i
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 GS.TS. Nguyễn Đức Hòa. c số liệu kết quả
trong luận án này hoàn toàn trung thực và chưa được tác giả khác công bố.
Hà Nội, ngày…… tháng……năm 2024
TM. tập thể hướng dẫn
GS.TS. Nguyễn Đức Hòa
Tác giả
Đặng Ngọc Sơn
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án tiến sĩ này được hoàn thành tại Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa
Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS. Nguyễn Đức Hòa. Tôi xin bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc tới 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 động viên khích lệ của
thầy đã giúp tôi hoàn thành được luận án này.
Tôi xin được chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Văn Duy, TS. Trịnh Minh
Ngọc toàn thể quý thầy đã luôn nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn về khoa học
góp ý để luận án được hoàn thiện.
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các cán bộ thuộc nhóm Cảm biến
thiết bị thông minh, các anh chị em nghiên cứu sinh, các bạn học viên cao học, đại
học của nhóm đã đã luôn đồng hành và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Trường Vật liệu; Ban Đào tạo - Đại học
Bách khoa 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
Đặng Ngọc Sơn
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ I
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... II
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ VIII
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ IX
GIỚI THIỆU CHUNG.........................................................................................1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ...................................................................................1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................3
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................4
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................4
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .......4
6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI ......................................................5
7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN .........................................................................6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...............................................................................7
1.1. Cảm biến và vai trò của cảm biến trong kỷ nguyên internet kết nối vạn vật . 7
1.1.1. Phân loại sơ b các loại cảm biến khí ......................................................8
1.1.2. Vật liệu nhạy khí trong cấu tạo của cảm biến khí ....................................9
1.2.Các phương pháp chế tạo vật liệu dây nano In2O3 nhạy khí .........................16
1.2.1. Phương pháp chế tạo dây nano trong dung dịch .................................... 16
1.2.2. Phương pháp chế tạo dây nano dựa trên pha khí .................................... 18
1.3.Cảm biến khí dây nano tự đốt nóng..............................................................22
Kết luận chương 1 .............................................................................................27
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ......................................................................... 28
2.1. Thiết kế và chế tạo điện cực ........................................................................29
2.2. Chế tạo dây nano In2O3 ...............................................................................34
2.2.1 Chế tạo dây nano In2O3 sử dụng kỹ thuật bẫy hơi với bột nano In2O3 .... 35
2.2.2 Chế tạo dây nano In2O3 sử dụng kỹ thuật bẫy hơi với bột kim loại In .... 37
2.2.3 Bốc bay nhiệt sử dụng kỹ thuật bẫy hơi và điều khiển luồng khí với bột
kim loại In ......................................................................................................... 38
iv
2.2.4 Bốc bay nhiệt sử dụng bột kim loại In với hệ chân không 8.10-3 torr ..... 39
2.3. Chế tạo cảm biến tự đốt nóng trên cơ sở mạng dây nano In2O3 và mạng dây
nano In-SnOx ....................................................................................................40
2.4. Nghiên cứu hình thái vật liệu ......................................................................40
2.5. Hệ đo và phương pháp đo tính chất nhạy khí của cảm biến .........................41
2.5.1. Hệ đo nh chất nhạy khí .......................................................................... 41
2.5.2. Kỹ thuật đo tính chất nhạy khí cảm biến dây nano In2O3 tự đốt nóng ....... 42
Kết luận chương 2 .............................................................................................44
CHƯƠNG 3: HÌNH THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU
DÂY NANO IN2O3 ............................................................................................ 46
3.1.Hình thái và đặc tính nhạy khí của dây nano In2O3 sử dụng thuật bẫy hơi với
bột nguồn In2O3 .................................................................................................46
3.2.Hình thái và đặc tính nhạy khí của dây In2O3 sử dụng kỹ thuật bẫy hơi với bột
nguồn kim loại In ..............................................................................................52
3.3. Hình thái và đặc tính nhạy khí của dây In2O3 sử dụng kỹ thuật bẫy hơi và
điều khiển luồng khí với bột In ..........................................................................56
3.4. Hình thái và đặc tính nhạy khí của dây In2O3 sử dụng bột kim loại In với hệ
chân không 8.10-3 torr ........................................................................................60
3.5. Nghiên cứu điều kiện tối ưu của dây nano In2O3 nhằm ứng dụng cho cảm
biến khí .............................................................................................................66
Kết luận chương 3: ............................................................................................69
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CẢM
BIẾN DÂY NANO IN2O3 TỰ ĐỐT NÓNG ....................................................... 71
4.1. Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí tự đốt nóng trên cơ sở dây In2O3 .............72
4.1.1. Hình thái của cảm biến dây nano In2O3 tự đốt nóng ................................. 72
4.1.2. Đặc tính cảm biến khí .............................................................................. 77
4.2. Nâng cao hiệu quả cảm biến khí In2O3 tự đốt nóng bằng cách pha tạp Sn ....86
4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ Sn/In đến hình thái và cấu trúc dây
In2O3/SnO2 ........................................................................................................ 87
v
4.2.2. Nghiên cứu khả năng nhạy khí của dây In2O3/SnO2 ………..………..….94
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 102
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ...................... 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 105