Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, phát triển hệ đa cảm biến khí sử dụng màng mỏng và dây nano SnO2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:166

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm chế tạo được các cấu trúc chip điện cực đa cảm biến trên đế thủy tinh chịu nhiệt Pyrex, đốt nóng trực tiếp vùng nhạy khí trên cơ sở thay đổi nhiệt độ hoạt động giữa các đơn cảm biến được tích hợp; chế tạo được các đơn cảm biến màng mỏng, đa lớp SnO2 biến tính Pt, Ag nhằm tăng cường độ đáp ứng, độ chọn lọc với các khí NH3, H2và H2S; chế tạo được các hệ đa cảm biến màng mỏng và dây SnO2 biến tính Pt, Ag có kích thước nhỏ gọn, công suất tiêu thụ thấp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, phát triển hệ đa cảm biến khí sử dụng màng mỏng và dây nano SnO2

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan nội dung của luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tác giả dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Văn Duy và TS. Matteo Tonezzer. Các số liệu và kết quả trong luận án này hoàn toàn trung thực và chưa được tác giả khác công bố. Hà Nội, ngày…… tháng……năm 2021 TM. tập thể hướng dẫn Tác giả PGS.TS. Nguyễn Văn Duy Nguyễn Xuân Thái i
LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ này được hoàn thành tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Văn Duy và TS. Matteo Tonezzer. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về định hướng khoa học và phương pháp nghiên cứu. Dưới sự chỉ bảo tận tình cũng như sự quan tâm giúp đỡ và điều kiện mà các thầy dành cho học trò đã giúp học trò hoàn thành được luận án này. Nghiên cứu sinh xin được chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Đức Hòa, GS.TS. Hugo Nguyễn, GS.TS. Nguyễn Văn Hiếu đã chỉ dẫn về khoa học, giúp đỡ và góp ý để luận án được hoàn thiện. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các cán bộ thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu phát triển và Ứng dụng Cảm biến nano, các anh chị em nghiên cứu sinh, các bạn học viên cao học, đại học của nhóm đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ, chia sẻ ý tưởng khoa học trong quá trình nghiên cứu sinh thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu - ITIMS; Viện Đo lường Việt Nam; Phòng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi được học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, khích lệ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Tác giả Nguyễn Xuân Thái ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. ix DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................... x GIỚI THIỆU CHUNG ......................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................... 4 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 4 4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 5 5. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu ......................................................................... 5 6. Những đóng góp mới của đề tài ...................................................................... 6 7. Cấu trúc của luận án ........................................................................................ 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 9 1.1. Cảm biến khí sử dụng vật liệu SMO ....................................................... 9 1.1.1. Định nghĩa, phân loại, ứng dụng của biến khí .................................. 9 1.1.2. Cơ chế nhạy khí................................................................................. 9 1.2. Sự phụ thuộc độ đáp ứng khí của cảm biến vào nhiệt độ hoạt động . 13 1.3. Cảm biến khí sử dụng màng mỏng và dây nano ôxít kim loại bán dẫn ......................................................................................................................... 16 1.3.1. Cảm biến khí sử dụng màng mỏng ôxít kim loại bán dẫn .............. 16 1.3.2. Cảm biến khí sử dụng dây nano SnO2 ............................................ 19 1.4. Đa cảm biến khí sử dụng ôxit kim loại bán dẫn .................................. 22 iii
1.4.1. Khái niệm, nguyên lý làm việc của hệ đa cảm biến ........................ 22 1.4.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu, ứng dụng hệ đa cảm biến ........... 26 1.4.3. Thuật toán học máy ứng dụng cho hệ đa cảm biến ......................... 40 1.5. Kết luận chương 1................................................................................... 45 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 46 2.1. Thiết kế đa cảm biến .............................................................................. 46 2.1.1. Thiết kế chip điện cực đa cảm biến tích hợp 5 đơn cảm biến, có đảo tách nhiệt .............................................................................................................. 46 2.1.2. Thiết kế chip điện cực đa cảm biến tích hợp 4 cảm biến dạng bậc thang ..................................................................................................................... 50 2.2. Quy trình chế tạo các cấu trúc chip điện cực đa cảm biến ................. 51 2.2.1. Phương pháp chế tạo và các dạng chip điện cực đa cảm biến ........ 51 2.2.2. Quy trình chế tạo chip điện cực đa cảm biến sử dụng màng mỏng SnO2 làm vật liệu nhạy khí................................................................................... 53 2.2.3. Quy trình chế tạo chip điện cực đa cảm biến sử dụng dây nano SnO2 làm vật liệu nhạy khí ............................................................................................ 54 2.2.4. Quy trình chế tạo màng mỏng nano và dây nano SnO2 .................. 56 2.3. Thiết kế, chế tạo hệ đo đa cảm biến ...................................................... 58 2.3.1. Sơ đồ nguyên lý đo tín hiệu từ các đa cảm biến ............................. 58 2.3.2. Chế tạo hệ đo tín hiệu đa cảm biến ................................................. 60 2.4. Khảo sát tính chất nhạy khí của cảm biến ........................................... 63 2.4.1. Phương pháp đo tĩnh ....................................................................... 63 2.4.2. Phương pháp đo động...................................................................... 64 2.5. Phân tích số liệu hệ đa cảm biến ........................................................... 65 2.5.1. Các bước thực hiện phương pháp PCA ........................................... 65 2.5.2. Các bước thực hiện thuật toán máy véc-tơ hỗ trợ - SVM ............... 68 iv
2.6. Kết luận chương 2................................................................................... 70 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ĐA CẢM BIẾN KHÍ SỬ DỤNG CÁC CẤU TRÚC NANO SnO2 ........................................................................ 71 3.1. Giới thiệu ................................................................................................. 71 3.2. Cảm biến khí sử dụng màng mỏng, đa lớp .......................................... 72 3.2.1. Cảm biến màng mỏng SnO2 ............................................................ 72 3.2.2. Cảm biến màng mỏng đa lớp SnO2 biến tính Pt, Ag ...................... 77 3.2.3. Cơ chế nhạy khí của các cảm biến màng mỏng, đa lớp .................. 90 3.3. Chế tạo đa cảm biến khí sử dụng các cấu trúc nano SnO2 ................. 93 3.3.1. Kết quả khảo sát các hình thái, cấu trúc vật liệu trên đa cảm biến màng mỏng và dây nano SnO2 ............................................................................. 93 3.3.2. Kiểm tra phân bố nhiệt độ thực tế trên các đa cảm biến ................. 96 3.3.3. Khảo sát tính chất nhạy khí của các hệ đa cảm biến ....................... 99 3.4. Kết luận chương 3................................................................................. 108 CHƯƠNG 4. PHÁT TRIỂN, ỨNG DỤNG HỆ ĐA CẢM BIẾN TRONG VIỆC NHẬN DẠNG NHIỀU LOẠI KHÍ KHÁC NHAU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN HỌC MÁY............................................................................................ 110 4.1. Giới thiệu ............................................................................................... 110 4.2. Tiêu chí đánh giá chất lượng mô hình phân loại, hồi quy ................ 111 4.3. Phân loại các khí khác nhau sử dụng phương pháp PCA ................ 112 4.3.1. Đặc trưng bộ dữ liệu của hệ đa cảm biến màng mỏng SnO2 ........ 112 4.3.2. Đặc trưng bộ dữ liệu của hệ đa cảm biến dây nano SnO2 ............. 114 4.3.3. Giảm số chiều dữ liệu sử dụng phương pháp PCA ....................... 119 4.3.4. Kết quả phân loại khí sử dụng phương pháp PCA ........................ 122 4.4. Phân loại, tiên lượng nồng độ của các khí khác nhau sử dụng thuật toán SVM ...................................................................................................... 128 v
4.4.1. Kết quả phân loại, tiên lượng nồng độ các khí của đa cảm biến SnO2/Pt sử dụng thuật toán SVM....................................................................... 128 4.4.2. Kết quả phân loại, tiên lượng nồng độ các khí của đa cảm biến SnO2/Ag sử dụng thuật toán SVM ..................................................................... 130 4.4.3. Kết quả phân loại, tiên lượng nồng độ các khí của đa cảm biến SnO2/Pt và SnO2/Ag sử dụng thuật toán SVM .................................................. 131 4.5. Kết luận chương 4................................................................................. 133 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ CỦA LUẬN ÁN ............................ 135 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................... 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 138 vi
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu, Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt TT viết tắt 1 ANN Aritifical Neural Network Mạng nơ-ron nhân tạo 2 AI Artifical Intelligent Trí tuệ nhân tạo 3 ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự-số Complementary Metal-Oxide- 4 CMOS Ôxít kim loại ban dẫn bù Semiconductor 5 CP Conducting Polimer Polimer dẫn 6 CVD Chemical Vapour Deposition Lắng đọng hóa học pha hơi 7 DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số-tương tự 8 DC Direct Current Dòng điện một chiều Energy-dispersive X-ray 9 EDS Phổ tán sắc năng lượng tia X spectroscopy 10 EN Electronic Nose Mũi điện tử 11 FET Field-Effect Transistor Transistor hiệu ứng trường 12 GC Gas Chromatograph Sắc kế khí 13 IoT Internet of Thing Internet vạn vật kết nối 14 ITO Indium Tin Oxide Ôxít thiếc In-đi 15 I2C Inter-Integrated Circuit Mạch tích hợp nội 16 k-NN k-Nearest Neighbours k hàng xóm gần nhất 17 LDA Linear Discriminat Analysis Phân tích sự khác biệt 18 LPG Liquefied Petroleum Gas Khí dầu mỏ hóa lỏng 19 MAPE Mean Absolute Percentage Error Sai số tương đối trung bình 20 MFC Mass Flow Controller Bộ điều khiển lưu lượng khí 21 ML Machine Learning Học máy 22 MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems Hệ vi cơ điện tử 23 NWs Nanowires Các dây nano 24 PCA Principle Component Analysis Phân tích thành phần chính vii
25 PCB Printed Circuit Board Bo mạch in 26 PET PolyEthylene Terephthalate Nhựa dẻo 27 QCM Quarzt-Crystal Microbalance Vi cân tinh thể thạch anh Hàm cơ sở xuyên tâm – hàm 28 RBF Radial Basis Function Gauss Điện trở cảm biến đo trong 29 Ra - không khí Điện trở cảm biến đo trong 30 Rg - khí phân tích 31 rGO Reduced Graphene Oxide Ôxit Graphene 32 SAW Surface Accoustic Wave Sóng âm bề mặt 33 SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 34 SMO Simiconductor Metal Oxide Oxít kim loại bán dẫn 35 SPI Serial Peripheral Interface Giao thức ngoại vi nối tiếp 36 SVM Support Vector Machine Máy véc tơ hỗ trợ 37 SWCNT Single-Wall Carbon Nano Tube Ống các-bon đơn tường Kính hiển vi điện tử truyền 38 TEM Transition Electron Microscope qua High Resolution Transition Kính hiển vi điện tử truyền 39 HRTEM Electron Microscope qua, độ phân giải cao Điện áp cảm biến trong môi 40 Va - trường không khí Điện áp cảm biến trong môi 41 Vg - trường khí phân tích 42 VLS Vapour Liquid Solid Hơi-lỏng-rắn 43 VOC Volatile Organic Compound Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi 44 XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X 45 0D Zero-Dimension Không chiều chiều 46 1D One-Dimension Một chiều 47 2D Two-Dimension Hai chiều viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tổng hợp các hệ đa cảm biến thương mại điển hình ..................................... 25 Bảng 1.2. Bảng tổng hợp các cấu trúc phổ biến của hệ đa cảm biến ............................ 38 Bảng 2.1. Các điều kiện thay đổi trong quá trình thiết đa cảm biến ............................. 48 Bảng 2.2. Các hằng số đầu vào trong quá trình chạy mô phỏng ................................... 48 Bảng 2.3. Thông số phún xạ màng mỏng SnO2 và các lớp biến tính Pt, Ag. ................. 57 Bảng 3.1. Tổng hợp độ đáp ứng của cảm biến SnO2 dày 150 nm với khí NH3 và H2. ... 77 Bảng 3.2. Thời gian đáp ứng, hồi phục của các cảm biến SnO2/Ag. ............................. 89 Bảng 3.3. Các khí được khảo sát với đa cảm biến màng mỏng SnO2. ........................... 99 Bảng 3.4. Các khí được khảo sát với đa cảm biến màng dây nano SnO2. ................... 100 Bảng 3.5. Bảng tổng hợp độ đáp ứng của đa cảm biến màng mỏng SnO2 với 6 khí đo. ...................................................................................................................................... 102 Bảng 3.6. Bảng tổng hợp độ đáp ứng của hệ đa cảm biến dây nano SnO2 với 6 khí đo. ...................................................................................................................................... 105 Bảng 4.1. Bảng giá trị nồng độ của các khí được đo sử dụng hệ đa cảm biến dây nano SnO2/Pt và SnO2/Ag. ..................................................................................................... 115 ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Hình mô tả: (a) sự tồn tại ôxy ở các trạng thái khác nhau theo nhiệt độ làm việc [29]; (b) hiện tượng uốn cong vùng năng lượng [31] ............................................ 11 Hình 1.2. Cơ chế nhạy hóa và nhạy điện tử của SnO2/Pd [37]. .................................... 12 Hình 1.3. Hình biểu diễn: (a) sự phụ thuộc độ đáp ứng khí của cảm biến với nhiệt độ làm việc [41]; (b) Kết quả mô phỏng mật độ cân bằng của O2 hấp phụ trên bề mặt SnO2 theo nhiệt độ [44] ........................................................................................................... 14 Hình 1.4. (a) Kết quả tính toán theo lý thuyết sự phụ thuộc độ đáp ứng của cảm biến SnO2 với 500 ppm khí CO [46]; (b) Sự phụ thuộc của độ đáp ứng với các khí khác nhau theo nhiệt độ của cảm biến SnO2 [47]. ........................................................................... 14 Hình 1.5. Hình biểu diễn: (a) đặc trưng nhạy khí của cảm biến sử dụng tấm nano xốp ZnO với khí clorobenzen và ethanol [48], (b) độ đáp ứng của cảm biến sử dụng tấm nano SnO2 với các khí khác nhau [49]. .......................................................................... 16 Hình 1.6. (a) Sơ đồ minh họa quy trình chế tạo cảm biến, độ đáp ứng của cảm biến với khí (b) LPG và (c) CO2 [57]. .......................................................................................... 18 Hình 1.7. (a) Sơ đồ cấu trúc, (b, c) đặc trưng nhạy khí NH3 và (d) độ chọn lọc của cảm biến màng mỏng SnO2 biến tính WO3 [58]. .................................................................... 19 Hình 1.8. Ảnh SEM (a) và TEM (b) của dây nano, (c) đặc trưng nhạy khí của cảm biến màng xốp hạt nano (1), màng mỏng hạt nano (2) và màng mỏng dây nano SnO2 (3). So sánh độ ổn định đáp ứng khí của cảm biến dây nano (d) và hạt nano (e) [60]. ............ 21 Hình 1.9. (a) Quy trình chế tạo cảm biến; (b) độ nhạy khí của các cảm biến với 1 ppm khí C6H6; (c, d) độ chọn lọc của cảm biến với các khí khác nhau [63]. ........................ 22 Hình 1.10. Sơ đồ minh họa các thành phần của hệ đa cảm biến [65]. .......................... 23 Hình 1.11. Hệ đa cảm biến được tích hợp từ: (a) 09 cảm biến thương mại [77] và (b) 06 cảm biến thương mại [76]. ........................................................................................ 27 Hình 1.12. Hệ đa cảm biến tích hợp: (a) 4 đơn cảm biến [79], (b) 16 đơn cảm biến [80] và (c) 9 cảm biến với vật liệu nhạy khí và biến tính khác nhau [81].............................. 28 Hình 1.13. Hệ đa cảm biến tích hợp: (a) 20 đơn cảm biến SWCNT [86]; (b) tích hợp 08 đơn cảm biến rGO trên đế PET [87]. ............................................................................. 30 Hình 1.14. Hình (a-d) Ảnh hệ đa cảm biến sử dụng mạng lưới dây nano SnO2 [92], (e, f) hệ đa cảm biến sử dụng đai nano SnO2 [93]. ............................................................. 32 x
Hình 1.15. Hệ đa cảm biến sử dụng nguyên lý thay đổi nhiệt độ hoạt động: (a-d) tích hợp 4 cảm biến SnO2 xúc tác với các ôxxit khác nhau [94], (e-f) hệ đa cảm biến sử dụng bộ cộng hưởng sóng âm [95]. ......................................................................................... 33 Hình 1.16. (a, b) Sơ đồ và kết quả phân tích của hệ đa cảm biến sử dụng sợi nano WO3 [107], (c) mô hình hệ đa cảm biến dùng để chẩn đoán bệnh ung thư dạ dày [108], (d, e) mô hình và kết quả phân loại dùng hệ đa cảm biến để phân loại 17 bệnh nhân bị bệnh liên quan đến đường tiêu hóa [109]. .............................................................................. 35 Hình 1.17. (a, b, c) Sơ đồ nguyên lý, cách ghép nối lấy tín hiệu của hệ đa cảm biến; (d) mô hình ứng dụng giám sát chất lượng không khí làm việc từ xa; (e) kết quả phân tích khí NO2, SO2, H2 [110], (f) đa cảm biến thương mại sử dụng thực tế trong việc giám sát ô nhiễm môi trường [115]............................................................................................... 37 Hình 1.18. (a) Sơ đồ hệ đa cảm biến phân loại quả quýt, (b, c) kết quả phân loại sử dụng kỹ thuật PCA và LDA [112], (d) sơ đồ hệ đa cảm biến phân loại mùi của cá và thịt, (e) kết quả phân loại mùi cá, (f) kết quả phân loại mùi thịt [113]. ......................... 38 Hình 1.19. Hình minh họa ý tưởng của phương pháp phân tích thành phần chính [118]. ........................................................................................................................................ 42 Hình 1.20. (a) Kết quả phân loại khí methanol, DMMP và hỗn hợp methanol+DMMP [119], (b) kết quả phân loại độ tươi của bông xúp lơ xanh [120], (c) kết quả phân loại 7 loại khí thường có trong ô nhiễm không khí [88], (d) kết quả phân loại 3 loại khí đặc trưng cho một số bệnh có thể chẩn đoán trước thông qua việc phân tích hơi thở[81]. . 43 Hình 1.21. Nguyên tắc phân loại của thuật toán SVM [121]. ....................................... 44 Hình 1.22. (a) Kết quả tiên lượng nồng độ của 8 loại khí thường có trong nguồn ô nhiễm không khí [122], (b) kết quả đánh giá chất lượng phân loại của các thuật toán khác nhau trong việc phân loại các loại nhân sâm khác nhau [123]. ............................ 44 Hình 2.1. (a) Sơ đồ minh họa cấu trúc đa cảm biến kiểu 5 cảm biến có đảo tách nhiệt, (b) Kết quả mô phỏng phân bố nhiệt của đa cảm biến sử dụng phần mềm Comsol. ..... 48 Hình 2.2. Phân bố nhiệt độ của các cảm biến với các điều kiện chế tạo khác nhau. .... 49 Hình 2.3. Các kích thước chính của chip điện cực đa cảm biến tích hợp 5 đơn cảm biến, có đảo tách nhiệt. ............................................................................................................ 49 Hình 2.4. (A) Hình dạng điện cực đa cảm biến loại tích hợp 4 sensor; (B) Kết quả mô phỏng phân bố nhiệt của điện cực đa cảm biến. ............................................................ 50 Hình 2.5. Các kích thước chính của chip điện cực đa cảm biến tích hợp 4 đơn cảm biến, có dạng bậc thang. .......................................................................................................... 51 xi
Hình 2.6. (a) Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ DC; (b) Hình ảnh hệ phún xạ tại Viện ITIMS. ........................................................................................................................................ 52 Hình 2.7. Các dạng chip điện cực đa cảm biến: (a) tích hợp 5 đơn cảm biến màng mỏng; (b) tích hợp 5 đơn cảm biến dây nano; (c) tích hợp 4 đơn cảm biến dây nano... 52 Hình 2.8. Quy trình chế tạo chip điện cực đa cảm biến loại tích hợp 5 đơn cảm biến màng mỏng SnO2. ........................................................................................................... 54 Hình 2.9. Quy trình chế tạo chip điện cực đa cảm biến loại tích hợp 5 đơn cảm biến dây nano SnO2. ...................................................................................................................... 55 Hình 2.10. Quy trình chế tạo chip điện cực đa cảm biến loại tích hợp 4 đơn cảm biến dây nano SnO2. ............................................................................................................... 56 Hình 2.11. (a) Ảnh hệ CVD và vật tư, hóa chất cho quá trình mọc dây nano SnO2 dùng hệ CVD; (b) Sơ đồ công nghệ quy trình mọc dây nano SnO2. ........................................ 58 Hình 2.12. Sơ đồ minh họa việc lấy tín hiệu từ: (a) chip đa cảm biến tích hợp 4 đơn cảm biến; (b) chip đa cảm biến tích hợp 5 đơn cảm biến............................................... 60 Hình 2.13. Đế PCB và các điện chip cực đa cảm biến tương ứng................................ 61 Hình 2.14. (a) Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thu thâp dữ liệu cho đa cảm biến; (b) lưu đồ thuật toán phần mềm thu thập dữ liệu trên Labview. ..................................................... 62 Hình 2.15. Hình ảnh thực tế: (a) phần mềm trên máy tính và (b) phần cứng hệ thu thập dữ liệu cho các hệ đa cảm biến....................................................................................... 63 Hình 2.16. Sơ đồ tổng quát hệ đo tín hiệu và trộn khí cho hệ đa cảm biến. .................. 65 Hình 2.17. Trình tự các bước thực hiện phương pháp PCA [128]. ............................... 67 Hình 2.18. Trình tự các bước thực hiện thuật toán SVM [130]. .................................... 69 Hình 3.1. Hình thái cấu trúc của cảm biến SnO2: (a) ảnh SEM cấu trúc của cảm biến; (b) ảnh SEM bề mặt trên của cảm biến với chiều dày màng SnO2 là (b) 75 nm; (c) 150 nm; (d) 225 nm; (e) ảnh SEM mặt cắt đứng của cảm biến với chiều dày màng SnO2 là 150 nm; (f) Giản đồ nhiễu xạ tia X của cảm biến SnO2 dày 150 nm. .......................... 73 Hình 3.2. (a) Đồ thị biểu diễn điện trở các của các mẫu SnO2 theo thời gian tại nhiệt độ 250 oC và 2,5 ppm H2S; (b) Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc điện trở theo nhiệt độ của mẫu SnO2 dày 150 nm tại nồng độ 2,5 ppm H2S. ................................................................... 75 Hình 3.3. Đồ thị so sánh độ đáp ứng với khí H2S của các cảm biến: (a) tại nhiệt độ làm việc 250 oC; (b) tại nồng độ 2,5 ppm H2S; (c) Thời gian đáp ứng và (d) thời gian hồi phục của các cảm biến màng SnO2 dày 150 nm tại nhiệt độ 300 oC. ............................. 76 Hình 3.4. Độ đáp ứng của cảm biến SnO2 dày 150 nm với (a) khí H2 và (b) khí NH3. . 77 xii
Hình 3.5. Ảnh SEM cấu trúc bề mặt của cảm biến: (a) TP0; (b) TP2; (c) TP5; (d) TP10; (e) TP20 và (f) ảnh SEM mặt cắt đứng của cảm biến TP20. ............................... 79 Hình 3.6. (a) Phổ tán xạ năng lượng và (b) giản đồ nhiễu xạ tia X cảm biến TP10 ..... 79 Hình 3.7. Ảnh SEM cấu trúc bề mặt của cảm biến: (a) TA2; (b) TA4; (c) TP8 và (d) Phổ tán xạ năng lượng của cảm biến TA4. ..................................................................... 81 Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện trở theo thời gian ở các nồng độ khí NH3 khác nhau của cảm biến: (a) TP2; (b) TP5; (c) TP10; (d) TP20. .................................. 83 Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn: (a) Độ đáp ứng khí NH3 theo các nhiệt độ làm việc; độ đáp ứng của các cảm biến tại nhiệt độ (b) 250 oC và (c) tại nồng độ 250 ppm NH3. ........... 83 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện trở theo thời gian với các nồng độ khí H2 khác nhau của cảm biến: (a) TP2; (b) TP5; (c) TP10; (d) TP20. .................................. 84 Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn: (a) Độ đáp ứng khí H2 theo các nhiệt độ làm việc; độ đáp ứng của các cảm biến tại nhiệt độ (b) 200 oC và (c) tại nồng độ 250 ppm H2. .............. 84 Hình 3.12. Hình biểu diễn sự thay đổi điện trở của cảm biến (a) TP5; (b)TP10 với các khí khác nhau; (c) So sánh độ đáp ứng của cảm biến TP5; TP10 với các khí khác nhau. ........................................................................................................................................ 86 Hình 3.13. Độ ổn định ngắn hạn của cảm biến: (a) TP5 với khí H2; (b) TP10 với khí NH3; Độ ổn định sau 3 tháng của cảm biến: (c) TP5 với khí H2, (d) TP10 với khí NH3. ........................................................................................................................................ 86 Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện trở theo thời gian của cảm biến: (a) TA2; (b) TA4; (c) TA8 với các nồng độ khí H2S khác nhau. ................................................... 87 Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ đáp ứng với khí H2S theo nhiệt độ hoạt động của cảm biến: (a) TA2; (b) TA4; (c) TA8. ...................................................................... 88 Hình 3.16. Độ ổn định của cảm biến TA8 tại 2,5 ppm H2S và 300 oC sau 6 chu kỳ đóng/ngắt khí. ................................................................................................................. 88 Hình 3.17. Cơ chế nhạy khí của cảm biến SnO2 biến tính Pt: (A) trong không khí và (B) trong môi trường có khí NH3 hoặc H2. ........................................................................... 91 Hình 3.18. Cơ chế nhạy khí của cảm biến màng mỏng đa lớp SnO2 biến tính Ag......... 93 Hình 3.19. (a) Ảnh SEM cấu trúc đa cảm biến màng mỏng 5 cảm biến với ảnh chèn bên trong là ảnh SEM vùng nhạy khí của cảm biến TS5; (b) Ảnh SEM mặt cắt dọc; (c) ảnh SEM bề mặt; (d) Phổ tán xạ năng lượng (EDS) của đa cảm biến. ................................. 94 Hình 3.20. (a) Ảnh SEM cấu trúc đa cảm biến; (b) ảnh SEM vùng nhạy khí cảm biến NS4; (c, d) ảnh TEM cấu trúc dây nano SnO2 của cảm biến; (e) ảnh STEM; (f, g) kết quả EDS mapping nguyên tố Sn và O trong vùng nhạy khí của cảm biến. .................... 95 xiii
Hình 3.21. Ảnh hồng ngoại chụp phân bố nhiệt độ đa cảm biến tại: (a) 30 mW; (b) 50 mW; (c) 80 mW; (d) Đồ thị biểu diễn nhiệt độ trong đa cảm biến tại các công suất. .... 97 Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn độ đáp ứng với khí H2 của đa cảm biến bằng: (A) nhiệt độ từ lò nhiệt bên ngoài; (B) nhiệt độ bên trong của các đa cảm biến. .............................. 98 Hình 3.23. Ảnh hồng ngoại chụp phân bố nhiệt của đa cảm biến dây nano SnO2 tại công suất: (a) 100 mW; (b) 130 mW; (c) 150 mW; (d) 165 mW .................................... 99 Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi tín hiệu của đa cảm biến theo thời gian với các khí: (A) NH3; (B) H2; (C) Methanol; (D) Acetone; (E) Ethanol; (F) IPA. ................... 101 Hình 3.25. Đồ thị so sánh độ đáp ứng khí của đa cảm biến cho các khí: (a) NH3; (b) H2; (c) Methanol; (d) Acetone; (e) Ethanol; (f) IPA. ................................................... 102 Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn độ ổn định của đa cảm biến sau 6 chu kỳ đóng ngắt với: (a) 300 ppm Ethanol; (b) 50 ppm khí H2. ........................................................................... 103 Hình 3.27. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi tín hiệu của đa cảm biến theo thời gian với các khí: (a) NH3; (b) H2; (c) H2S; (d) Ethanol; (e) Methanol; (f) IPA. .............................. 104 Hình 3.28. Đồ thị so sánh độ đáp ứng khí của đa cảm biến cho các khí: (a) NH3; (b) H2; (c) H2S; (c) Ethanol; (e) Methanol; (f) IPA. .......................................................... 105 Hình 3.29. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi tín hiệu của đa cảm biến theo thời gian với 125 ppm khí Ethanol. ........................................................................................................... 106 Hình 3.30. Đồ thị radar biểu diễn xu hướng đáp ứng với các khí khác nhau của: (a) đa cảm biến màng mỏng SnO2 và (b) đa cảm biến dây nano SnO2. .................................. 107 Hình 4.1. Ma trận đánh giá sự phân loại trong bài toán phân loại 2 lớp [139]. ........ 111 Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn dữ liệu sau khi chuẩn hóa của đa cảm biến SnO2/Pt. ....... 113 Hình 4.3. Đồ thị radar của hệ đa cảm biến SnO2/Pt với 250 ppm NH3, 250 ppm H2, 3700 ppm methanol, 1200 ppm IPA, 1400 ppm ethanol, 3700 ppm acetone. .............. 114 Hình 4.4. Đồ thị ma trận tương quan độ đáp ứng khí của hệ đa cảm biến ................. 116 Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi đáp ứng của đa cảm biến dây nano SnO2/Pt. . 118 Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi đáp ứng của đa cảm biến dây nano SnO2/Ag . 119 Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn phần trăm mức độ biểu diễn thông tin trong tập dữ liệu đầu vào của các thành phần chính với đa cảm biến màng mỏng SnO2/Pt. ......................... 120 Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn phần trăm mức độ biểu diễn thông tin trong tập dữ liệu đầu vào của các thành phần chính với đa cảm biến dây nano SnO2. .................................. 121 Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa các đơn cảm biến với số thành phần chính của hệ đa cảm biến dây nano SnO2/Pt và SnO2/Ag. ........................................... 122 xiv
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn dữ liệu trên hệ không gian mới bằng cách chiếu vuông góc xuống từng cặp thành phần chính: (A) PC1 với PC2; (B) PC1 với PC3; (C) PC2 với PC3; (D) PC7 với PC8 của tập dữ liệu hệ đa cảm biến dây nano SnO2. ..................... 123 Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn dữ liệu trên không gian 3 chiều được xây dựng từ ba thành phần chính đầu tiên của tập dữ liệu hệ đa cảm biến dây nano SnO2. .......................... 125 Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn dữ liệu trên không gian 3 chiều được xây dựng từ ba thành phần chính đầu tiên với các điểm nồng độ thấp của các khí. ....................................... 126 Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn dữ liệu đa cảm biến màng SnO2 trên không gian mới được xây dựng từ 2 thành phần chính PC1 và PC2. ............................................................. 127 Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn dữ liệu trên không gian 3 chiều được xây dựng từ ba thành phần chính đầu tiên của tập dữ liệu đa cảm biến màng mỏng SnO2 ............................ 128 Hình 4.15. Kết quả phân loại (a) và hồi quy nồng độ (b) 5 loại khí khác nhau sử dụng đa cảm biến dây nano SnO2/Pt. .................................................................................... 130 Hình 4.16. Kết quả phân loại (a) và hồi quy nồng độ (a) 5 loại khí khác nhau sử dụng đa cảm biến dây nano SnO2/Ag. ................................................................................... 131 Hình 4.17. Kết quả phân loại (A) và hồi quy nồng độ (B) cho 5 loại khí khác nhau sử dụng đa cảm biến SnO2/Pt và SnO2/Ag. ....................................................................... 132 Hình 4.18. So sánh kết quả tiên lượng nồng độ của khí khác nhau của các đa cảm biến SnO2/Pt; SnO2/Ag và hệ đa cảm biến kết hợp............................................................... 133 xv
GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, với sự phát triển một cách mạnh mẽ của công nghệ nano hứa hẹn mang đến những thành tựu khoa học quan trọng phục vụ đời sống con người, đặc biệt là trong lĩnh vực linh kiện điện tử và thiết bị cảm biến. Việc sử dụng vật liệu, công nghệ và kỹ thuật nano nhằm phát triển các loại cảm biến thế hệ mới có kích thước nhỏ hơn, công suất tiêu thụ thấp hơn, độ nhạy khí và tính ổn định cao hơn để ứng dụng trong các lĩnh vực như, quan trắc ô nhiễm môi trường, chẩn đoán bệnh trong y học, cảnh báo rò rỉ chất độc hại, chất cháy nổ… đã thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của các nhóm nghiên cứu trên thế giới. Hiện nay, có nhiều loại cảm biến khí hoạt động theo các nguyên lý khác nhau như cảm biến đo tính chất quang, cảm biến kiểu điện hóa, cảm biến hồng ngoại, cảm biến thay đổi độ dẫn... Trong đó, cảm biến khí dựa trên sự thay đổi độ dẫn có những ưu điểm nổi bật như: thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp, có khả năng làm việc liên tục trong thời gian dài. Cho đến nay, nhiều loại vật liệu nhạy khí khác nhau đã được nghiên cứu ứng dụng trong cảm biến kiểu thay đổi độ dẫn. Trong đó, vật liệu SMO đã và đang thu hút sự quan tâm của rất nhiều các nhà khoa học do có nhiều ưu điểm nổi bật như quy trình chế tạo đơn giản, chi phí thấp, công suất tiêu thụ của cảm biến thấp, độ bền về mặt hóa học và bền nhiệt cao [1]–[3]. Tuy nhiên, các loại cảm biến kiểu thay đổi độ dẫn truyền thống nói chung cũng như cảm biến khí sử dụng SMO vẫn tồn tại một số nhược điểm như độ nhạy thấp, độ chọn lọc kém, giới hạn đo nồng độ khí thường tương đối cao [4]. Trong khi các ứng dụng thực tế đòi hỏi cảm biến khí phải có độ nhạy cao và độ chọn lọc tốt với các khí cần phân tích, đặc biệt trong các ứng dụng tồn tại nhiều khí phân tích khác nhau. Hiện tại, có nhiều phương pháp để nâng cao độ chọn lọc cũng như độ nhạy của cảm biến, nhưng nhìn chung có 2 phương pháp chính: (i) pha tạp, biến tính vật liệu nhạy khí của cảm biến với các vật liệu có hoạt tính xúc tác cao [5], [6] và (ii) tích hợp, phát triển các hệ đa cảm biến từ các đơn cảm biến [7]–[10]. Trong đó, phương pháp pha tạp, biến tính là một trong những phương pháp truyền thống đã được sử dụng để tăng cường độ 1
đáp ứng, độ chọn lọc của cảm biến khí nói chung. Có nhiều phương pháp pha tạp vật liệu SMO khác nhau đã được tiến hành nghiên cứu như pha tạp vào tinh thể, pha tạp khối, biến tính bề mặt. Trong số các phương pháp trên, biến tính bề mặt được được cho là dễ thực hiện và điều khiển hơn [11]–[13]. Phương pháp pha tạp dẫn tới việc tăng cường độ chọn lọc của cảm biến khí được giải thích là do sự tăng cường các phản ứng hóa học của vật liệu SMO khi các tạp chất chỉ có hoạt tính xúc tác với khí cần phân tích nhất định mà không có hoạt tính xúc tác với các loại khí gây nhiễu. Cho đến nay, việc biến tính bề mặt vật liệu SMO có các hình thái khác nhau như dạng khối hay màng dày [14], màng mỏng [15]–[20] và các cấu trúc nano một chiều [21]–[23] nhằm cải thiện tính chất nhạy khí đã được nghiên cứu. Tuy nhiên, giới hạn của phương pháp này đó là tính chọn lọc của cảm biến chỉ hiệu quả với một loại khí nhất định mà vai trò xúc tác của vật liệu biến tính được thể hiện rõ ràng nhất. Mặt khác, trong các ứng dụng thực tế có thể có nhiều loại khí cần phân tích cùng tồn tại với nhau. Do vậy, yêu cầu đặt ra là các cảm biến vừa phải có độ chọn lọc cao và vừa phải có khả năng phân loại các loại khí khác nhau. Do vậy, phương pháp tích hợp các cảm biến đơn lẻ có độ chọn lọc khí không cao kết hợp với việc sử dụng các thuật toán phân loại phù hợp nhằm xây dựng các hệ đa cảm biến hay còn gọi là mũi điện tử (Electronic Nose) [24]–[26] ra đời để giải quyết các vấn đề vẫn còn tồn tại với các đơn cảm biến SMO. Với phương pháp này, không chỉ phát huy được các ưu điểm của cảm biến khí sử dụng vật liệu SMO mà còn cải thiện, nâng cao được độ chọn lọc của cảm biến. Theo Gardner và Barleet [27] đã định nghĩa EN là một thiết bị đo được tích hợp từ các cảm biến trên chip hoặc tích hợp từ các cảm biến đơn lẻ (các cảm biến được tích hợp thường có độ chọn lọc không cao) kết hợp với phương pháp phân loại, nhận dạng phù hợp dùng để nhận dạng những mùi khác nhau. Việc tích hợp đa cảm biến có khả năng giảm kích thước, công suất tiêu và giá cả giá thành của các linh kiện. Tuy nhiên, trong phần lớn các nghiên cứu hiện nay vẫn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết như: (i) phần lớn các hệ đa cảm biến sử dụng cảm biến thương mại dẫn tới kích thước hệ đa cảm biến tích hợp sẽ có kích thước lớn và công suất tiêu thụ cao; (ii) mặc dù đã phát triển đa cảm biến tích hợp để nâng cao độ tích hợp nhưng quy trình chế tạo tương đối phức tạp, công suất tiêu 2
thụ lớn do phải đốt nóng toàn bộ điện cực; (iii) phần lớn các hệ đa cảm biến đều được phát triển trên điện cực mà chưa phát triển trên chip. Trong số các vật liệu SMO được ứng dụng trong cảm biến khí, SnO2 được nghiên cứu chế tạo và ứng dụng nhiều nhất do khả năng nhạy với nhiều loại khí, độ bền hóa học, độ bền cơ học cao, giá thành rẻ và đây cũng là loại vật liệu được sử dụng chủ yếu để chế tạo các cảm biến thương mại trên thị trường nên cảm biến SnO2 được chế tạo ở các hình thái khác nhau từ dạng khối, dây nano, màng mỏng… [28]–[30]. Ngoài ra, vật liệu có cấu trúc nano SnO2 cũng được sử dụng chính trong việc phát triển các hệ đa cảm biến ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau [31], [32]. Ở nước ta, việc nghiên cứu trong lĩnh vực cảm biến khí đã thu hút được sự quan tâm nhất định của các nhà khoa học. Đây cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng, do nhu cầu ứng dụng ngày càng tăng. Cho đến nay đã hình thành một số nhóm nghiên cứu về cảm biến khí, điển hình như : nhóm nghiên cứu của TS. Hồ Trường Giang và cộng sự tại Viện Khoa học Vật Liệu, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; nhóm nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Đức Chiến và PGS.TS. Đặng Đức Vượng tại Viện Vật lý Kỹ thuật - ĐHBKHN; nhóm nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Đức Hòa và cộng sự tại viện ITIMS - ĐHBKHN. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc chế tạo các vật liệu có cấu trúc nano khác nhau (hạt nano, thanh nano, dây nano, màng nano…) nhằm cải thiện các đặc trưng của cảm biến khí để hướng tới việc ứng dụng cảm biến khí vào các lĩnh vực mới (kiểm soát chất lượng không khí, phân tích hơi thở để chẩn đoán sớm bệnh, phân tích độ tươi của thực phẩm…). Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu của các nhóm trong nước mới chỉ quan tâm phát triển các vật liệu nhạy khí và linh kiện cảm biến riêng lẻ. Theo hiểu biết của nghiên cứu sinh, tính đến thời điểm hiện tại trong nước chưa có đề tài nghiên cứu nào sử dụng công nghệ vi điện tử kết hợp với phương pháp phún xạ hoạt hóa, CVD nhiệt và các thuật toán học máy để phát triển các hệ đa cảm biến nhằm mục đích phân loại, nhận dạng nhiều loại khí khác nhau. Từ những phân tích trên, có thể thấy hướng nghiên cứu, phát triển các hệ đa cảm biến khí trên cơ sở vật liệu SnO2 đã, đang và sẽ là xu hướng phát triển chính 3
trong tương lai. Vì vậy, nghiên cứu sinh đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo, phát triển hệ đa cảm biến khí sử dụng màng mỏng và dây nano SnO2” 2. Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo được các cấu trúc chip điện cực đa cảm biến trên đế thủy tinh chịu nhiệt Pyrex, đốt nóng trực tiếp vùng nhạy khí trên cơ sở thay đổi nhiệt độ hoạt động giữa các đơn cảm biến được tích hợp. - Chế tạo được các đơn cảm biến màng mỏng, đa lớp SnO2 biến tính Pt, Ag nhằm tăng cường độ đáp ứng, độ chọn lọc với các khí NH3, H2 và H2S. - Chế tạo được các hệ đa cảm biến màng mỏng và dây SnO2 biến tính Pt, Ag có kích thước nhỏ gọn, công suất tiêu thụ thấp. Đa cảm biến chế tạo được có độ nhạy cao và có xu hướng nhạy khí khác nhau rõ rệt với nhiều loại khí được khảo sát. - Các tập dữ liệu về độ đáp ứng khí thu được từ các hệ đa cảm biến chế tạo được có khả năng kết hợp với thuật toán học máy để phân loại, nhận dạng được nhiều loại khí khác nhau. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu đã đề ra, luận án tập trung vào các nghiên cứu chính như sau: - Thiết kế, chế tạo các cấu trúc chip điện cực đa cảm biến đốt nóng trực tiếp vùng nhạy khí, thay đổi nhiệt độ hoạt động trên đế thủy tinh chịu nhiệt Pyrex. - Chế tạo đơn cảm biến màng mỏng đa lớp SnO2 biến tính Pt và Ag bằng phương pháp phún xạ hoạt hóa và khảo sát tính chất nhạy khí của các cảm biến chế tạo được. - Chế tạo đa cảm biến màng mỏng và dây nano SnO2 biến tính Pt, Ag bằng phương pháp phún xạ hoạt hóa, bốc bay nhiệt trực tiếp lên trên các chip điện cực đa cảm biến và khảo sát tính chất nhạy khí của các hệ đã cảm biến chế tạo được. - Sử dụng phương pháp đồ thị cực và các thuật toán học máy (phương pháp phân tích thành phần chính - PCA, phương pháp máy véctơ hỗ trợ - SVM) trên các tập dữ liệu về độ đáp ứng thu được từ các hệ đa cảm biến nhằm mục đích 4
đánh giá xu hướng đáp ứng, khả năng phân loại các loại khí khác nhau của đa cảm biến. 4. Phương pháp nghiên cứu Luận án được thực hiện dựa trên các phương pháp thiết kế, mô phỏng và thực nghiệm: - Các cấu trúc chip điện cực đa cảm biến được thiết kế, mô phỏng trên phần mềm Comsol Multiphysics và được chế tạo bằng công nghệ vi điện tử như quang khắc, phún xạ, ăn mòn. - Sự phân bố nhiệt độ hoạt động giữa các đơn cảm biến tích hợp trên chip điện cực đa cảm biến sau khi chế tạo sẽ được kiểm chứng bằng phương pháp chụp ảnh phân bố nhiệt hồng ngoại với camera hồng ngoại có độ phân giải cao. - Sử dụng các phương pháp như phún xạ hoạt hóa nguồn điện một chiều và phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi (CVD) để chế tạo các hệ đa cảm biến màng mỏng và dây nano SnO2 biến tính Pt, Ag. - Hình thái, vi cấu trúc của vật liệu nhạy khí trên các hệ đa cảm biến được nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích như SEM, TEM, EDS, XRD. - Đặc trưng nhạy khí của các hệ đa cảm biến chế tạo được tiến hành khảo sát trên hệ đo nhạy khí 16 kênh được xây dựng trên nền tảng phần cứng là module Arduino mega 2560 kết hợp với module ADC có độ phân giải cao (16 bít). - Sử dụng các thuật toán học máy (PCA, SVM) để tiến hành đánh giá khả năng phân loại các loại khí khác nhau của hệ các đa cảm biến. 5. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học và công nghệ : Luận án có ý nghĩa khoa học cao, thể hiện qua các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong 05 bài báo ISI, đóng góp những hiểu biết mới về hệ đa cảm biến trong cộng đồng khoa học. Kết quả nghiên cứu của luận án là tiền đề phát triển các hệ đa cảm biến SMO, có thể hoạt động như một mũi điện tử, có nhiều tính năng ưu việt hơn so với từng cảm biến riêng lẻ. Đồng thời, luận án cũng bước đầu giải quyết bài toán cơ bản về công nghệ chế tạo hệ đa cảm biến sử dụng màng mỏng và dây nano SMO. Ngoài ra, thông qua quá trình thực hiện luận án, 5