Để tăng độ nhạy của màng CNT, màng CNT được đem xử lý nhiệt trong không khí. Mục đích của quá trình xử lý nhiệt là đốt cháy các cấu trúc cácbon vô định hình, graphít bám trên bề mặt CNT để làm giảm các tác nhân ảnh hưởng tới điện trở của CNT và tăng diện tích tiếp xúc giữa CNT và khí khử.
Chúng tôi đã xử lý nhiệt với mẫu chứa màng CNT tại các nhiệt độ khác nhau (300, 350, 400 và 450 và 500 oC). Kết quả cho thấy cácbon chỉ bị khử khi nhiệt độ
≥ 350 oC, nhưng nếu nhiệt độ lên tới ≥ 450 oC thì CNT cũng bị đốt cháy. Điều này được giải thích do CNT thu được có nhiều sai hỏng, các vị trí sai hỏng này chính là các vị trí dễ bị ôxi hóa nhất, khi tiến hành ủ nhiệt trong không khí, các vị trí này sẽ bị đốt cháy trước và tạo ra các sai hỏng xung quanh – tương ứng với các phân tử cácbon liên kết với nó. Vì vậy khi ủ nhiệt trong không khí, ta loại bỏ được cácbon vô định hình và graphít nhưng chúng ta cũng tạo ra thêm nhiều sai hỏng nên trong phổ Raman của CNT tỉ lệ cường độ giữa hai đỉnh G và D hầu như không thay đổi
o
Chế tạo và xử lý ống nanô cácbon ứng dụng làm vật liệu nhạy khí amôniắc
Hình 4.14: Phổ Raman của mẫu CNT trước và sau khi xử lý nhiệt ở các nhiệt độ 300, 400, 450 oC.
Các kết quả chụp ảnh FESEM cũng cho thấy sau khi ủ ở nhiệt độ 400 oC, các ta đã loại bỏ được các cấu trúc cácbon không mong muốn trên bề mặt CNT, và đã tách rời được các đầu ống (hình 4.15 ).
Hình 4.15 : Ảnh FESEM của mẫu CNT mọc trên đế SiO2/Si trước (a) và sau khi xử lý nhiệt ở 400 oC trong không khí (b).
Chế tạo và xử lý ống nanô cácbon ứng dụng làm vật liệu nhạy khí amôniắc
Từ các kết quả trong phổ Raman ta thấy rằng, sau khi khử có nhiều sai hỏng được tạo thành, đây sẽ là các tâm liên kết – tâm hấp phụ các phân tử khí, vì vậy bên cạnh việc loại bỏ các tác nhân làm giảm độ nhạy của CNT, ta còn làm tăng độ nhạy bằng cách tạo ra các sai hỏng cấu trúc trên thân của CNT. Hướng đi này của chúng tôi cũng đang được các nhà nghiên cứu trên thế giới tiến hành [12]. Và các kết quả đo nhạy khí đã khẳng định được kết quả này (hình 4.16).
6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
3900 ppm 3120 ppm
2340 ppm 1560 ppm
1300 ppm
1040ppm 780 ppm
Do nhay (%)
Thoi gian (s) 520 ppm
Bao hoa
6 0 0 0 6 5 0 0 7 0 0 0 7 5 0 0 8 0 0 0 8 5 0 0
0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0
O n d i n h
5 2 0 p p m N H3
Do nhay (%)
T h o i g i a n ( s ) K h o n g k h i
Hình 4.16 : Đường đặc trưng nhạy khí của màng CNT chế tạo trên điện cực Pt/SiO2/Si sau khi xử lý nhiệt ở 400 oC (trên) và một phần đường đặc trưng nhạy khí (dưới).
Từ kết quả đo nhạy khí ta thấy rằng độ nhạy của CNT tăng gần gấp 2 lần, tuy nhiên độ nhạy vẫn chưa cao. Chỉ với hàm lượng khí là 520 ppm, sự thay đổi điện
Chế tạo và xử lý ống nanô cácbon ứng dụng làm vật liệu nhạy khí amôniắc
trở của màng CNT đã đạt 1,37% , tuy nhiên độ nhạy vẫn chưa cao, do bề dày màng CNT còn rất lớn.
Từ đường đặc trưng nhạy khí ta cũng thấy rằng, sau khi khử, nồng độ khí bão hòa giảm đi. Cụ thể trước khi khử, nồng độ khí tối đa mà màng CNT có thể nhận biết là 4600 ppm, sau khi khử nồng độ khí tối đa mà màng CNT có thể nhận biết được là ~ 3100 ppm. Điều này có thể giải thích là do, sau khi khử khí NH3 dễ dàng tiếp xúc với CNT hơn so với trước khi khử, vì vậy với lượng khí nhỏ hơn thì toàn bộ bề mặt của CNT đã bị bão hòa. Như vậy quá trình xử lý nhiệt đã làm tăng tính chất nhạy khí của màng CNT, tuy nhiên cần phải kết hợp thêm với các phương pháp khác như giảm thời gian mọc để giảm bề dày màng CNT, sử dụng các kim loại hỗ trợ như Ti, hoặc sử dụng plasma để làm sạch và chức năng hóa bề mặt CNT.
Chế tạo và xử lý ống nanô cácbon ứng dụng làm vật liệu nhạy khí amôniắc