầy đã truyền cho tôi cảm ứng nghiên cứu khoa học, sự nghiêm túc trong công việc, tính trung thực, sự cẩn thận, tỉ mỉ và các phẩm chất đạo đức khác cần có của một con người. Thầy đã dành nhiều thời gian ngồi sửa cho tôi từng câu, từng chữ trong các bài báo, tiểu luận, chuyên đề, học phần Tiến sĩ và luận án Tiến sĩ. Thầy đã giúp đỡ NCS cả về vật chất và tinh thần với một lượng kinh phí lớn để NCS trang trải học phí, hội nghị phí và tiền mua hóa chất, thiết bị, đo đạc… Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS Đặng Đức Vượng, thầy đã nhiệt tình hướng dẫn NCS từ những ngày đầu tiên còn bỡ ngỡ trước lĩnh vực nghiên cứu mới mẻ với mình. Thầy đã cung cấp tài liệu để NCS tiếp cận với đề tài nghiên cứu, giao nhiệm vụ cụ thể với từng bước đi vững chắc, hướng dẫn chi tiết về thực nghiệm, cung cấp hóa chất, thiết bị chế tạo mẫu đến đo đạc, xử lí số liệu.

Thầy có nhiều ý tưởng nghiên cứu mới và dự liệu trước được kết quả, NCS đã đi theo những ý tưởng đó để có kết quả của riêng mình. Tác giả xin cảm ơn ThS Nguyễn Hoàng Hưng, tuy rằng ít tuổi hơn nhưng tác giả coi như một người thầy vì đã trực tiếp hướng dẫn tôi làm thí nghiệm khi tôi bắt đầu làm quen với thiết bị, hóa chất. ThS Hưng đã trả lời không phải hầu hết mà là tất cả các câu hỏi của tôi cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm, giúp tôi vượt qua những khó khăn ban đầu để sau này có thể chủ động trong công việc. Tác giả nhớ ơn PGS Nguyễn Hữu Lâm đã luôn ở bên NCS trong suốt quá trình đào tạo, từ việc chấm Đề cương, Tổng quan, Chuyên đề đến Luận án với nhiều góp ý có giá trị, đồng thời tạo điều kiện cho NCS học tập, nghiên cứu tại Bộ môn.

Tác giả biết ơn PGS Phó Thị Nguyệt Hằng về những giúp đỡ vô giá đã dành cho NCS năm 2011 và sự quan tâm, thăm hỏi, động viên trong suốt những năm qua. TS Đỗ Đức Thọ được cảm ơn nhiều về những giúp đỡ về kĩ thuật đo đạc cũng như những thảo luận có ích trong các buổi seminar. ThS Nguyễn Kiến Thạch đã nhiệt tình giúp đỡ tôi nhiều về kĩ thuật trong thời gian làm luận văn Thạc sĩ ở Bộ môn. NCS Nguyễn Quang Lịch, NCS Nguyễn Trọng Tùng, NCS Lương Hữu Phước đã chia sẻ những kinh nghiệm trong nghiên cứu phục vụ cho luận án này.

Tác giả sẽ không quên công sức của PGS Lê Tuấn, TS Vũ Xuân Hiền cùng các giảng viên, nghiên cứu viên Bộ môn Vật liệu điện tử, Viện Vật lý kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội về những giúp đỡ, động viên và thảo luận quý giá đã dành cho NCS. Cảm ơn TS Nguyễn Anh Phúc Đức, TS Nguyễn Công Tú, TS Đỗ Phúc Hải, TS Mai Hữu Thuấn đã dành thời gian đọc bản thảo và có những ý kiến góp ý xác đáng. Tác giả cũng cảm ơn TS Đỗ Thị Thoa, Phòng thí nghiệm siêu cấu trúc và hiển vi điện tử, Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương, đã giúp NCS chụp ảnh SEM hầu hết các mẫu trong luận án này. Cảm ơn TS Nguyễn Đức Thọ, TS Phạm Anh Sơn trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đã giúp NCS chụp giản đồ XRD và NCS Sái Công Doanh về phổ EDS.

Xin cảm ơn cơ sở đào tạo (Đại học Bách khoa Hà Nội), trực tiếp quản lý là Viện Vật lý kỹ thuật và Bộ môn Vật liệu điện tử đã cho NCS cơ hội học tập, nghiên cứu trong một môi trường lành mạnh, chất lượng và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS thực hiện luận án của mình. Tác giả xin cảm ơn gia đình, bố mẹ, anh chị em và vợ yêu về những ủng hộ, giúp đỡ về vật chất và tinh thần luôn kịp thời và hiệu quả để NCS hoàn thành nhiệm vụ. 2 Tác giả xin cảm ơn những chia sẻ, bình luận, ý kiến đóng góp và các câu hỏi của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp trong những buổi thảo luận khoa học, hội nghị cũng như các buổi báo cáo chuyên đề. Đề tài nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) mã số 103.

Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 01 năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Đắc Diện 3 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. 6 DANH MỤC CÁC BẢNG. 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. Vật liệu nano WO3.

Công nghệ nano và vật liệu nano. Cấu trúc tinh thể của WO3. Tính chất bán dẫn của WO3. Các phương pháp chế tạo vật liệu WO3 cấu trúc nano.

Phương pháp sol-gel. Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (CVD). Phương pháp hóa ướt. Phương pháp lắng đọng pha hơi vật lí (PVD).

Phương pháp thủy nhiệt (hydrothermal). Các kết quả chế tạo thanh nano WO3 bằng các phương pháp khác nhau. Cảm biến khí. Cảm biến khí.

Cảm biến khí bán dẫn. Các đặc trưng của cảm biến khí. Đặc trưng nhạy khí của vật liệu WO3 cấu trúc nano. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.

Tình hình nghiên cứu trong nước. Một số vật liệu nhạy khí NH3 đã được nghiên cứu. Sơ lược về cơ chế nhạy khí của vật liệu oxit kim loại. Oxit bán dẫn loại n.

Oxit bán dẫn loại p. Các kĩ thuật phân tích dùng trong nghiên cứu vật liệu nano. Hiển vi điện tử quét (SEM). Hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Phân tích tán sắc năng lượng tia X (EDS). Nhiễu xạ tia X (XRD). Kết luận chương I. 46 CHƢƠNG II.

Chế tạo hạt nano WO3. Quy trình thực nghiệm. Kết quả chế tạo hạt nano WO3. Chế tạo thanh nano WO3.

Quy trình thực nghiệm. Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái thanh nano WO3. Cơ chế hình thành thanh nano WO3 chế tạo bằng kĩ thuật thủy nhiệt. Cấu trúc tinh thể và thành phần nguyên tố của thanh nano WO3.

Sự thay đổi hình thái, cấu trúc thanh WO3 sau khi ủ nhiệt. Chế tạo thanh nano CuO. Quy trình thực nghiệm. Kết quả chế tạo thanh nano CuO.

Kết quả chế tạo tổ hợp thanh nano WO3/thanh nano CuO. Chế tạo thanh nano Fe2O3. Quy trình thực nghiệm. Kết quả chế tạo thanh nano Fe2O3.

Kết quả chế tạo tổ hợp thanh nano WO3/thanh nano Fe2O3. Chế tạo thanh micro ZnO/tấm nano ZnO. Quy trình thực nghiệm. Kết quả chế tạo thanh micro ZnO.

Kết quả chế tạo tấm nano ZnO. Kết quả chế tạo tổ hợp thanh nano WO3/thanh micro ZnO. Kết quả chế tạo tổ hợp thanh nano WO3/tấm nano ZnO. Chế tạo màng và đo đặc trưng nhạy khí.

Kết luận chương II. 70 CHƢƠNG III. TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANO WO3 THUẦN. Đặc tính nhạy khí của hạt nano WO3.

Sự phụ thuộc của điện trở WO3 vào nhiệt độ làm việc. Đặc trưng von-ampe của dòng điện qua lớp vật liệu hạt nano WO3. Kết quả đo đặc trưng nhạy khí của hạt nano WO3. Cơ chế hấp phụ oxi khí quyển lên bề mặt bán dẫn.

Ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc đến độ nhạy khí. Đặc tính nhạy khí của thanh nano WO3. Sự phụ thuộc của điện trở nền vào nhiệt độ làm việc và đặc trưng von-ampe của dòng điện qua lớp màng thanh nano WO3. Đặc trưng nhạy khí của thanh nano WO3 trong miền nhiệt độ thấp.

Đặc trưng nhạy khí của thanh nano WO3 trong miền nhiệt độ cao. Cơ chế nhạy khí. Kết luận chương III. 84 CHƢƠNG IV.

ĐẶC TÍNH NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO WO3. Vật liệu tổ hợp giữa thanh nano WO3 và thanh nano CuO. Tính chất nhạy khí của thanh nano CuO. Tính chất nhạy khí của tổ hợp thanh nano WO3/thanh nano CuO.

Vật liệu tổ hợp giữa thanh nano WO3 và thanh nano Fe2O3. Tính chất nhạy khí của thanh nano Fe2O3. Tính chất nhạy khí của tổ hợp thanh nano WO3/thanh nano Fe2O3. Cơ chế nhạy khí.

Vật liệu tổ hợp giữa thanh nano WO3 và thanh micro ZnO. Tính chất nhạy khí của thanh micro ZnO. Tính chất nhạy khí của tổ hợp thanh nano WO3/thanh micro ZnO. Vật liệu tổ hợp giữa thanh nano WO3 và tấm nano ZnO.

Tính chất nhạy khí của tấm nano ZnO. Tính chất nhạy khí của tổ hợp thanh nano WO3/tấm nano ZnO. Kết luận chương IV. 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

118 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 119 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 134 5 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 0D zero dimension không chiều 1D one dimension một chiều AAO Anodic Aluminum Oxide Nhôm oxit anot hóa at.% atom percent phần trăm nguyên tử a.