Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành nghề khác nhau bao gồm công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải v.v. đã đem lại những ích lợi kinh tế to lớn cho xã hội, nhưng cũng dẫn đến ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng. Đặc biệt, vấn đề ô nhiễm không khí do các khí độc thải ra từ những nhà máy, khu công nghiệp, khu chăn nuôi gia súc, các phương tiện giao thông vận tải, và các hoạt động xã hội khác của con người đang là một vấn đề hết sức nan giải được cả xã hội quan tâm. Khi tiếp xúc với các chất khí độc hại như H2S, CO, NO2, H2, CO2, LPG, NOx tồn tại trong môi trường không khí chúng có thể gây ra những ảnh hưởng tực tiếp đến sức khỏe con người như đau đầu, chóng mặt hoặc thậm chí là tử vong.

Ngoài ra, các khí độc và khí dễ cháy này còn là một trong những tác nhân gây nên hiện tượng cháy nổ, mưa axít, ăn mòn và phá hủy các công trình xây dựng, gây thiệt hại về kinh tế và con người. Công tác quan trắc nhằm giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của các loại khí độc và khí dễ cháy nổ này đang đặt ra thách thức, đặc biệt là tại các nước đang phát triển như Việt Nam. Vì thế, nhóm nghiên cứu của TS. Phùng Thị Hồng Vân tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano volfram và thiếc oxit để chế tạo đầu đo khí NOx và H2S trong thiết bị cầm tay quan trắc môi trường khí” trong thời gian từ năm 2018 đến năm 2021.

Mục tiêu của đề tài là ổn định được quy trình chế tạo vật liệu nano volfram và thiếc oxit (WO3, SnO2) bằng các phương pháp bốc bay nhiệt; phát triển được các loại đầu đo cảm biến khí NOx và H2S có ưu điểm độ nhạy và độ ổn định cao, độ chọn lọc tốt và công suất tiêu thụ thấp sử dụng vật liệu nano WO3, SnO2; và phát triển thử nghiệm thiết bị đo khí đa kênh cầm tay nhỏ gọn có khả năng lưu trữ và truyền kết quả đo không dây nhằm phục vụ quan trắc môi trường khí.

Dưới đây là các kết quả chính thu được:

- Đã nghiên cứu thành công ổn định quy trình chế tạo vật liệu WO3, SnO2 bằng phương pháp bốc bay nhiệt.

- Đã nghiên cứu tối ưu một số vật liệu ôxit kim loại cấu trúc nano kết hợp với biến tính bề mặt cho 2 loại cảm biến kể trên để chế tạo cảm biến cho thiết bị đo cầm tay.

- Đã thiết kế và chế tạo thành công các điện cực cảm biến khác nhau cho đơn và đa cảm biến có công suất tiêu thụ thấp, dưới 200 mW. Điều này cho thấy đa cảm biến có thể phân biệt được với các khí khác nhau ở các nồng độ khác nhau khi ta ghép các đơn cảm biến lại.

- Đã xây dựng 2 quy trình để chế tạo chip cảm biến H2S và NO2 kết hợp phương pháp phún xạ và phương pháp bốc bay nhiệt.

- Đã thiết kế và hoàn thiện quy trình đóng gói cảm biến đơn giản và tin cậy cho thiết bị cầm tay của khí H2S và NO2.

- Chip cảm biến chế tạo được cho đặc tính nhạy khí tốt trong các dải nồng độ làm việc đáp ứng với yêu cầu đặt ra trong đề tài. Độ bền và độ ổn định đã được thử nghiệm trong thời gian trên 3 tháng. Ảnh hưởng của môi trường làm việc bao gồm độ ẩm (từ 50 đến 90%) và nhiệt độ (25 đến 40°C) không đáng kể.

- Đã thiết kế và chế tạo thành công thiết bị cầm tay chức năng đo đạc, hiển thị và truyền số liệu 2 loại khí H2S, NO2 và mở rộng thêm thông số nhiệt độ, độ ẩm môi trường.

Bước đầu thiết bị đo đã được thử nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm và một số địa điểm thực tế ngoài trời cho kết quả đáng tin cậy trong nhiều ngày liên tục. Tuy nhiên, các kết quả đo đạc thử nghiệm trên thiết bị và hệ thống vẫn còn khiêm tốn. Cần có thêm nhiều thử nghiệm theo thời gian và trong các điều kiện môi trường thực tế để có thể đánh giá tốt hơn.

Việc kết hợp công nghệ vật liệu nano và công nghệ vi điện tử để chế tạo các loại linh kiện cảm biến khí có độ nhạy cao (do sử dụng vật liệu có cấu trúc nano) và công suất tiêu thụ thấp là những hướng nghiên cứu mới, lần đầu tiên được thực hiện nhằm hướng tới đưa vào ứng dụng tại Việt Nam. Các cảm biến này sẽ được phát triển phương pháp cho khả năng sản xuất với số lượng lớn nhằm tiến tới hạ giá thành sản phẩm.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20443//2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)