Chương II. CẢM BIẾN KHÍ DỰA TRÊN VẬT LIỆU CNT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐẶC TÍNH NHẠY KHÍ CỦA CNT
II.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐẶC TÍNH NHẠY KHÍ CỦA CNT
Hiện nay có các phương pháp chức năng hóa CNT chính như sau: phương pháp ôxi hóa, phương pháp dùng plasma, phương pháp dùng các hạt kim loại xúc tác và phương pháp pha tạp hạt dẫn vào CNT.
2.2.1 Ôxy hóa[7]
Phương pháp này được dùng để loại bỏ các tạp chất cacbon hoặc làm sạch bề mặt kim loại. Nhược điểm chính của phương pháp này là không chỉ có tạp chất bị ôxi hóa mà ngay cả CNT cũng bị ôxi hóa. Nhưng may mắn là ở chỗ các tạp chất có nhiều sai hỏng và cấu trúc mở hơn so với cấu trúc của CNT nên bị ôxi hóa mạnh
Chế tạo và xử lý ống nanô cácbon ứng dụng làm vật liệu nhạy khí amôniắc
nơi mà quá trình ôxi hóa diễn ra mạnh hơn. Bên cạnh đó việc ôxi hóa các cấu trúc CNT cũng tạo ra thêm rất nhiều sai hỏng cấu trúc – các tâm liên kết với khí.
Thông thường quá trình này được thực hiện ngay trong giai đoạn làm nguội của quá trình chế tạo: sau khi phản ứng, ta hạ nhiệt độ xuống khoảng 400 oC rồi thổi O2 vào và giữ ở nhiệt độ này khoảng 10 – 20 phút. Ở nhiệt độ này CNT hầu như không bị ôxi hóa. Tuy nhiên hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: kim loại xúc tác, thời gian ôxi hóa, nhiệt độ, độ tinh khiết của chất ôxi hóa…
2.2.2 Xử lý plasma[18,33]
Phương pháp này cũng là một phương pháp làm sạch bề mặt hiệu quả. Plasma có tác dụng tNy hết các tạp bNn trên bề mặt của CNT, đồng thời nó cũng bắn phá vào bề mặt tạo ra các sai hỏng cấu trúc trên thân CNT. Các sai hỏng này sẽ đóng vai trò là tâm hấp thụ, và nó sẽ tương tác chủ yếu với các phân tử khí.
Bên cạnh đó, phương pháp xử lý plasma còn được sử dụng như là một bước đệm để chức năng hóa CNT. CNT sau khi được xử lý plasma sẽ được chức năng hóa bằng các gốc hữu cơ. Các gốc hữu cơ sẽ liên kết khá bền vững với CNT thông qua các sai hỏng, như vậy ta sẽ thu được CNT được chức năng hóa bằng các gốc hữu cơ.
2.2.3 Pha tạp CNT[2]
Người ta pha tạp CNT cũng nhằm tạo các sai hỏng trên thân CNT, hoặc làm thay đổi đặc tính truyền dẫn của CNT. Hiện nay nguyên tố được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều nhất để pha tạp vào trong CNT là Nitơ. Vì nguyên tử N có 5 điện tử lớp ngoài cùng, nhiều hơn so với các nguyên tử cácbon, vì vậy nó sẽ còn dư một điện tử khi liên kết với cácbon – pha tạp donor, biến CNT từ dẫn loại p sang dẫn loại n.
Ta có thể pha tạp N vào trong CNT bằng phương pháp xử lý plasma với khí để tạo plasma là khí N2 hoặc ta sử dụng các tiền chất – các chất để tổng hợp CNT – là các chất có chứa N.
Các sai hỏng N trên mạng của CNT có các điện tử rất linh động và dễ dàng liên kết với các phân tử khí và do đó làm tăng độ nhạy của CNT.
Chế tạo và xử lý ống nanô cácbon ứng dụng làm vật liệu nhạy khí amôniắc
2.2.4 Chức năng hóa CNT bằng các hạt kim loại[5,11,21,24]
Tương tự như phương pháp pha tạp CNT bằng N, ta tạo các tâm hoạt tính lên trên thành CNT, chỉ khác là các tâm hoạt tính là các hạt kim loại hay ôxit kim loại.
Trên thành ống các hạt kim loại, ôxit kim loại sẽ đóng vai trò điện cực, truyền hạt dẫn giữa CNT và khí thử.
Hình 2.10: Ảnh HRTEM của CNT phủ các hạt Ag[11].
Các hạt kim loại này giúp làm tăng tính chọn lọc của CNT, ứng với các loại khí khác nhau ta sử dụng các kim loại khác nhau. Ví dụ: để tăng tính chọn lọc với H2S, ta sử dụng Ag; để tăng tính chọn lọc với NH3 ta sử dụng Pd. Các kim loại sử dụng đều là các kim loại chuyển tiếp.
Chế tạo và xử lý ống nanô cácbon ứng dụng làm vật liệu nhạy khí amôniắc
PHẦN B THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ