Tính chất nhạy hơi methanol của cảm biến ZnO trong điều kiện tố

5. Cấu trúc của luận văn

3.2.3. Tính chất nhạy hơi methanol của cảm biến ZnO trong điều kiện tố

và chiếu UV-254nm

Tính chất hồi đáp và phục hồi của cảm biến dựa trên vật liệu ZnO tinh khiết khi tiếp xúc với hơi methanol được khảo sát ở nhiệt độ hoạt động khác nhau trong điều kiện tối và chiếu liên tục bức xạ UV-254nm như thể hiện trong Hình 3.11 và 3.12. Trong điều kiện đo tối (Hình 3.11), điện trở ban đầu của cảm biến ZnO có giá trị cao (~6.108 tại 110C, ~3,7.108 tại 140C và ~2,5.108 tại 170C). Giá trị cao của điện trở dẫn đến giá trị rất thấp của dòng điện gây ra sự nhiễu tín hiệu trong suốt quá trình đo do vượt quá giới hạn đo của hệ Keithley. Trong điều kiện đo chiếu liên tục bức xạ UV-254nm, cảm biến ZnO cho dữ liệu ghi nhận không bị nhiễu tín hiệu do điện trở thấp của cảm biến (~106 ). Tính chất hồi đáp và phục hồi của cảm biến ZnO khá ổn định sau vài vòng đo.

62

Hình 3.11. Tính chất hồi đáp của cảm biến ZnO dưới điều kiện tối đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc110C, 140C và 170C

Hình 3.12. Tính chất hồi đáp của cảm biến ZnO dưới điều kiện chiếu UV-254nm đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc 90C, 110C, 140C và 170C

Độ hồi đáp của cảm biến trong hai điều kiện đo được tính toán và so sánh như Hình 3.13. Kết quả cho thấy rằng (1) độ hồi đáp của cảm biến ZnO được cải thiện một cách đáng kể dưới điều kiện chiếu UV-254nm so với điều kiện tối tại hầu hết các nhiệt độ làm việc được khảo sát; (2) dưới điều kiện chiếu UV-254nm, cảm biến ZnO có thể đo được ở nhiệt độ làm việc thấp hơn.

63

Hình 3.13. So sánh độ hồi đáp của cảm biến ZnO dưới điều kiện tối và chiếu UV-254nm

đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc 90C, 110C, 140C và 170C

3.2.4. Tính chất nhạy hơi methanol của cảm biến Pt/ZnO trong điều kiện chiếu UV-254nm

Trong nghiên cứu trước đây [50], việc sử dụng vật liệu ZnO có cấu trúc phân nhánh được biến tính bề mặt bởi các hạt Pt để khảo sát tính chất nhạy hơi methanol đã được nghiên cứu trong điều kiện tối (không chiếu UV-254nm). Kết quả đã cho thấy độ hồi đáp của các cảm biến Pt/ZnO được cải thiện một cách đáng kể so với cảm biến ZnO. Cụ thể, cảm biến Pt(10)/ZnO cao gấp 16000 lần so với độ hồi đáp của cảm biến ZnO tinh khiết tại nhiệt độ 170C. Tuy nhiên, tại vùng nhiệt độ này, điện trở ban đầu của cảm biến Pt/ZnO có giá trị rất cao (~109). Điều này gây khó khăn trong việc thiết kế trong các mạch đo. Do đó, trong luận văn này, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tính chất hồi đáp methanol đối với vật liệu nhạy Pt/ZnO trong điều kiện chiếu UV-254nm với hi vọng cảm biến có độ hồi đáp cao tại nhiệt độ làm việc thấp và có điện trở ban đầu thấp.

64

Hình 3.14. Tính chất hồi đáp của cảm biến Pt(5)/ZnO dưới điều kiện chiếu UV-254nm đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc 90C (a), 110C (b), 140C (c) và

170C (d)

Hình 3.15. Tính chất hồi đáp của cảm biến Pt(10)/ZnO dưới điều kiện chiếu UV- 254nm đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc 90C (a), 110C (b), 140C

65

Hình 3.16. Tính chất hồi đáp của cảm biến Pt(20)/ZnO dưới điều kiện chiếu UV- 254nm đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc 90C (a), 110C (b), 140C

(c) và 170C (d)

Hình 3.17. Tính chất hồi đáp của cảm biến Pt(30)/ZnO dưới điều kiện chiếu UV- 254nm đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc 90C (a), 110C (b), 140C

(c) và 170C (d)

66

và Pt(30)/ZnO đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ khác nhau dưới điều kiện chiếu liên tục bức xạ UV-254nm lần lượt được hiển thị trong các Hình 3.14, Hình 3.15, Hình 3.16 và Hình 3.17. Kết quả cho thấy rằng hầu hết các cảm biến Pt/ZnO có độ hồi đáp khá ổn định qua nhiều vòng đo, khả năng hồi phục về giá trị điện trở ban đầu tốt kể cả tại nhiệt độ làm việc thấp 90C. Giá trị độ hồi đáp được tính toán và so sánh như trên Hình 3.18. Từ các dữ liệu thực nghiệm ta rút ra được một số kết luận như sau:

(1) Độ hồi đáp của cảm biến được cải thiện một cách đáng kể khi vật liệu ZnO được biến tính bởi các hạt nano Pt dưới điều kiện đo chiếu liên tục bức xạ UV-254nm.

(2) Hàm lượng hạt nano Pt tối ưu là khác nhau trong vùng nhiệt độ làm việc khác nhau. Ở vùng nhiệt độ làm việc thấp (90 và 110 C) của cảm biến, độ hồi đáp cực đại thu được đối với cảm biến Pt(10)/ZnO. Tuy nhiên, trong vùng nhiệt độ làm việc cao hơn (140 và 170 C) của cảm biến, độ hồi đáp cực đại thu được đối với cảm biến Pt(20)/ZnO.

(3) Khi nhiệt độ làm việc tăng lên (trong vùng nhiệt độ khảo sát từ 90 đến 170C), độ hồi đáp của cảm biến cũng tăng lên một cách đáng kể.

Hình 3.18. So sánh độ hồi đáp của các cảm biến Pt/ZnO với thời gian lắng đọng Pt khác nhau dưới điều kiện chiếu UV-254nm đối với 1% hơi methanol tại các nhiệt độ làm việc 90C (a), 110C (b), 140C (c) và 170C (d)

67