Báo cáo khoa học TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYANILINE TRONG CẢM BIẾN AMMONIA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC & CN THỰC PHẨM



BÁO CÁO NGHIỆM THU
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG





TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYANILINE
TRONG CẢM BIẾN AMMONIA




Hướng dẫn đề tài: GV. Ngô Bá Đạt
Chủ nhiệm đề tài: SV. Nguyễn Ngọc Tuân

Vũng Tàu, năm 2011.

Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 1

LỜI MỞ ĐẦU

Đây là đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường về vật liệu hữu cơ bán dẫn được
bắt đầu thực hiện từ cuối năm 2010 tại phòng thí nghiệm Khoa Hóa Học & CN Thực
Phẩm, Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu. Để hoàn thành đề tài khoa học này, tôi xin
gửi lời cảm ơn đến:
Trước tiên, tôi xin cảm ơn Ban Giám Hiệu và Hội Đồng Khoa Học Trường Đại
Học Bà Rịa-Vũng Tàu đã xét duyệt cho tôi thực hiện đề tài khoa học này.
Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Ngô Bá Đạt là giảng viên hướng
dẫn đề tài khoa học, đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành bài báo cáo khoa
học này. Cùng với thầy Diệp Khanh, người đã giúp đỡ các khó khăn về mặt tài liệu và
phương pháp phân tích trong nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Hóa Học, các thầy quản lý phòng thí nghiệm đã
tận tình giúp đỡ về điều kiện thiết bị và phòng thí nghiệm khi thực hiện nghiên cứu
này. Xin cảm ơn các giảng viên khoa hóa học đã giúp đỡ tận tình để bài báo cáo được
hoàn thành.
Tôi xin cảm ơn tác giả các bài báo cáo khoa học thuộc các lĩnh vực có liên quan
đến đề tài đã cho phép tôi được sử dụng những tài liệu này.

TP Vũng Tàu, tháng 10 năm 2011.

Tác giả bài báo cáo.
SV Nguyễn Ngọc Tuân
Khoa Hóa Học & CN Thực Phẩm, Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu
Email:




Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 2

MỤC LỤC

TÓM TẮT 4
CÁC KÝ TỰ VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6
MỞ ĐẦU 7
1. Polyaniline-PANi 7
2. Amoniac và tác động của amoniac lên polyaniline 7
2.1. Amoniac-NH
3
7
2.2. Tác động của amoniac lên PANi 9
3. Cảm biến khí. 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 10
1.1. Polymer dẫn điện-ICPs. 10
1.2. Cơ chế dẫn điện của ICPs 12
1.2.1. Cơ chế của Roth 12

1.2.2. Cơ chế lan truyền pha của K.Aoki 13
1.3. Lý giải cơ chế dẫn điện của ICPs. 14
1.3.1. Mạch liên hợp là một điều kiện cần thiết phải có 14
1.3.2. Thuyết Soliton 15
1.3.3. Thuyết Polaron 15
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 16
2.1. Hóa chất và dụng cụ 16
2.2. Các tính toán tổng hợp 16
2.3. Các bước tổng hợp polyaniline 19
2.4. Kỹ thuật in PANi trên nền nhựa. 19
2.4.1. Xử lý bề mặt nền 19
2.4.2. Kỹ thuật in khuôn 20
2.4.3. Kỹ thuật in trục có gia nhiệt 20
2.5. Các phương pháp kiểm tra. 21
2.5.1. Phương pháp phổ hồng ngoại-IR. 21
2.5.2. Phương pháp phổ rơn-ghen-XRD. 22
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 3

2.5.3. Phương pháp chụp bằng kính hiển vi quét điện tử-SEM. 23
2.6. Kiểm tra độ dẫn điện của sản phẩm PANi. 23
2.7. Chế tạo thử nghiệm cảm biến amoniac 24
2.7.1. Tạo lớp cảm biến 24
2.7.2. Thiết kế mạch cảm biến 25
2.7.3. Nguyên tắc hoạt động 25
2.8. Kiểm tra sự nhận biết amoniac của sản phẩm cảm biến 26
2.9. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên bán dẫn polyaniline 27
CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28
3.1. Kết quả quá trình trùng hợp 28
3.2. Chuẩn bị mẫu chuẩn 30

3.3. Phân tích phổ hồng ngoại IR. 30
3.4. Phân tích phổ XRD 31
3.5. Phân tích bề mặt bằng kính hiển vi quét điện tử-SEM 33
3.6. Kết quả thử nghiệm màng cảm biến. 34
3.6.1. Độ dẫn điện của polyaniline 34
3.6.2. Sự thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi 34
3.7. Ý nghĩa thực tế từ kết quả nghiên cứu 36
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
PHỤ LỤC 41










Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 4

TÓM TẮT
1. Mở đầu.
Polyaniline viết tắt là PANi, là một chất cao phân tử được trùng hợp từ nhiều
monomer Aniline. Trong phân tử gồm các nguyên tố C, H, N. Chúng là polymer dị
hình, các mắt xích được nối với nhau bởi các liên kết Nitơ và Cácbon (N-C). Trong
cấu trúc mạch polymer có chứa các liên kết π liên hợp. Polyaniline có độ bền oxi hóa
trong môi trường tự nhiên, có khả năng ứng dụng cao trong kỹ thuật, vì vậy chúng trở

thành một trong các loại polymer dẫn điện được tập trung nghiên cứu nhiều hiện nay.
PANi được xếp vào loại polymer dẫn điện tử (n-doping) khi thực hiện doping để trở
nên dẫn điện. Chúng được ứng dụng trong vật liệu cảm biến khí như ammonia, cồn.
Khí NH
3
là loại khí xuất hiện và sử dụng nhiều trong công nghiệp nhiệt lạnh,
phòng thí nghiệm, sản xuất nông nghiệp và dược phẩm. Chúng đóng vai trò thành
phần chính trong sản xuất như là chất sinh hàn, nguyên liệu trong sản xuất đạm…vv,
hoặc là sản phẩm của quá trình sản xuất. Sự có mặt của ammoniac gây hậu quả về vấn
đề sức khỏe con người và gây ăn mòn thiết bị.
Vì vậy, Tôi đặt ra vấn đề nguyên cứu và thử nghiệm cảm biến ammoniac bằng
polyaniline thay thế cho các cảm biến oxit truyền thống, PANi cần được tổng hợp
bằng phương pháp rẻ tiền, dễ thực hiện.
2. Tổng quan.
Polymer dẫn điện (ICPs) là khái niệm dùng cho các polymer liên hợp có khả
năng dẫn điện. Khả năng dẫn điện này là nhờ vào quá trình doping. Đó là quá trình
thêm vào mạch phân tử các tạp chất làm thay đổi dải năng lượng trong các liên kết.
Tác nhân doping thường dùng là họ halogen, một số các ion kim loại hoặc chất hoạt
động bề mặt âm điện.
Cơ chế dẫn điện của ICPs được giải thích theo 2 thuyết là dẫn điện tử cục bộ của
roth (hoặc là thuyết lai hóa Obitan) và thuyết truyền pha dẫn của K.Aoki.
3. Phương pháp thực nghiệm.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 5

Polyaniline thu được từ phản ứng trùng hợp của Aniline và KalipeSunphat trong
môi trường dopant là axit clohydric ở nhiệt độ 29
0
C. Sau đó tiến hành lọc chân không
thu được polyaniline ở dạng bột. Sản phẩm được in phủ trên bề mặt nhựa dẻo, sau đó

sấy khô. Để kiểm tra các tính chất của vật liệu thu được, Tôi sử dụng các phương
pháp chụp hiển vi quét điện tử SEM, phổ hồng ngoại IR, phổ rơn-ghen XRD, nhiệt vi
sai TGA.
4. Kết quả phân tích và thảo luận.
 Tiến hành đánh giá kết quả thu được thông qua các phương pháp phân tích và
kết luận đã tổng hợp thành công polyaniline như mong muốn.
 Khảo sát khả năng cảm biến của sản phẩm thu được với các nồng độ ammoniac
từ mức 10
-5
đến 10
-7
(mol/lit).
 Chế tạo bộ cảm biến ammoniac bằng sản phẩm thu được.

Key words: ICPs, sensor Ammoniac, Polyaniline, Polyaniline-EB.













Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 6

CÁC KÝ TỰ VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt
ICPs Inherently conducting polymers Polymer dẫn điện
PA Polyacethylene
polyaxetilen
PANi Polyaniline Polyanilin
SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi quét điện tử
XRD X-ray diffraction techniques Phương pháp phân tích phổ
rơnghen
IR Infrared spectroscopy Phương pháp phân tích phổ hồng
ngoại
TGA
Thermogravimetric analysis
Phương pháp phân tích nhiệt vi sai
PANi–EB Emeraldine base Polyaniline doping màu xanh
PLED
Polymer led
Diot có cấu trúc polymer
OLED

Diot hữu cơ phát quang
DOPING Kích thích bằng cách pha tạp
LUMO Lowest Unoccupied Molecular
Orbital
Vùng quỹ đạo phân tử chưa điền
đầy thấp nhất
HOMO Highest Occupied Molecular
Orbital

Vùng quỹ đạo phân tử được điền
đầy cao nhất
DBSA Dodecy benzene sunphuanic
acide
Dodecy benzen sunfuanic axít
CSA Campho sunphuanic acide Campho sunfuanic axít
PEDOT Poly(3,4-
ethylenedioxythiophene)
Poly(3,4-etylendioxythiophen)
PSA Poly styrene sulfonic acide Poly styren sunfonic axít



Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 7

MỞ ĐẦU
1. Polyaniline-PANi.
PANi là một chất cao phân tử trùng hợp từ các monomer aniline, chúng thuộc
polymer dị hình, liên kết giữa các mắc xích là N-C và có các liên kết  liên hợp trong
cấu trúc mạch. Trong lịch sử, aniline đã được tổng hợp và ứng dụng nhiều trong lĩnh
vực nhuộm, có mặt trong hợp chất của mực in, sản xuất poly Ure và nhiều ứng dụng
khác. Aniline còn có tên gọi khác là phenylamin, amino benzene hoặc benzene amin,
là dung dịch không màu, có khối lượng phân tử 93,13 g/mol. Aniline là sản phẩm của
benzene, bằng cách tạo ra nitro benzene bằng phản ứng nitro hóa benzene, nên có thể
nói aniline là sản phẩm từ dầu mỏ. Vì vậy, aniline có mặt rộng rãi trong công nghiệp,
là chất dễ kiếm và không quá đắt.
Polyaniline dẫn điện được khi doping bằng các chất pha tạp như PSA, HCl,
DBSA, CSA và nhiều chất khác được đề cập trong các bài báo cáo khoa học trước đó.
PANi khi doping bằng HCl là loại polymer dẫn điện tử (loại n), theo thuyết polaron,

điện tử tự do trong mạch là H
+
và cặp polaron tồn tại trong mạch là (H
+
: Cl
-
), vì vậy
mà khi tiếp xúc với các bazơ, PANi sẽ bị mất điện tử.
Ứng dụng của polyaniline là cảm biến khí, lớp dẫn điện tử trong các transistor,
diot, OLED, cùng với những polymer khác là poly(3,4-ethylenedioxythiophene),
Polypyrrol. Nhưng là loại thể hiện nhạy với khí như ammoniac và phổ biến nên PANi
được tập trung nghiên cứu nhiều trong ngành công nghiệp cảm biến khí.
2. Amoniac và tác động của amoniac lên Polyaniline.
2.1. Amoniac-NH
3
.
2.1.1. Tính vật lý:
Amoniac có tên IUPAC là Azane hoặc tên khác là Hydrogen nitride,
Trihydrogen nitride, Nitro-Sil. Phân tử gam: 17,0304 gam/mol, chất khí không màu,
mùi khai, tỷ trọng: 0,6813 gam/lit, tồn tại thể khí và tan tốt trong nước. Amoniac là
một chất độc với con người và là chất ăn mòn. Điểm bắt lửa tại 11
0
C.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 8

2.1.2. Tính hóa học:
Nitơ trong cấu trúc phân tử còn dư một cặp electron tự do và Nitơ có số oxi
hóa thấp nhất nên Amoniac có tính bazơ và thể hiện tính khử: NH
3

+ H
+
= NH
4
+
.
2.1.3. Điều kiện tổng hợp Amoniac:
NH
3
có thể được tổng hợp theo các phương thức sau:
 Haber-Bosch: Phần lớn Amoniac được điều chế bằng phương pháp này (tinh
khiết 90%). Nitơ từ không khí, Hidro từ Metan và nước;
 Rothe-Frank-Caro: CaCN
2
và nước;
 Persek: Nitrua nhôm-AlN và nước;
 Từ NO và H
2
: NO + H
2
= NH
3
+H
2
O;
 Từ NH
4
Cl: NH
4
Cl + NaOH = NH

3
+ H
2
O + NaCl;
NH
3
có thể xuất hiện trong các nhà máy sản xuất công nghiệp Amoniac, các
ngành công nghiệp hóa chất, nông nghiệp, Phân bón, các giàn làm lạnh, trong các
phòng thí nghiệm, nguồn khí và nước thải công nghiệp.
NH
3
là loại khí độc với con người, các nhà khoa học đã chứng minh khi hít
nhiều amoniac sẽ bị bỏng đường hô hấp hay rát cổ họng. Với hàm lượng thấp, NH
3

tạo cảm giác cay buốt, mùi của nó có thể gây dị ứng nghiêm trọng đối với người tiếp
xúc và ở mức không thể nhận biết được bằng mùi đặc trưng, khi tiếp xúc lâu dài với
khí này sẽ gây ra bệnh viêm cuống phổi.
Vì vậy, theo tiêu chuẩn về an toàn lao động của Việt Nam, các khu sản xuất có
sự xuất hiện của amoniac thì nồng độ không được vượt quá 2,8 ppm nồng độ tương
ứng 2 mg/m
3
trong không khí làm việc
[5]
.
Đối với các thiết bị trong nhà máy, NH
3
gây ăn mòn và ảnh hưởng đến sự an
toàn của thiết bị trong quá trình sản xuất, ví dụ như: ăn mòn kim loại và hợp kim có
đồng (Cu), nhôm (Al), bạc (Ag); amoniac khi ở dạng lỏng phá hủy chất dẻo, cao su, là

các vật liệu thường có trong các thiết bị sản xuất.

Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 9

2.2. Tác động của amoniac lên PANi.
PANi là Polymer dẫn điện tử (loại n) khi thực hiện kích thích polyaniline bằng
HCl. Vì vậy, polyaniline dễ dàng nhận điện tử từ amoniac vì amoniac là một bazơ
lewis. Sự tiếp xúc này làm mất mát đi điện tử (lỗ trống) trong mạch phân tử khiến cho
sự dẫn điện của PANi giảm đi. Do vậy, ta đặt vấn đề đưa polyaniline ứng dụng trong
vật liệu bán dẫn cảm biến khí Amoniac.
3. Cảm biến khí.
Các thiết bị cảm biến ngày nay đã trở thành một phần quan trọng trong sản xuất
công nghiệp. Các thiết bị cảm biến được chế tạo với hiệu quả ngày càng cao, nhưng đi
kèm với kết quả đầy hứa hẹn là chi phí đầu tư lên đến hàng triệu đôla. Việc tìm ra một
vật liệu có tính năng tốt và chi phí thấp đã trở thành một vấn đề cần thiết.
Cảm biến là thiết bị nhận tín hiệu hoặc sự kích thích từ đối tượng và chuyển
thành tín hiệu điện, do vậy, cảm biến sẽ chuyển đổi các tín hiệu cơ học, tín hiệu hóa,
tín hiệu sinh học thành tín hiệu điện để đưa vào sử dụng với các mạch điện. Thiết bị
cảm biến cấu tạo gồm: bộ cảm biến, bộ tiếp nhận tín hiệu, bộ chuyển đổi tín hiệu.
Tính chất quan trọng của vật liệu cảm biến bán dẫn là sự thay đổi tính chất điện
khi tiếp xúc với khí cần dò trong môi trường không khí. Cảm biến khí hiện nay sử
dụng phổ biến các lớp oxit bán dẫn. Hai đặc tính quan trọng của cảm biền khí đó là độ
nhạy và tỉ lệ giữa thời gian phản ứng và thời gian phục hồi của cảm biến. Để đáp ứng
2 đặc tính trên, các cảm biến oxit hiện nay dùng phương pháp pha tạp oxit kim loại
hay kim loại, nhưng chi phí năng lượng và công nghệ cho việc phủ lớp và pha tạp lại
lớn. Công việc phủ polymer bán dẫn, không cần đầu tư nhiều về công nghệ và năng
lượng, polymer sẽ tốt hơn về chi phí đầu tư và kết quả hứa hẹn khi có nhiều nghiên
cứu thành công trên thế giới.

Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 10

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Polymer dẫn điện-ICPs.
1.1.1. Lịch sử ra đời:
Polymer dẫn điện (ICPs) đã được tìm ra một cách tình cờ vào năm 1977. Từ đó
ICPs được giới khoa học quan tâm và nghiên cứu. Hiện nay, số bài báo cáo về ICPs
rất phong phú. ICPs lần đầu tiên được công bố bởi các giáo sư: Alan Heeger, Alan
MacDiarmid và Shirikawa Hideki
(4)
và đến năm 2000, 3 nhà khoa học này đã được
trao giải nobel hóa học danh giá. Bài báo cáo đầu tiên đề cập về polyacetylene (CH
x
)
được doping bằng Iod. Khí iod được hấp thu vào PA dạng ion làm tăng độ dẫn điện
của PA lên một tỷ lần, nhưng PA dễ suy thoái trong không khí và ngay cả trong môi
trường chân không cũng làm giảm độ dẫn điện nên không có giá trị thực tiễn. Nhưng
cơ chế dẫn điện của PA là nền tảng cho các polymer dẫn điện khác. Có thể thấy khả
năng dẫn điện của polymer là do sự doping hóa học hay điện hóa học.

1.1.2. Quá trình Doping:
Doping là quá trình pha tạp để gây ra các thay đổi về cấu trúc hay năng lượng.
Trong hóa học, Doping là quá trình oxy hóa đặc thù cho ra 2 loại Polymer bán dẫn là
loại p và loại n
(1)
. Lấy PA là ví dụ:

[CH]
n
+
3
2
x
I
2
= [CH]
n
x+
+
x
I
-3
(loại p-doping).
[CH]
n
+
x
Na = [CH]
n
x-
+
x
Na
+
(loại n-doping).
Nếu chọn Iodine làm chất dopan thì ta sẽ thu được loại p (p-type), loại này có
điện tử dễ dàng liên kết với chất dopan và sinh ra lỗ trống trong mạch [CH]

n
. Nếu
chọn Na làm chất dopant thì mạch [CH]
n
sẽ nhận điện tử để trở thành loại n (n-type)
[17]
.Ngoài các khí họ halogen như Iod (I
2
), Chlo (Cl
2
), Brom (Br
2
) đều có tác dụng
tăng độ dẫn điện, các acide và chất hoạt động bề mặt cũng có tác dụng tương tự được
thể hiện trong bảng 1.1.2.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 11

Bảng 1.1.2. Các loại dopant nhận điện tử
[2]
.
Các chất dopant Ví dụ
Họ halogen Br
2
, Cl
2
, I
2
…
Acide lewis BF

3
, PF
5
…
Acide bronstet H
2
SO
4
, HCl, HNO
3
, HClO
4
…
Acide sinh học Enzyme, glutamic acide…
Các chất hoạt động bề mặt âm điện DBSA, CSA…
(2)
Polymer Poly(styrenesulfonic acide)…

Những chất kích thích trên nhận điện tử (electron acceptor) tạo nên ion âm
(anion) kết hợp với mạch carbon của chuỗi polymer để trở thành trạng thái dẫn điện.
1.1.3. Ứng dụng của ICPs:
Từ polymer dẫn điện polyacetylen (PA), các nhà khoa học tập trung vào các
polymer khác bền hơn và nghiên cứu nâng cao khả năng dẫn điện của chúng. Các
polymer dẫn điện có cấu trúc phân tử tương tự như cấu trúc của PA-(CH)
x
- được
nghiên cứu phổ biến hiện nay là polythyophene (PT), polypyrrole (PPr), polyaniline
(PANi), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), các dẫn xuất của polythiophene
(PT) và polypyrrol (PPy). Chúng được ứng dụng để làm tụ điện, tấm chắn sóng từ
thay tấm chắn kim loại, vật liệu chống ăn mòn, vật liệu cảm biến, OLED và PLED,

pin mặt trời, transistor, diot vv.
Hiện nay trên thế giới, Polymer dẫn điện được quan tâm nghiên cứu nhiều trong
các trường đại học và viện nghiên cứu, đã có hơn 10.000 bài nghiên cứu về chúng, tuy
nhiên, từ các kết quả nghiên cứu để đưa vào thực tiễn đã gặp những vấn đề khó khăn
nhất định như là đầu tư về chi phí sản xuất, hiệu quả vẫn chưa thể vượt trội so các vật
liệu truyền thống mặc dù loại vật liệu truyền thống vẫn đắt hơn về chi phí và dùng các
nguyên tố hiếm, các nguyên cứu được thực hiện bằng thiết bị công nghệ cao, điều mà
chúng ta chưa thể theo kịp. Thành công nổi trội nhất mà ICPs mang lại vẫn là màn
hình hữu cơ OLED và các siêu vật liệu như siêu tụ, sơn tàng hình, cảm biến y học và
các ứng dụng khác đã được thương phẩm hóa.

Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 12


1.2. Cơ chế dẫn điện của ICPs.
1.2.1. Cơ chế của Roth:
Roth và các cộng sự của ông cho rằng quá trình chuyển điện tích vĩ mô trong
các mạng polyme dẫn là sự tập hợp các cơ chế vận chuyển cục bộ. Đó là sự vận
chuyển điện tử trên các mạch sợi có liên kết liên hợp và từ sợi này sang sợi khác. Nếu
xem polyme là tập hợp các bó sợi thì còn có sự vận chuyển các điện tử từ bó sợi này
sang bó sợi khác. Các quá trình vận chuyển này được minh họa ở hình 1.2.1.

Hình 1.2.1. Truyền dẫn điện tử theo Roth trong polyacetylen.
(a) Truyền dẫn trong một chuỗi. (b) Truyền dẫn giữa các chuỗi.
(b) Truyền dẫn giữa các sợi.
Điện tử di chuyển trên cùng một chuỗi polymer, ta gọi là truyền dẫn điện tử
trong một chuỗi. Trong trường hợp điện tử dịch chuyển giữa hai chuỗi polyme khác
nhau ta nói điện tử di chuyển giữa các chuỗi. Khi điện tử chuyển từ sợi này sang sợi
khác ta nói điện tử di chuyển giữa các sợi. Rolh đã giải thích cơ chế dẫn điện như sau:

Điện tử chuyển động trong một chuỗi là do các liên kết  linh động chạy dọc theo
chuỗi. Do đó điện tử có tính linh động và có thể di chuyển dọc theo chuỗi.
Điện tử chuyển động qua lại giữa các chuỗi là do các sợi polyme tạo thành do
các chuỗi xoắn lại với nhau, khi đó nguyên tử ở 2 chuỗi rất gần nhau thì các obital của
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 13

chúng có thể lai hoá với nhau và điện tử có thể chuyển động từ chuỗi polyme nay sang
chuỗi polyme khác thông qua obital lai hoá.
1.2.2. Cơ chế lan truyền pha của K.Aoki:
Theo K.Aoki, trong pha của polymer có những chuỗi có thể dẫn điện và những
chuỗi không có khả năng dẫn điện hay nó tạo ra vùng dẫn và vùng không dẫn.
Khi chuỗi polyme ở trạng thái oxy hoá, khi đó chúng dư các obital trống, do vậy
chúng có thể nhận hoặc cho điện tử. Thông thường chúng được phân bố ngẫu nhiên
trong màng polyme. Dưới tác dụng của điện trường áp vào thì các chuỗi này có xu
hướng duỗi ra theo một chiều nhất định. Khi điện thế áp vào đủ lớn thì xảy ra hiện
tượng lan truyền pha có nghĩa là các pha không dẫn trở nên dẫn điện.

Hình 1.2.2. Sơ đồ cơ chế lan truyền pha K.AoKi
Trong giai đoạn đầu thì chỉ những đoạn polyme ở trạng thái oxy hóa tiếp cận
gần với bề mặt điện cực sẽ định vị lại và trở thành vùng dẫn cục bộ (a-b). Sau đó thì
vùng dẫn này đóng vai trò như một điện cực mới để oxy hóa tiếp vùng không dẫn ở
ngay phía trên nó. Nhờ đó thì vùng này lại trở thành vùng dẫn. Và cứ như thế theo
thời gian thì vùng dẫn lan truyền đến mặt ngoài cùng của màng polyme. Cơ chế này
đề cập đến phản ứng chuyển điện tích tại bề mặt phân chia pha giữa vùng dẫn và vùng
không dẫn. Các điểm bị oxy hóa và bị khử trong màng polyme sinh ra từ quá trình tạo
các khuyết tật radical một cách ngẫu nhiên, sẽ được sắp xếp lại dưới tác dụng của điện
thế áp đặt. Ta thấy rằng các điểm dẫn tập trung chủ yếu trong không gian gần bề mặt
điện cực nền, và trở nên loãng dẫn ở vùng xa điện cực nền. Hơn nữa những điểm dẫn
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.

SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 14

ở phía ngoài bị bao bọc bởi vùng cách điện không tiếp xúc điện với nền. Sự phát triển
của vùng dẫn phụ thuộc vào sự tiếp nối các điểm dẫn và tiếp xúc điện với điện cực
nền. Để tiếp nối ngay lập tức các điểm dẫn, polyme cần có cấu trúc tương thích.
Do vậy sự lan truyền vùng dẫn liên quan đến tính dẫn điện tử, sự định hướng
ngẫu nhiên các sợi dẫn, và sự xuất phát ngẫu nhiên của mỗi sợi dẫn từ một điểm trên
bề mặt điện cực nền. Ban đầu các sợi dẫn này lan truyền theo hướng pháp tuyến đối
với bề mặt điện cực do sự định hướng theo trường tĩnh điện cục bộ tại đầu mút của
mỗi sợi dẫn. Khi các sợi dẫn trong màng phát triển thành bó sợi thì quá trình vận
chuyển điện tích sẽ do bó sợi dẫn đảm nhiệm.
1.3. Lý giải cơ chế dẫn điện của ICPs.
1.3.1. Mạch liên hợp là một điều kiện cần thiết phải có:
Các Polymer thông thường là chuỗi các nguyên tử cacbon liên kết với nhau
bằng liên kết σ. Nhưng khác với polymer thường, các polymer liên hợp là những
polymer có cấu trúc nối đôi liên hợp. Theo thuyết peierl thì cấu trúc liên hợp trong
mạch phân tử khó tồn tại theo dạng phân phối như hình 3a trong thuyết cổ điển, mà
các liên kết này sẽ được định vị như hình 3b, 3c.

Hình 1.3.1. Các dạng liên kết liên hợp trong mạch Polyacetylen.
(3a): Liên kết đôi được phân phối theo thuyết hữu cơ cổ điển.
(3b), (3c): Liên kết kết đôi sắp xếp theo thuyết Peierl.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 15

1.3.2. Thuyết Soliton:
Thuyết Soliton do Shu và Heeger đề xướng. Lý thuyết tập trung giải thích cơ
chế dẫn điện dựa vào sự khuyết tật của các trật tự liên kết trên mạch phân tử. Nhưng
thuyết trên lại không đáp ứng được lời giải cho sự dẫn điện của Polypyrol, cho nên ta
giải thích bằng thuyết Polaron theo khái niệm của bán dẫn vô cơ.

1.3.3. Thuyết Polaron:
Giống như trong chất bán dẫn vô cơ, trong bán dẫn hữu cơ cũng tồn tại vùng
cấm năng lượng hoặc là khe dải năng lượng
(3)
. Đó là sự khác biệt giữa mức năng
lượng HOMO (năng lượng điện tử ở quỹ đạo phân tử điền đầy cao nhất) và LUMO
(năng lượng điện tử ở quỹ đạo phân tử chưa điền đầy thấp nhất), giống như vùng hóa
trị và vùng dẫn trong bán dẫn vô cơ. Khi thực hiện doping các polymer có nối liên
hợp, ví dụ là aniline, trong mạch xuất hiện các điện tử H
+
do sự ghép vào của các
anion Halogen (Cl
-
). Trạng thái một lỗ trống và một điện tử (anion) được gọi là
Polaron, đã lấp đi khoảng trống khe dải dẫn điện (hình 1.1.3). Sự có mặt của nhiều
cặp Polaron gọi là dải Bipolaron.

Hình 1.3.3. Hiệu ứng dẫn khi xuất hiện Polaron và Bipolaron.
CB: Dải dẫn điện; VB: Dải hóa trị.
Những dải Polaron làm cho mạch polymer dẫn điện, các điện tử trong mạch dịch
chuyển khi có dòng điện như thuyết K.Aoki và Roth miêu tả (trong cuốn “Solitons &
polarons in conducting polymers”).

Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 16

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất và dụng cụ.
2.2.1. Hóa chất sử dụng: Aniline (C

6
H
5
NH
2
) 98%, Kali pesulfat (K
2
S
2
O
8
), Axit
Clohydric (HCl) đậm đặc, nước cất 1 lần, NH
4
OH 0,1M từ phòng thí nghiệm
Khoa Hóa Học, quỳ chỉ thị, và các hóa chất cần thiết khác.
2.2.2. Thiết bị sử dụng: Tủ sấy, thiết bị lọc chân không, máy khuấy từ, nhiệt kế, Ohm
kế và các dụng cụ thí nghiệm cần thiết: phiễu chiết, bình tam giác, cốc thủy tinh
và các dụng cụ khác.
2.2. Các tính toán tổng hợp.
Trùng hợp polyaniline bằng chất Oxi hóa Kali Pesulphat, quá trình doping bằng
axit Clohydric (axit Bronsted) được thực hiện đồng thời trong phản ứng trùng hợp,
nguyên tử Hidro sẽ tham gia trực tiếp vào mạch phân tử để hình thành nên lỗ trống.

Trong môi trường PH thấp, quá trình doping được diễn ra hoàn toàn
[11]
. Sản
phẩm thu được sẽ là polymer bán dẫn điện tử (loại n), muối, axit sunphuaric và axit
clohydric. Tỉ lệ mol Aniline:Kali pesunphat là 1:1.
Quá trình trùng hợp gốc Polyaniline có 3 giai đoạn: giai đoạn khơi mào, lớn

mạch và tắt mạch.
Giai đoạn khơi mào dùng hóa chất, Kali pesunphat là chất oxi hóa mạnh, có liên
kết peoxyt dễ phân hủy ở nhiệt độ không cao để tạo các gốc tự do. Khi các gốc này
tham gia phản ứng với các monomer, ta sẽ có các gốc monomer như cơ chế sau.

Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 17

Ở các gốc monomer tự do, chúng có 3 dạng cộng hưởng điện tử như sau:

Tốc độ phân hủy để hình thành các gốc tự do là v
kt
= k
kt
. [kích thích].
Trong đó:
K
kt
: là hằng số tốc độ kích thích (khơi mào).
[kích thích]: nồng độ chất kích thích.
Giai đoạn phát triển mạch: các monomer này cộng hợp liên tục với nhau để phát
triển thành các mạch phân tử lớn. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng phát triển mạch
ζ= RT
2
lnK nằm trong khoảng 7-10 Kcal/mol [5]. Tốc độ lớn mạch v
lm
= k
lm
.[M].[M
*

].
Trong đó:
[M]: là nồng độ monomer.
[M
*
]: là nồng độ gốc monomer.
K
lm
: là hằng số tốc độ lớn mạch.
Trong giai đoạn này sẽ có sự chuyền mạch, các gốc tự do phản ứng với các mạch
lớn để chuyển chúng thành một gốc phản ứng, quá trình chuyền mạch này sẽ tạo
nhánh cho mạch polymer.
Giai đoạn tắt mạch: các gốc tự do sẽ kết hợp với nhau làm dừng quá trình phản
ứng, hoặc gốc tự do kết hợp gốc khơi mào. Tốc độ tắt mạch v
tm
= k
tm
.[M
*
]
2
.
Trong đó: K
tm
: là hằng số tốc độ tắt mạch.
Tốc độ trùng hợp tỉ lệ thuận nồng độ monomer và nồng độ chất kích thích:
V= v
lm

= k

lm
[M][M
*
] = k [M][kích thích]; (1).
Với K = (k
lm
.k
kt
1/2
) / k
tm
1/2
.
Xét trạng thái phản ứng là trạng thái dừng nghĩa là số gốc hình thành bằng số gốc mất
đi, khi đó: vận tốc tắt mạch V
tm
bằng vận tốc kích thích V
kt

. Nồng độ gốc kích thích
được xác định như sau: [M
*
]=
 
1
2
1/2
ích ích
kt
tm

k
k th
k
 
 
 
.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 18

Gọi chiều dài động học là thời gian tồn tại của 1 gốc sinh ra để lớn mạch đến tắt
mạch, được tính theo công thức: ν =
lm
tm
v
v
. Nếu tắt mạch tổ hợp, độ trùng hợp trung
bình
P
được tính như sau:
P
= 2.ν = 2.


 
 
1/2
1/2
ích ích
lm

tm kt
k M
k k k th
; (2).
Dựa trên công thức độ trùng hợp trung bình, vậy nếu tăng nồng độ chất kích
thích, mạch thu được sẽ ngắn vì tốc độ trùng hợp tăng kéo theo độ trùng hợp trung
bình giảm.
Đối với sự ảnh hưởng từ nhiệt độ phản ứng, dựa theo phương trình Arrhenius:
k = A.e
-Ea/RT
, suy ra:
ln
a
E
k C
RT
  
. Khi thay vào phương trình (1) ta có kết quả:

ln
lm kt tm
lm
E E E
v C
RT RT RT
    
, Theo tính toán có trước về trùng hợp gốc polyaniline,
năng lượng kích thích gần bằng 30 Kcal/mol, năng lượng tắt mạch khoảng 3-5
Kcal/mol
[10]

, lấy đạo hàm theo nhiệt độ thì tổng năng lượng phản ứng trong khoảng
2
20
RT
>0, nên tốc độ lớn mạch đồng biến với nhiệt độ phản ứng. Nếu thay vào độ trùng
hợp khối, ta có công thức
ln
lm kt tm
E E E
P C
RT RT RT
    
, lấy đạo hàm theo nhiệt độ thì
năng lượng phản ứng trong khoảng
2
10
RT

, độ trùng hợp khối nghịch biến theo nhiệt
độ phản ứng. Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ trùng hợp khối và độ
trùng hợp.

Hình 2.2. Ảnh hưởng của
nhiệt độ lên tốc độ lớn mạch
và độ trùng hợp trung bình.


Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 19

Dựa theo đồ thị và các tính toán trên, ta nhận thấy nhiệt độ càng cao thì độ trùng
hợp khối càng nhỏ, điều đó đồng nghĩa với mạch phân tử ngắn và khối lượng phân tử
không cao, vận tốc lớn mạch tăng đồng thời khiến cho phản ứng tắt mạch nhanh xảy
ra. Do vậy mà ta cần giữ nhiệt độ phản ứng tại một giá trị thích hợp. Chọn nhiệt độ
phản ứng tại 29
0
C (nhiệt độ phòng) và áp thấp thường, phản ứng xảy ra tại điều kiện
thường với chất oxi hóa. Trong các bài nghiên cứu về polyaniline trước đó, nhiệt độ
tiến hành được giữu tại nhiệt độ thấp như 0
0
C hoặc 20
0
C.
2.3. Các bước tổng hợp polyaniline.
Thực hiện phản ứng tổng hợp polyaniline-doping bằng HCl như sau: Cần dung
dịch HCl 2M, 0,01 mol C
6
H
5
NH
2
sạch.Khuấy đều 2 dung dịch trên bằng máy khuấy
từ đến khi thu được dung dịch trong suốt đồng nhất. Cần 0.01 mol K
2
S
2
O
8
làm dung
dịch Oxi hóa. Sau đó hòa tan dung dịch K

2
S
2
O
8
trong dung dịch C
6
H
5
NH
2
/HCl tại
nhiệt độ 29
0
C, áp suất 1atm. Làm lạnh bình phản ứng để giữ được nhiệt độ ổn định.
Sản phẩm thu được để lắng trong 72h. Lọc lấy kết tủa và rửa lại bằng nước cất, lọc 1
lần với ete để loại bỏ chất hữu cơ còn dư và lọc lần cuối với nước cất. Bảo quản sản
phẩm trong bình thủy tinh kín.
2.4. Kỹ thuật in PANi trên nền nhựa.
Kỹ thuật in trên nền nhựa được thực hiện dựa trên sự bám dính của PANi và nền
nhựa dẻo, hiện nay có 5 loại kỹ thuật in cơ bản được các nhà khoa học sử dụng là: in
phun, bốc bay hơi CVD, kỹ thuật in bằng tia UV (nền in là tiền polymer, có khả năng
đóng rắn sau khi được xử lý bằng tia cực tím-UV), kỹ thuật in bằng trục lăn và kỹ
thuật in khuôn plexo. Trong đề tài, phương pháp in sản phẩm polyaniline lên nền
nhựa là in khuôn và in trục có gia nhiệt.
2.4.1. Xử lý bề mặt nền:
Bề mặt là nhựa dẻo trong suốt được xử lý bằng dung môi ăn mòn mạnh: Acetone
20%, toluene 30%, nước cất. Dung môi này làm khuyết tật bề mặt nhựa tạo nên các lỗ
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 20

hổng cấp phân tử
[19]
, hoặc ngâm nhựa trong dung dịch axit loãng (hydro clorid axit)
sẽ có hiệu quả tương tự tuy nhiên khả năng bám bề mặt của PANi thấp hơn.
Đối với nền là kim loại và thường dùng mặt nền là lớp phủ oxit kim loại, dùng
dung môi hữu cơ như acetone để rửa sạch bề mặt.
2.4.2. Kỹ thuật in khuôn:
Nguyên tắc của kỹ thuật in khuôn là lấp đầy các rãnh khắc bằng PANi được làm
nhão. Dao gạt sẽ làm loại bỏ lớp polyaniline trên mặt nền khắc, để lại lớp PANi trong
các rãnh và lớp polymer này sẽ bám vào nền in (hình 2.4.1). Sản phẩm sau đó được
làm khô trong tủ sấy tại nhiệt độ thích hợp.
Thiết bị sử dụng trong kỹ thuật gồm: Khung (giá đỡ), nền phủ (nhựa dẻo), khuôn
là nhựa dẻo hoặc kim loại mỏng đã khắc hình trên bề mặt, dao gạt và các phần phụ
khác.

Hình 2.4.1. Kỹ thuật in bằng khuôn.
2.4.3. Kỹ thuật in trục có gia nhiệt:
Phương pháp in này sử dụng các trục có bề mặt nhẵn như phương pháp in trên
bao nylon trong công nghiệp đóng gói hiện nay. Các trục thường dùng là trục đồng vì
chúng có tính bền với axit, mềm, dễ gia công bề mặt. Sức ép từ 2 trục in tốt sẽ làm lớp
Polyaniline bám dính tốt trên nền nhựa mà không cần gia nhiệt.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 21


Hình 2.4.2. Kỹ thuật in bằng trục ống đồng.
Đây là phương pháp được các nhà khoa học nước ngoài sử dụng phổ biến vì chi
phí cho đầu tư không cao và quá trình thực hiện dễ dàng.
2.5. Các phương pháp kiểm tra.

Để nghiên cứu cấu trúc và hình thái học của polyaniline, ta áp dụng các phương
pháp phổ biến hiện nay là đo quang phổ hấp thụ, chụp hình bề mặt. Các phương được
dùng để nghiên cứu Polyaniline trong đề tài gồm phương pháp phổ hồng ngoại IR,
phổ rơn-ghen XRD và chụp hình bề mặt SEM.
2.5.1. Phương pháp phổ hồng ngoại-IR.
2.5.1.1. Khái niệm:
Phương pháp dựa trên nguyên tắc hấp thu năng lượng của các phân tử trong
vùng phổ có ý nghĩa thực tiễn từ 4000 đến 400 cm
-1
. Các phân tử hấp thu và chuyển
thành năng lượng dao động phân tử đơn thuần kèm theo năng lượng quay. Sự hấp thu
này được lượng tử hóa và xuất hiện dạng dải. Tần số hấp thu phụ thuộc vào khố lượng
nguyên tử, lực liên kết, cấu hình nguyên tử.
Từ thực tế nghiên cứu cho thấy, dù là 1 phân tử hữu cơ đơn giản nhất cũng cho
phổ vô cùng phức tạp, nhiều nhóm chức có các tần số dao động đặc trưng của chúng,
vì vậy mà phương pháp phổ IR là phương pháp nhanh nhất và đơn giản nhất để đoán
định một chất thuộc loại nào.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 22

2.5.1.2. Thiết bị:
Phổ quang kế hồng ngoại chùm tia kép gồm có 5 phần: Nguồn bức xạ, vùng đặt
mẫu, quang kế, máy phát ánh sáng đơn sắc cách tử và đầu dò cặp nhiệt điện.
2.5.2. Phương pháp phổ rơn-ghen-XRD.
2.5.2.1. Khái niệm:
Phương pháp nhiễu xạ rơn-ghen là phương pháp hiện đại và được ứng dụng phổ
biến để nghiên cứu vật liệu có cấu trúc tinh thể. Người ta có thể nhận diện nhanh và
chính xác cấu trúc của các loại tinh thể đồng thời sử dụng để định lượng pha tinh thể
với độ tin cậy cao.
2.5.2.2. Nguyên tắc:

Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử
hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy luật xác định. Khi chùm tia
Rơnghen (tia X) tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng tinh thể thì mạng lưới
này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích
bởi chùm tia X sẽ trở thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Nguyên tắc cơ bản của
phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào phương trình Vulf-bragg.
Với mỗi nguồn tia X ta có bước sóng λ (lam-da) xác định, khi thay đổi góc tới θ
(têta), mỗi vật liệu có giá trị d đặc trưng. So sánh d với giá trị d chuẩn sẽ xác định
được cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu.
2.5.2.3. Ứng dụng trong tính toán kích thước:
Để tính kích thước hạt ta dùng phương trình Debye - Scherrer:
.
. os
K
d
c

 
 .
Hoặc phương trình Bragg:
2 sin
n d
 


Trong đó:
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 23

λ: là bước sóng tia sử dụng.

β: là chiều rộng peaks ở nửa chiều cao peaks đặc trưng.
θ: góc nhiễu xạ.
K: là thừa số hình dạng, bằng 0,9.
Do đó việc xác định các thông số từ phổ là việc rất cần thiết để tính kích thước hạt d.
2.5.3. Phương pháp chụp bằng kính hiển vi quét điện tử-SEM.
2.5.3.1. Khái niệm:
Là phương pháp chụp hiển vi bề mặt vật liệu bằng cách sử dụng chùm điện tử
hẹp quét trên bề mặt mẫu, việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác
của chùm điện tử với bề mặt mẫu.
2.5.3.2. Thiết bị:
Súng phóng điện tử phát ra chùm điện tử (có thể phát xạ nhiệt hoặc phát xạ
trường) sau đó được tăng tốc, thế tăng tốc thường từ 10 KV đến 30 KV. Điện tử được
phát ra, tăng tốc và hội tụ thành chùm điện tử hẹp (vài trăm Angstrong đến vài
nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ cuộn quét tĩnh
điện. các bức xạ chủ yếu:
a) Điện tử thứ cấp: chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề
mặt mẫu có độ sâu chỉ vài nanomet, chúng tạo ra ảnh 2 chiều bề mặt mẫu.
b) Điện tử tán xạ ngược: Điện tử tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu khi tương tác
với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự
tán xạ phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học tại bề mặt mẫu, do đó, chúng hữu
ích cho phân tích độ tương phản thành phần hóa học. Ngoài ra, chúng còn dùng
cho ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp ích cho phân tích cấu trúc
tinh thể.
2.6. Kiểm tra độ dẫn điện của sản phẩm PANi.
Polyaniline dẫn điện & cảm biến ammonia; 2011.
SV Nguyễn Ngọc Tuân. Trang 24

Độ dẫn điện được khái niệm là nghịch đảo của điện trở R, nghĩa là R
-1
. Điện trở

của một vật liệu là R=ρ.l / S. Trong đó ρ là điện trở suất, S là diện tích bề mặt (m
2
), l
là độ dài vật dẫn (m). Để xác định bản chất dẫn điện của mẫu đo, người ta lấy đơn vị
σ = ρ
-1
là độ dẫn điện của vật liệu và có đơn vị S.m
-1
hoặc S.cm
-1
.
Để xác định điện trở của bề mặt vật liệu polymer, ta thực hiện theo phương pháp
đo 4 mũi dò. Vì theo cơ chế truyền dẫn của Roth, sự truyền dẫn điện tử theo nhiều
hướng khác nhau trong các chuỗi hay bó sợi polymer dẫn điện, tuy nhiên, với giá trị
điện trở lớn hơn giá trị điện trở của đầu dò, điện trở của polyaniline có thể xác định
gần đúng với cách đo 2 mũi dò hay giả 4 mũi dò.
2.7. Chế tạo thử nghiệm cảm biến amoniac.
2.7.1. Tạo lớp cảm biến:
Quá trình in polyaniline trên nền dẻo là tiền đề cho thực hiện in polyaniline trên
nền vật liệu polysilicon hoặc các oxit kim loại. Quá trình in được miêu tả trong hình
bên. Lớp oxit kim loại và lớp Polysilicon đóng vai trò là lớp cảm ứng cho sự thay đổi
điện tích trong polyaniline. Trong các CMOS (Bộ nhớ xử lý Silicon) đều có cấu trúc
tương tự
[16]
.

Hình 2.7.1. Quá trình in lớp polyaniline trên nền.
Lớp mực được in nóng để bám trên nền oxit kim loại. Rửa bề mặt nền bằng dung
dịch axit loãng, những vùng không có lớp mực bám lên sẽ tham gia phản ứng hóa học
và bị ăn mòn, để lại là các rãnh phân cách. Mực in được rửa sạch trên bề mặt, sau đó

lấp đầy các rãnh bằng polyaniline bán dẫn và sấy khô tại 40
0
C trong 1h.
Mục đích của việc in trên cấu trúc như trên nhằm mục đích giúp cho việc phục
hồi trạng thái dẫn điện sau khi tiếp xúc với khí được diễn ra nhanh hơn và tốt hơn.