Để có được những hiểu biết tổng thể về cảm biến dây nano ôxít kim loại bán dẫn có cấu trúc chuyển tiếp dây-dây nano và đưa ra được nguyên tắc thiết kế cho từng loại cảm biến cụ thể; đánh giá được mức độ ảnh hưởng của tiếp xúc bề mặt ngoài (tiếp xúc sợi-sợi) và tiếp xúc nội (tiếp xúc biên hạt trong sợi nano) đến tính chất nhạy khí của các loại cảm biến sợi nano; đánh giá được vai trò của các tiếp xúc dị thể của dây (hoặc sợi) nano với graphene hoặc với ống nano carbon khi cảm biến khí làm việc ở nhiệt độ thấp; đánh giá được ảnh hưởng của các loại chuyển tiếp nano đến tích chất nhạy khí trong mối tương quan với hiện tượng uốn cong các mức năng lượng do biến tính bề mặt với các vật liệu xúc tác, GS.TS. Nguyễn Văn Hiếu cùng các cộng sự tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS) - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chuyển tiếp nano đến tính chất nhạy khí của cảm biến dây nano và sợi nano”.

Sau một thời gian thực hiện, nhóm đề tài thu được các kết quả như sau:

1. Về nghiên cứu ảnh hưởng của các chuyển tiếp nano đến tính chất nhạy khí của cảm biến dây nano có cấu trúc đa chuyển tiếp dây-dây.

- Đã nghiên cứu và so sánh tính chất nhạy khí của dây nano ZnO-ZnO và Zn2SnO4-Zn2SnO4. Tính chất nhạy khí NO2 ôxit đa nguyên nhạy hơn nhiều lần so với chuyển tiếp dây nano đơn nguyên.

- Mật độ chuyển tiếp dây-dây được đề tài tối ưu giữa độ nhạy và công suất tiêu thụ để đưa ra được cảm biến khí có khả năng ứng dụng được trong thực tế.

- Nhóm đề tài đã nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng UV đến tính chất nhạy khí của chuyển tiệp dây-dây nano SnO2 và ZnO.

Bên cạnh đó, nhóm đề tài đã hợp tác với nhóm nghiên cứu của GS. Soon-Gil Yoon về việc phát triển linh kiện áp điện trở để chuyển đổi năng lượng cơ thành lượng điện cho các cảm biến khí tự đót nóng để phát triển cảm biến nhạy khí không cần sử dụng nguồn năng lượng bên ngoài. Các kết quả nghiên cứu ban đầu hợp tác giữa hai nhóm nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nano Energy.

2. Về nghiên cứu ảnh hưởng của các chuyển tiếp ngoại và chuyển tiếp nội đến tính chất nhạy khí của sợi nano.

- Nhóm đề tài đã nghiên cứu chế tạo lại cảm biến trên cơ sở tiếp xúc sợi nano composite ZnO-SnO2 với các tiếp xúc nội giữa các hạt nano ZnO và SnO2. Cảm biến hỗn hợp 2 sợi nano ZnO và SnO2 bằng phương pháp phun đồng thời hai sợi nano để tạo các tiếp xúc ngoại của sợi-sợi nano ZnO và SnO2. Cơ chế nhạy khí và mô hình vật lý để giải thích cho kết luận này.

- Tiếp tục nội dung nghiên cứu này, nhóm đề tài cũng tiến hành nghiên cứu chuyển tiếp nội và chuyển tiếp ngoại giữa ZnO và graphene.

3. Về nghiên cứu ảnh hưởng của các chuyển tiếp dị thể đến tính chất nhạy khí của các cấu trúc lai dây, sợi nano với graphene hoặc ống nano carbon.

- Trong nội dung nghiên cứu này, đề tài tập trung nghiên cứu tính chất nhạy khí các chuyển tiếp dị thể (khác nhau về công thoát điện tử) trên cơ sở các oxide kim loại bán dẫn. Kết quả nghiên cứu này đã chỉ ra rằng, các chuyển tiếp dị thể có tính chất nhạy khí tốt hơn rất nhiều so với các chuyển tiếp đồng thể.

- Nội dung tiếp theo, đề tài nghiên cứu chuyển tiếp giữa dây nano SnO2 và ống nano carbon. Đề tài tiến hành nghiên cứu tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp dị thể giữa graphene với oxit đơn nguyên (Fe2O3) và oxit đa nguyên (ZnFe2O4). Tính chất nhạy khí của chuyển tiếp dị thể giữa oxit đa nguyên và graphene đã được nghiên cứu và công trên tạp chí top 1 của chuyên ngành cảm biến. Chuyển tiếp dị thể giữa oxit đơn nguyên (Fe2O3) với graphene cũng được nghiên cứu.

4. Về nghiên cứu ảnh hưởng của chuyển tiếp nano khi có hiện tượng uốn cong các mức năng lượng do biến tính với các loại vật liệu xúc tác.

Hiện tượng uống công vũng năng lượng có thể dẫn đến việc cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc theo hai chế điện tử và cơ chế hóa học (tăng hoạt tính xúc tác). Đề tài đã nghiên cứu cải thiện tính chất nhạy khí của cảm biến chuyển tiếp dây nano SnO2-SnO2. Nhóm đề tài đã chế tạo thành cảm biến dây-dây nano SnO2 biến tính với Ag ứng cho cảm biến khí H2S. Cảm có độ nhạy và độ chọn lọc rất tốt và có công suất tiêu thụ khá thấp cỡ µW.

Đề tài đã hoàn thành tốt các nội dung nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu điều vượt về số lượng và chất lượng công bố. Kết quá đào tạo cũng vượt so với quy định (có 2 NCS được giải “The best thesis” của Trường ĐHBKHN).

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20140/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)