Nhóm tác giả tại Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao TPHCM đã chế tạo màng nhạy khí graphene bằng phương pháp nhiệt thăng hoa, có thể ứng dụng để sản xuất cảm biến khí NO2 phục vụ quan trắc môi trường.
Nitrogen dioxide (NO2) là một hợp chất hóa học được thải vào khí quyển dưới dạng chất gây ô nhiễm khi nhiên liệu được nung trong động cơ xăng và diesel, khí thải từ nhà máy khu công nghiệp...
Trong đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo SiC@graphene từ Silicon Carbide bằng phương pháp nhiệt thăng hoa và thử nghiệm trong cảm biến khí NO2”, nhóm tác giả Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao TPHCM đã xây dựng được qui trình chế tạo và khảo sát đặc tính nhạy khí của cảm biến khí môi trường trên cơ sở vật liệu graphene. Với cấu trúc đặc biệt có độ dẫn điện tốt, năng lượng bề mặt lớn, linh động, nhẹ…, graphene sở hữu những ưu thế trong việc cảm nhận khí, đặc biệt đối với các phân tử NO2.
Cụ thể, màng nhạy khí graphene được nhóm chế tạo bằng phương pháp epitaxy từ đế là vật liệu Silicon carbide (SiC). Đây là một phương pháp tổng hợp vật liệu dạng màng mỏng, bằng cách hóa hơi một phần Silic (Si) trên bề mặt ở áp suất thấp và dùng nhiệt tách các lớp graphite thành Graphene trong điều kiện nhiệt độ cao (1200-1600oC). Vật liệu SiC@Graphene được tạo thành có dạng composite với đế SiC, màng mỏng graphene.
Sau khi tổng hợp được vật liệu SiC@Graphene, nhóm chế tạo module cảm biến NO2, có khả năng điều khiển lưu lượng khí với dải đo từ 0-200 sccm (đơn vị đo dòng chảy của chất lỏng hoặc khí qua một điểm). Khảo sát hoạt động của cảm biến SiC@Graphene đối với khí NO2 cho thấy, sản phẩm có thể cảm biến với khí NO2 ở nồng độ 10ppm, nghĩa là cảm biến có khả năng phát hiện khí ở nồng độ thấp.
Nhóm nghiên cứu cũng đã chế tạo được bộ KIT đọc cảm biến NO2, bao gồm hộp điều khiển, hiển thị và bộ chuyển đổi dữ liệu. Bộ KIT có các chức năng nhận và đồng bộ tín hiệu từ cảm biến NO2 và đưa dữ liệu lên máy tính. Bộ KIT này đóng vai trò là dataloger (bộ ghi dữ liệu) trong quá trình đo kiểm, hiệu chuẩn cảm biến NO2.
Thử nghiệm cấp khí NO2 trong vòng 180 giây, lưu khí thêm 180 giây và sau đó tiến hành rút khí ra. Kết quả cho thấy, ngay sau khi cấp khí, bộ KIT có thể phân biệt được nồng độ khí đưa vào, tăng dần khi cấp khí và giảm khi rút khí ra.
Đề tài của nhóm tác giả đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu, kết quả đạt. Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục triển khai ứng dụng lắp đặt thử nghiệm cảm biến khí vào hệ thống quan trắc môi trường, cùng với cảm biến áp suất mà Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao đang triển khai tại Khu Công nghệ cao TPHCM.
Kiều Anh