Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí ứng dụng cho thiết bị quan trắc môi trường không khí

Nghiên cứu khoa học công nghệ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN KHÍ ỨNG DỤNG
CHO THIẾT BỊ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
Luyện Quốc Vương1,2,Nguyễn Thị Thủy3, Hoàng Thị Hiến1,
Bùi Văn Dân1, Chu Văn Tuấn1*
Tóm tắt: Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu tính chất nhạy khí ở
nhiệt độ phòng của vật nanocomposite polyaniline/multi-walled carbon nanotuber
(PANi/MWCNTs) ứng dụng cho thiết bị quan trắc môi trường. Nghiên cứu có tính
hệ thống như phân tích thành phần hóa học, các liên kết hóa học, hình thái cấu trúc
bề mặt của vật liệu nanocomposite phù hợp cho việc chế tạo cảm biến khí đã được
thực hiện. Các kết quả khảo sát đã cho thấy cảm biến có thể phát hiện nồng độ khí
NH3 ở mức 10 phần triệu (ppm) ở nhiệt độ phòng. Kết quả nghiên cứu này đã khẳng
định khả năng chế tạo cảm biến khí NH3 có độ nhạy cao trên cơ sở sử dụng vật
nanocomposite tổng hợp được bằng phương pháp điện hóa.
Từ khóa: Vật liệu nanocomposite; Polyaniline; Ống nano cacbon đa lớp; NH3.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nghiên cứu về vật liệu lai cấu trúc nano cho các ứng dụng quan trắc môi trường là một
hướng nghiên cứu công nghệ cao, tiếp cận với các hướng nghiên cứu đang được quan tâm
trên thế giới đặc biệt là các hãng công nghiệp lớn như IBM, Phillip, Intel,…
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu polymer dẫn với nhiều tính
chất mới về độ bền trong môi trường, độ dẫn điện tốt, dễ tổng hợp, dễ liên kết và tích hợp
với các linh kiện điện tử [1, 2]. Các công trình nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, vật liệu
nano là vật liệu lý tưởng để chế tạo các loại cảm biến hóa học, xem như là vật liệu tiềm
năng đầy hứa hẹn cho ứng dụng trong khoa học công nghệ như vi điện tử, y sinh,... và đã
đạt được nhiều thành tựu nhất định [2, 3]. Trong số họ vật liệu polyme dẫn, phải kể đến
polyaniline composite cấu trúc nano, đó là sự kết hợp của các chất pha tạp để tạo ra những
tính chất ưu việt như độ dẫn điện cao, diện tích bề mặt riêng lớn, thân thiện với môi
trường, độ ổn định cao và đặc biệt khẳ năng ứng dụng trong các thiết bị quang học, cảm
biến. Cảm biến miễn dịch điện hóa xác định sớm ung thư cổ tử cung [13], cảm biến sinh

học [14],… Tuy nhiên, ứng dụng vật liệu nanocomposite PANi/MWCNTs trong cảm biến
khí hoạt động ở nhiệt độ phòng sẽ mở ra những hướng nghiên cứu ứng dụng mới trong
quan trắc môi trường [16].
Đo lường môi trường đã và đang là vấn đề cấp thiết trên thế giới nói chung và tại Việt
Nam nói riêng. Các sản phẩm về các thiết bị thí nghiệm phục vụ đo lường môi trường
ngày càng đa dạng và sẵn có trên thị trường. Tuy nhiên, giá của những sản phẩm này lại
quá đắt và phần lớn nhập khẩu của Châu Âu. Ở bất kỳ thời đại nào thì các vấn đề về sức
khỏe của con người cũng luôn được quan tâm và đặt lên hàng đầu. Sức khỏe của con
người bị ảnh hưởng trực tiếp từ môi trường xung quanh, trong đó, ô nhiễm môi trường
không khí, môi trường nước gây ra cho sức khỏe những tổn hại nghiêm trọng. Vì vậy, việc
phân tích, đánh giá và phát hiện các khí thải độc hại ở nồng độ rất thấp là một yêu cầu đặt
ra cho các nhà khoa học và các nhóm nghiên cứu. Để đáp ứng được các nhu cầu cấp thiết
trên, cần phải xây dựng hệ thống thiết bị quan trắc không khí tự động sử dụng cảm biến
khí hiệu suất cao (độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp cỡ ppm, thời gian hồi đáp/hồi phục
nhanh, độ chọn lọc tốt) sử dụng vật liệu nanocomposit làm lớp nhạy khí. Với quy trình
kiểm tra đơn giản, nhanh, chính xác thành phần khí cần phát hiện, thiết bị nhỏ gọn.
Đối với cảm biến, có rất nhiều đại lượng đặc trưng cho tính chất của cảm biến, trong đó
dưới đây liệt kê các tính chất quan trọng nhất.

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020

187


Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường

+ Độ nhạy là sự thay đổi của tín hiệu đo trên đơn vị nồng độ chất được phân tích, điều
này có thể hiểu như độ dốc của đồ thị biểu diễn sự biến đổi theo nồng độ. Hệ số này đôi
lúc dễ bị nhầm lẫn với giới hạn đo.
Sự nhạy khí của cảm biến được đánh giá bởi độ nhạy S, là khả năng phát hiện khí với

một nồng độ xác định, được xác định bởi tỷ số:
S

R
R

air

(1)

gas

Trong đó:

- Rair: Điện trở của cảm biến khi chưa tương tác với khí đo.
- Rgas: Điện trở của cảm biến khi tương tác với khí đo.
Thông thường các cảm biến khí có lớp nhạy khí là vật liệu oxit kim loại bán dẫn. Do
đó, theo nghiên cứu thì logarit độ nhạy tỷ lệ tuyến tính với logarit nồng độ khí đo trong
khoảng từ vài chục ppm đến vài nghìn ppm. Tuỳ theo loại vật liệu sử dụng làm cảm biến
và cấu tạo của lớp nhạy khí mà cảm biến có các cơ chế nhạy khí và độ nhạy khác nhau.
Hiện nay, trong lĩnh vực chế tạo vật liệu cảm biến khí, các nhà khoa học đang rất quan tâm
nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm các mẫu vật liệu nhạy khí mới, nhằm tăng độ nhạy và
giảm nhiệt độ làm việc tối ưu cho các vật liệu làm cảm biến khí, để cảm biến có độ bền
cao và công suất tiêu thụ thấp.
+ Độ chọn lọc là thuộc tính của cảm biến mà ở đó cảm biến có thể phản hồi chọn lọc
với một nhóm chất được phân tích hoặc một chất đặc biệt. Sự có mặt của các loại khí khác
gần như không ảnh hưởng tới điện trở của cảm biến. Đây là tính chất quan trọng của cảm
biến khí vì nó đảm bảo cho cảm biến hoạt động ổn định và xác định được chính xác lượng
khí cần đo trong môi trường khí hỗn hợp.
Tính chọn lọc của cảm biến phụ thuộc vào các yếu tố như: vật liệu chế tạo, loại tạp chất

trong bán dẫn, nồng tạp chất, nhiệt độ làm việc,…
+ Giới hạn đo là nồng độ thấp nhất của chất phân tích và cảm biến có thể phát hiện với
một điều kiện như tại nhiệt độ nào đó.
+ Khoảng làm việc là khoảng nồng độ chất được phân tích từ giới hạn đo tới nồng độ
cao nhất có thể để cảm biến hoạt động.
+ Độ tuyến tính là độ lệch tương đối của một đồ thị hiệu chuẩn thực nghiệm xác định
tạo thành một đường thẳng lý tưởng.
+ Độ phân giải là nồng độ thấp nhất mà cảm biến có thể phân biệt.
+ Thời gian đáp ứng là thời gian cho cảm biến phản hồi về sự thay đổi nồng độ (90%
giá trị bão hoà).
+ Thời gian hồi phục là thời gian mà tín hiệu của cảm biến trở về giá trị ban đầu như
trước khi cho khí.
+ Nhiệt độ làm việc là nhiệt độ mà cảm biến có độ hồi đáp cao nhất.
+ Tuổi thọ là thời gian lớn nhất mà cảm biến còn có thể hoạt động.
2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT
2.1. Chuẩn bị thực nghiệm
2.1.1. Các thiết bị chính
- Hệ điện hóa AutoLab PGS302 (Metrohm AutoLab, Hà Lan) để tổng hợp mạng các
dây nano PANi và vật liệu nanocomposite.
- Máy đo điện trở Keithley 2700 và phần mềm VEE Pro đọc và ghi giá trị điện trở từ

188

L. Q. Vương, …, C. V. Tuấn, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến … môi trường không khí.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

máy Keithley 2700, hệ này dùng để khảo sát đặc tính nhạy khí.
2.1.2. Hóa chất chính

- Anilin 98% của hãng Merch - Đức.
- Axít sunfuric H2SO4 99,5%, Trung Quốc.
- Axeton 99,5%, Trung Quốc.
- Khí Nitơ N2 99,9% được mua từ công ty Air Liquide Group của Singapore.
- Khí chuẩn NH3 có độ sạch 99,99% được mua từ công ty Air Liquide Group của
Singapore.
2.2. Tổng hợp vật liệu nhạy khí
Trước mỗi quá trình điện hóa, vi điện cực được xử lý bề mặt trong K 2Cr2O7/H2SO4
(bão hòa), sau đó được hoạt hóa điện hóa trong dung dịch 0,5 M H2SO4 ở điện áp từ -1,5 V
đến +2,2 V, tốc độ quét là 25 mV/s. Để pha tạp polyaniline với ống nano cacbon đa lớp
(PANi/MWCNTs), sau khi xử lý bề mặt, các hạt nano sắt được cấy lên bề mặt vi điện cực
(tạo mầm để cấy MWCNT lên) bằng cách ngâm vi điện cực trong dung dịch FeSO4 1 M
trong 1 giờ, sau đó, quét xung trong thời gian 15 giây để tạo các hạt nano Fe lên vi điện
cực. Sau khi cấy các hạt nano sắt lên trên bề mặt điện cực, MWCNTs tiếp tục được mọc
lên trên đó bằng phương pháp tổng hợp lắng đọng hóa học pha hơi CVD ở nhiệt độ 700 oC
trong thời gian 5 phút và 10 phút. Sau đó, tiến hành pha tạp PANi/MWCNTs, bằng cách
điện hóa trong dung dịch LiClO4 0,1 M, pH = 7; 0,5 mM aniline 98%; tốc độ quét 0,1
mVs-1; khoảng quét 0,00 ÷ 0,65 V; số vòng quét: 02 vòng. Sau quá trình điện hóa, vi điện
cực được làm sạch bằng nước khử ion và được sấy khô ở nhiệt độ 80 oC. Mẫu sau khi tổng
hợp, được phân tích cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét và phân tích thành phần hóa
học bằng phổ tử ngoại UV-Vis và phổ hồng ngoại FT-IR.
2.3. Khảo sát tính chất nhạy khí cảm biến
Để đo đặc trưng nhạy khí đã sử dụng các khí chuẩn và các bộ điều khiển lưu lượng khí
để pha trộn khí tạo ra nồng độ khí cần đo. Sơ đồ nguyên lý của hệ đo như trên hình 1.

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý của hệ trộn khí.
Các bộ phận chính của hệ đo này là:
- Bộ điều khiển lưu lượng khí (MFC): hệ dùng 5 bộ điều khiển lưu lượng khí để pha
trộn khí nhằm tạo ra nồng độ khí cần đo.
- Bộ gia nhiệt: dùng nguồn điện đốt nóng dây điện trở và tạo ra nhiệt độ cần thiết để

cảm biến làm việc.
- Buồng chứa mẫu: gồm đầu đo để áp vào 2 điện cực của điện cực răng lược để đo điện
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020

189


Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường

trở của cảm biến. Đầu đo này được nối với máy điện trở Keithley 2700.
- Máy đo điện trở Keithley 2700 và phần mềm VEF Pro đọc và ghi giá trị điện trở từ
máy Keithley 2700.
Chúng tôi đã khảo sát các đặc trưng nhạy khí thông qua sự thay đổi điện trở của cảm
biến trong không khí và môi trường khí cần đo bằng hệ đo điện trở Keithley 2700 và phần
mềm VEE Pro đọc-ghi giá trị điện trở từ máy Keithley 2700. Để đo đặc trưng nhạy khí
chúng tôi sử dụng các khí chuẩn và các bộ điều khiển lưu lượng khí để pha trộn khí tạo ra
nồng độ khí cần đo (bảng 1). Cảm biến được đo với hơn cồn dải nồng độ từ 10 ppm đến
500 ppm ở nhiệt độ phòng. Các khí chuẩn này với độ sạch 99,99 % được mua từ công ty
Air Liquide Group của Singapore. Vật liệu PANi/MWCNTs đã được phủ lên hệ vi điệc
cực Pt. Mẫu đo được đặt trong buồng thủy tinh, xả đầy không khí và áp suất khí quyển.
Khí được đưa vào buồng bằng cách bơm lượng cần đo thông qua hệ thống ống nối với
buồng chứa mẫu. Khi xuất hiện chất khí có tính khử, điện trở của cảm biến sẽ tăng, đợi
điện trở cảm biến ổn định, mở buồng chứa mẫu, điện trở cảm biến quay về giá trị ban đầu.
Độ nhạy khí (S) được xác định bằng tỷ số giữa điện trở mẫu khi có khí NH3 (Rgas) và trong
không khí (Rair).
Bảng 1. Dải nồng độ khí NH3 cần đo (sử dụng khí chuẩn NH3 1%).
MFC3(sccm) MFC4(sccm) MFC5(sccm)
MFC1(sccm) MFC2(sccm)
C(ppm)
Air

Air
gas
off
off
200
199,5
0,5
25
off
off
200
199
1
50
off
off
200
198
2
100
off
off
200
19
5
250
off
off
200
190

10
500
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hiển vi điện tử quét

Hình 2. Ảnh FE-SEM của a) MWCNTs, b) PANi/MWCNTs.
Trong bài báo này, chúng tôi dùng MWCNTs biến tính với PANi để tạo vật liệu
nanocomposite (PANi/MWCNTs). Hình 2 là kết quả phân tích bằng kính hiển vi điện tử
quét của dạng và sự phân bố của sợi MWCNTs, PANi/MWCNTs sau khi được phủ trên bề
mặt điện cực. Các sợi MWCNTs thu được (hình 2a) có đường kính từ 5 đến 50 nm nhiệt
độ 700 oC trong thời gian 5 phút. Kết quả phân tích kính hiển vi điện tử quét (hình 2b) cho
thấy, khi pha tạp MWCNTs cấu trúc màng vật liệu nanocomposite có sự thay đổi rõ nét,
tốc độ polyme hình thành nhanh dẫn đến vật liệu nanocomposite PANi/MWCNTs có cấu

190

L. Q. Vương, …, C. V. Tuấn, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến … môi trường không khí.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

trúc xốp và kích thước sợi lớn đường kính từ 50 đến 100 nm. Khiến quá trình phân tán
MWCNTs vào mạng các dây PANi được tốt hơn. Màng nhận được khi MWCNTs bám
trên thành dây PANi có cấu trúc xốp đặc biệt, đều đặn, có chiều sâu. Cấu trúc này đang
được quan tâm nghiên cứu và rất thích hợp trong ứng dụng phát triển các cảm biến khí
hoạt động ở nhiệt độ phòng.
3.2. Phân tích hồng ngoại
Sự tăng dải hấp thụ tập trung tại 3167,81 đặc trưng cho liên kết kéo dãn N-H trong
mạng PANi (hình 3a), điều này phù hợp với việc tăng dải dao động co dãn tập trung tại
2363,11cm-1 đặc trưng cho dạng NH2+ trong –C6H4-NH2+-C6H4- [8,11], chứng tỏ mức độ

quá trình oxi hóa lớn và dẫn đến một lượng lớn muối emeraldine được tạo ra trong trường
hợp tổng hợp PANi. Hơn nữa, do sự hình thành của nhóm NH2+ làm gãy cặp -electron
của nguyên tử N, kết quả tạo thành các vị trí tích điện dương. Điều này có thể làm tăng sự
chuyển động của electron đơn lẻ giữa các vị trí polaronic và kết quả là một mạng polaron
được tạo thành. Đỉnh 1300 và 1240cm-1 là của C-N+ kéo dãn của dạng amine thứ sinh [5,
7, 9, 15] và C-N+  kéo dãn [4, 6, 10] chúng được tạo thành trong suốt quá trình proton hóa
chuỗi PANi.

Hình 3. Phổ FTIR của (a) PANi, (b) PANi/ MWCNTs.

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020

191


Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường

Hình 3b là phổ hồng ngoại của PANi/MWCNTs được quan sát trong vùng từ 800 đến
4000 cm-1. Tương tự như trường hợp PANi nguyên chất thì dải hấp thụ tại 1600 và 1500
cm-1 đặc trưng cho dao động kéo dãn vòng không đối xứng C6 của dạng quinoid và
benzoid của PANi [8, 10, 12]. Tỷ lệ cường độ dạng (benzoid/quinoid) của màng
PANi/MWCNTs là 7,3 điều này chứng tỏ một phần của vòng quinoid đã chuyển thành
vòng benzoid làm lượng vòng benzoid tăng và quinoid giảm làm tăng khả năng dẫn điện
màng. Sự thay đổi trong mật độ được bao gồm sự chuyển dạng ermeraldine và
pernigraniline thành dạng muối emeraldine được cặp đôi với quá trình pronton hóa. Quá
trình proton hóa được thúc đẩy bởi sự tăng hàm lượng H+ trong dung dịch. Tuy nhiên,
lượng H+ quá lớn cũng sẽ làm giảm dạng muối emeraldine đi do H+ kết hợp lại với ion Xcủa muối emeraldine làm tái tạo lại dạng vòng quinoid. Đỉnh 1660 cm-1 đặc trưng cho liên
kết hóa trị của nhóm cacbonyl của dạng amide. Như vậy, trường hợp tổng hợp composite
PANi chứa MWCNTs thu được kết quả cho màng thu được độ dẫn điện cao có khả năng
ứng dụng trong cảm biến sinh học [14] và cảm biến khí hoạt động ở nhiệt độ phòng.

3.3. Nghiên cứu các đặc trưng nhạy khí
Điện trở cảm biến: Từ hình 4, chúng ta thấy sự thay đổi điện trở khi có mặt khí NH 3
đối với vật liệu PANi và PANi/MWCNTs là khác nhau đáng kể. Điện trở của dây nano
PANi tăng nhanh từ 18 kΩ lên đến 34 kΩ (hình 4a) và điện trở của vật liệu
nanocomposite PANi/MWCNTs tăng từ 18 kΩ lên đến 200 kΩ (hình 4b) và đặc biệt
tăng từ 18 kΩ lên đến 48 kΩ (hình 4b) khi nồng độ khí NH 3 ở 10 ppm, điều này chứng
tỏ dây nano PANi đặc trưng bởi tính dẫn điện của bán dẫn loại p và cũng rất phù hợp với
nhận định từ ảnh SEM.

Hình 4. Giản đồ về sự thay đổi điện trở của cảm biến.
Độ đáp ứng nhạy khí của cảm biến: Hình 5 cho thấy, độ đáp ứng của cảm biến khí sử
dụng vật liệu PANi và vật liệu PANi/MWCNTs với các nồng độ khí NH3 lần lượt là 10,
25,50, 100, 250 và 500 ppm. Nhìn qua hình vẽ dễ thấy, độ đáp ứng của vật liệu composite
PANi/MWCNTs có độ đáp ứng cao hơn so với vật liệu PANi. Do vật liệu là bán dẫn và
khí NH3 là khí khử nên đáp ứng của cảm biến đã tăng và ổn định rồi giảm tạo thành từng
xung tương ứng với sự có mặt và không có mặt của khí đo. Dải nồng độ NH3 khảo sát ở
đây thay đổi từ 10, 25, 50, 100, 250 và 500 ppm điều này cho thấy khả năng phát hiện ở
nồng độ tương đối thấp nằm trong giới hạn mùi khó chịu. Tín hiệu của cảm biến được sử
dụng rất ổn định và có độ lặp lại, độ tin cậy cao. Như vậy, cảm biến khí trên cơ sở màng
nano PANi/MWCNTs có thể ứng dụng tốt để phát hiện khí NH3 với ngưỡng giới hạn phát
hiện nồng độ khí thấp dưới 10 ppm [5].

192

L. Q. Vương, …, C. V. Tuấn, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến … môi trường không khí.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

Hình 5. Độ đáp ứng của của cảm biến khí NH3 của vật liệu

(a) PANi và (b) PANi/MWCNTS.
Kh«ng khÝ

35

PANi 250 ppm NH3

Thêi gian ®¸p øng

§iÖn trë (Ohm)

30

36 s

90%

25

90%
20

170 s
Thêi gian håi phôc

15

10
1800

2000

2200

2400

2600

Thêi gian (s)

Hình 6. Thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục của vật liệu PANi/MWCNTs
tại 100 ppm khí NH3 ở nhiệt độ phòng.
Thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục: Sơ đồ tính thời gian đáp ứng và thời gian
hồi phục của cảm khí NH3 ở nhiệt độ phòng được mô tả trên hình 6. Thời gian hồi đáp của
cảm biến trong trường hợp này là 36 s, thời gian hồi phục của cảm biến trong trường hợp
này là 170 s tương ứng với nồng độ khí NH3 250 ppm.
4. KẾT LUẬN
Bằng phương pháp điện hóa quét thế vòng tuần hoàn nhóm tác giả đã tổng hợp thành
công PANi pha tạp với MWCNTs để tạo ra vật liệu nanocomposte có định hướng ứng
dụng làm cảm biến khí trong thiết bị quan trắc môi trường. Chúng tôi đã sử dụng vật liệu
PANi/MWCNTs vào khảo sát tính chất nhạy với khí NH3, cảm biến có thể nhạy ở nồng độ

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020

193


Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường

tương đối thấp 10 ppm. Đặc biệt với cảm biến này là hoạt động ở nhiệt độ phòng, khá ổn

định và có độ lặp lại, độ tin cậy cao và độ nhạy tuyến tính với nồng độ khí NH3. Kết quả
thu được cho thấy khả năng đưa ra thị trường một loại cảm biến khí mới cho phép phát
hiện nồng độ NH3 trong hệ thống thiết bị quan trắc môi trường không khí.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia
(NAFOSTED) trong đề tài mã số: 12/2020/TN.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. U. Lange et al, “Conducting polymers in chemical sensors and arrays”, A. Chimica
Acta, Vol. 614 (2008), pp. 1 - 26.
[2]. M. Andre et al, “Review of electronic and potical properties of semiconduction πconjugated polymers: applications in optoelectronics”, P. International, Vol. 53
(2004), pp. 1397-1412.
[3]. D.N. Debarnot et al “Polyaniline as a new sensitive layer for gas sensors”, A.
Chimica Acta, Vol. 475 (2003), pp. 1 - 15.
[4]. J.L. Bredas et al, “Polarons, bipolarons, and solitons in conducting polymers”, A.
Chem Res, Vol. 18 (1985), pp. 309-315
[5]. M. Hirata et al, “Characteristics of an organic semiconductor polyaniline film as a
sensor for NH3 gas”, S. Actuators A Phys, Vol. 40 (1994), pp.159–163 .
[6]. Z.M. Huang et al, “A review on polymer nanofibers by electrospinning and their
applications in nanocomposites”, C. Sci Technol, Vol. 63 (2003), pp. 2223-2253 .
[7]. A. Hulanicki et al, “Chemical sensors: definitions and classification” P. Appl Chem
Vol. 63 (1991), pp.1247-1250.
[8]. J.Y. Kim et al , “The manufacture and properties of polyaniline nano-films prepared
through vapor-phase polymerization”, S. Met, Vol. 157 (2007), pp. 336-342.
[9]. Liu C et al, “Electrochemical deposition of nanostructured polyaniline on an
insulating substrate”, Electrochem commun, Vol. 12 (2010), pp. 36–39 .
[10]. M. Matsuguchi et al, “Effect of humidity on NH3 gas sensitivity of polyaniline blend
films”, S. Actuators B Chem, Vol. 94 (2003), pp. 46-52.
[11]. S. Mikhaylov et al, “The PANI-DBSA content and dispersing solvent as influencing
parameters in sensing performances of TiO2/PANI-DBSA hybrid nanocomposites to
ammonia”, RSC Adv, Vol. 6 (2016), pp. 82625-82634.

[12]. A. Ramanavičius et al, “Electrochemical sensors based on conducting polymerpolypyrrole”, Electrochim Acta, Vol. 51 (2006), pp. 6025-6037.
[13]. L. D. Tran et al, “Development of interdigitated arrays coated with functional
polyaniline/MWCNT for electrochemical biodetection: Application for human
papilloma virus”, Talanta, Vol. 85 (2011), pp. 1560–1565
[14]. C.V. Tuấn et al, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite polyaniline ứng dụng cho
cảm biến sinh học”, TC. Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 61 (2019), tr. 63-66.
[15]. B. Butoi et al, “Morphological and Structural Analysis of Polyaniline and Poly(oanisidine) Layers Generated in a DC Glow Discharge Plasma by Using an Oblique
Angle Electrode Deposition Configuration”, Polymers, Vol. 9 (2017), pp.732-750.
[16]. A. Roy et al, “Polyaniline-multiwalled carbon nanotube (PANI-MWCNT): Room
temperature resistive carbon monoxide (CO) sensor”, S. Metals, Vol. 245 (2018),
pp. 182-189.

194

L. Q. Vương, …, C. V. Tuấn, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến … môi trường không khí.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

ABSTRACT
RESEARCH FOR FABRICATION OF GAS SENSORS FOR APPLICATION
EQUIPMENT AIR ENVIRONMENTAL MONITORING
In the paper, some results obtained from studying the gas-sensitivity properties
at room temperature for lattice structures of nanocomposite application for
environmental monitoring equipment are presented. A systematic investigation such
as the analysis of the chemical composition, chemical bond, morphology of surface
structure of nanocomposite lattice is found appropriate for fabricating the gas
sensor. Experimental studies show that the sensors may detect the concentration of
NH3 gas reaching the rate up to 10/1000000 (ppm) at room temperature. This
confirms the possibility of fabricating high sensitive NH3 gas sensors based on using

the nanocomposite lattice structures synthesized by electromchemical method.
Keywords: Nanocomposite materials; Polyaniline; Multiwalled carbon nanotubes; NH3.

Nhận bài ngày 16 tháng 8 năm 2020
Hoàn thiện ngày 05 tháng 10 năm 2020
Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 10 năm 2020
Địa chỉ: 1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Dân Tiến, Khoái Châu, Hưng Yên;
2
Trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội, 160 Mai Dịch, Cầu Giấy, Hà Nội;
3
Trường Đại học Điện lực, 235 Hoàng Quốc Việt, Bắc Từ Liêm, Hà Nội.
*
Email:

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020

195