Luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu WO3 cấu trúc nano bằng phương pháp hóa nhằm ứng dụng trong cảm biến khí NO2 và NH3

v.v. và đây là những sản phẩm mang tính thương mại 
cao đầy hứa hẹn trong tương lai. 
1.7.1. Cấu trúc tinh thể 
 6+
 Trong cấu trúc tinh thể của vật liệu WO3 dạng khối, các ion W ở tâm sẽ 
kết hợp với 6 ion O2- tại 6 đỉnh tạo thành hình khối bát diện với độ dài liên kết W 
= O là không đổi và góc liên kết O–W–O là 180o. Nhưng thực tế cho thấy, ô cơ 
sở của hầu hết các cấu trúc WO3 ở nhiệt độ phòng là đơn tà  (Hình 1.14). Tuy 
nhiên pha của tinh thể WO3 có một sự khác biệt rất nhỏ về hằng số mạng và góc 
liên kết O–W–O, ví dụ góc liên kết trong cấu trúc đơn tà γ là β = 90,9o như mô tả 
trong Hình 1.14. Sự khác biệt nhỏ này liên quan đến độ nghiêng của khối bát 
diện và sự dịch chuyển của ion vonfram ở trung tâm của khối bát diện. Bảng 1 
cho thấy sự chuyển pha cấu trúc theo nhiệt độ của vật liệu WO3 [10]. 
1.7.2. Tính chất điện của vật liệu WO3 
 Vật liệu WO3 là ôxít kim loại bán dẫn loại n. Trên sơ sở phổ quang học 
người ta đã tính toán và chỉ ra rằng độ rộng vùng cấm Eg của vật liệu WO3 nằm 
trong khoảng 2,6 ÷ 3,25 eV [25,161]. 
1.7.3. Vật liệu WO3 cho cảm biến khí 
 Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều nghiên cứu về tính chất nhạy 
khí của cảm biến khí trên cơ sở vật liệu WO3, tuy nhiên cho đến nay các hiểu 
biết về ảnh hưởng của cấu trúc nano và hình thái của vật liệu WO3 vào tính chất 
nhạy khí của chúng chưa thực sự đầy đủ [10]. Để giải thích cơ chế nhạy khí của 
cảm biến thay đổi độ dẫn trên cơ sở vật liệu ôxít kim loại bán dẫn WO3 đối với 
các khí đo như NO2, NH3, H2S, CO, CO2, v.v. vẫn dựa trên cơ chế nhạy bề mặt 
do sự hấp phụ và giải hấp phụ khí [162,163,164,188,193]. Ngoài ra, để nâng cao 
hiệu suất của cảm biến, người ta thường biến tính bề mặt vật liệu WO3 bằng các 
hạt kim loại quý có tính xúc tác như Pd, Pt, Au, v.v. 
 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 
 Trong chương này, tác giả giới thiệu chi tiết các quy trình tổng hợp một số 
cấu trúc nano WO3 với hình thái, kích thước khác nhau bằng phương pháp thủy 
nhiệt, phương pháp nhiệt dung môi và quy trình biến tính hạt nano Pd trên bề 
mặt thanh nano WO3 bằng phương pháp khử trực tiếp với chất khử là chất hoạt 
động bề mặt P123 nhằm ứng dụng cho cảm biến khí. Cấu trúc điện cực của cảm 
biến, quy trình chế tạo cảm biến, quy trình sử lý nhiệt và cấu tạo, nguyên tắc của 
hệ đo khí cũng được tác giả giới thiệu chi tiết trong chương nay. 
 7 
2.1. Các quy trình tổng hợp vật liệu cấu trúc nano WO3 có hình thái 
khác nhau bằng phƣơng pháp thủy nhiệt và nhiệt dung môi 
2.1.1. Thiết bị và hóa chất 
 Vật liệu nguồn và các dung môi sử dụng cho quá trình tổng hợp vật liệu 
nano ôxít kim loại bán dẫn WO3 đều được mua từ công ty hóa chất Kanto (Nhật 
Bản) và Sigma–Aldrich (Mỹ). Các thiết bị đều có tại phòng thí nghiệm cảm biến 
thuộc viện ITIMS (Hình 2.1). 
2.1.2. Các quy trình tổng hợp vật liệu cấu trúc nano WO3 có hình thái khác 
nhau bằng phƣơng pháp thủy nhiệt 
 Vật liệu nano ôxít kim loại bán dẫn WO3 có cấu trúc hình thái, kích thước 
khác nhau được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt theo quy trình được mô 
tả bởi sơ đồ tổng quát và gồm các bước sau: 
 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu nano WO3 có cấu trúc hình thái khác nhau 
 bằng phương pháp thủy nhiệt. 
  Quy trình 1: Thay đổi khối lượng chất hoạt động bề mặt P123 
 Bốn cốc thủy tinh, mỗi cốc chứa 1,5 g Na2WO4.2H2O; 0,5 g NaCl; 80 ml 
nước khử ion và được hòa tan bằng máy khuấy từ. Hòa tan thêm vào các cốc một 
lượng xác định chất hoạt động bề mặt P123 có khối lượng tương ứng bằng m = 0 
g; 0,25 g; 0,5 g và 1,0 g. Độ pH của dung dịch chứa trong 4 cốc được điều chỉnh 
bằng 2 bằng axit HCl (37%). Bốn cốc đổ vào 4 bình Teflon có dung tích 100 ml 
và có vỏ làm bằng thép không gỉ chịu áp suất để tiến hành thủy nhiệt ở cùng 
nhiệt độ 180 oC/ 12 h. Sản phẩm kết tủa trong 4 bình được rửa nhiều lần bằng 
nước khử ion và hai lần cuối bằng dung dịch ethanol cùng với máy ly tâm 4000 
rpm. Cuối cùng, bốn sản phẩm thu được và được sấy khô trong không khí ở 
80 oC/ 24 h. 
  Quy trình 2: Thay đổi độ pH của dung dịch thủy nhiệt 
 Tương tự quy trình 1, hòa tan vào 6 cốc, mỗi cốc chứa 1,5 g Na2WO4-
.2H2O;0,5 g muối NaCl; 1 g P123 và 80 ml nước khử ion. Điều chỉnh độ pH của 
 8 
dung dịch trong cốc bằng axit HCl (37%) để được các giá trị tương ứng là 1,0; 
1,5; 2,0; 2,5; 3,0 và 3,5. Đổ lần lượt 6 cốc vào 6 bình phản ứng thủy nhiệt bằng 
Teflon có dung tích 100 ml và có vỏ làm bằng thép không gỉ chịu áp suất để tiến 
hành thủy nhiệt đồng thời ở cùng nhiệt độ 180 oC / 12 h. Các mẫu vật liệu thu 
được sau khi rửa, quay ly tâm và sấy khô như trong quy trình 1. Riêng trường 
hợp pH = 3,5 chúng tôi không thu được vật liệu. 
  Quy trình 3: Thay đổi nhiệt độ thủy nhiệt 
 Tương tự quy trình 1 và 2, ta cũng hòa tan vào 3 cốc, mỗi cốc chứa 1,5 g 
Na2WO4.2H2O; 0,5 g NaCl; 1 g P123 và 80 ml nước khử ion, điều chỉnh độ pH 
của cả 3 cốc bằng nhau và bằng pH = 2. Đổ lần lượt 3 cốc vào 3 bình phản ứng 
thủy nhiệt và sau đó tiến hành thủy nhiệt ba bình ở ba nhiệt độ là 160 oC; 180 oC 
và 200 oC trong 12 h. Ba mẫu vật liệu thu được sau khi rửa, quay ly tâm và sấy 
như trong quy trình 1 và 2. 
2.1.3. Quy trình tổng hợp vật liệu nano ôxít Wolfram có hình thái dạng bó 
và bông hoa bằng phƣơng pháp nhiệt dung môi 
  Quy trình tổng hợp bó dây nano ôxít Wolfram 
 Hòa tan hoàn toàn muối WCl6 trong dung môi C6H11OH (99,9%) vào cốc 
thủy tinh để được dung dịch có nồng độ là 0,025 M. Lấy 80 ml dung dịch trên 
cho vào bình Teflon có dung tích 100 ml và có vỏ làm bằng thép không gỉ chịu 
áp suất để tiến hành thủy nhiệt ở nhiệt độ 180 oC / 8 giờ. Vật liệu thu được sau 
khi rửa sạch bằng ethanol được sấy ở 80 oC/ 24 h. Quy trình chế tạo bó dây nano 
ôxít wolfram được mô tả bởi sơ đồ tổng quát Hình 2.3(A). 
  Quy trình tổng hợp bông hoa nano ôxít Wolfram. 
 Hòa tan hoàn toàn muối WCl6 trong dung môi C2H5OH (99,9%) vào cốc 
thủy tinh để được dung dịch có nồng độ là 0,025 M. Lấy 80 ml dung dịch trên 
và hòa thêm 160 mg chất hoạt động bề mặt CTAB và sau đó cho vào bình Teflon 
có dung tích 100 ml và có vỏ làm bằng thép không gỉ chịu áp suất để tiến hành 
thủy nhiệt ở nhiệt độ 180 oC/8 h. Vật liệu thu được sau khi rửa sạch bằng ethanol 
được sấy ở 80 oC/ 24 h. Quy trình chế tạo bó dây nano ôxít wolfram được mô tả 
bởi sơ đồ tổng quát Hình 2.3(B). 
2.2. Quy trình biến tính hạt nano Pd lên bề mặt thanh nano WO3 bằng 
phƣơng pháp khử trực tiếp 
 Quy trình biến tính gồm 6 bước sau: (1) Cho 100 mg PdCl2 + 66 mg NaCl 
+ 4 ml nước khử ion + con khuấy từ vào cốc 1. Đặt cốc 1 lên máy khuấy từ và 
khuấy trong vòng khoảng 15 phút ở nhiệt độ phòng. (2) Cân 300 mg thanh nano 
WO3 đổ vào cốc 1, tiếp tục khuấy thêm 10 phút ở nhiệt độ phòng. (3) Cho 4g 
chất hoạt động bề mặt P123 + 80 ml nước khử ion + con khuấy từ vào cốc 2. Đặt 
cốc 2 lên máy khuấy từ và khuấy ở nhiệt độ phòng cho đến khi chất hoạt động bề 
mặt P123 tan hết. (4) Đổ từ từ cốc 2 vào cốc 1 và sau đó tiếp tục khuấy ở nhiệt 
độ phòng trong khoảng thời gian 30 phút. (5) Rửa bằng nước khủ ion khoảng 4 
lần đầu sau đó rửa 2 lần cuối với ethanol kết hợp với máy quay ly tâm để lọc rửa 
 9 
 o
thanh nano WO3. (6) Sau khi rửa xong, sản phẩm sấy khổ ở 80 C trong 12 giờ. 
Sơ đồ quy trình biến tính được trình bày trên Hình 2.4 
 Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành biến tính bề mặt thanh nano 
WO3 với 3 nồng độ tương ứng với (100 mg PdCl2 + 66 mg NaCl); (125 mg 
PdCl2 + 83 mg NaCl) và (150 mg PdCl2 + 100 mg NaCl) như trong bước 1 của 
quy trình. Còn các thông số khác chúng tôi giữ không đổi. 
2.3. Quy trình chế tạo cảm biến 
 Quy trình chế tạo cảm biến bằng phương pháp nhỏ phủ gồm 4 bước sau: 
(1) Phân tán đồng đều khoảng 10 mg vật liệu trong 20 ml ethanol. (2) Rửa sạch 
điện cực bằng ethanol và sấy khô ở 100 oC. (3) Dùng micropipet để nhỏ hỗn hợp 
vật liệu và ethanol trên bề mặt điện cực và để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng 
khoảng 6 giờ. (4) Cảm biến được ủ ở 600 oC/2 h với tốc độ tăng nhiệt là 5 
oC/phút. Sau khi ủ 2 giờ, lò sẽ tự tắt và nguội tự nhiên về nhiệt độ phòng. Quy 
trình tổng hợp vật liệu và chế tạo cảm biến được mô tả trên Hình 2.5. 
2.4. Các kỹ thuật đo cả biến khí 
 Trong luận án này, các kết quả khảo sát tính chất nhạy khí của cảm biến 
được thực hiện bằng phương pháp đo động. 
 CHƢƠNG 3: HÌNH THÁI, VI CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 
 NHẠY KHÍ CỦA VẬT LIỆU NANO WO3 TỔNG HỢP BẰNG 
 PHƢƠNG PHÁP THỦY NHIỆT 
 Trong chương này, tác giả tập trung vào phân tích sự hình thành các cấu 
trúc hình thái khác nhau và vi cấu trúc của vật liệu nano WO3 tổng hợp bằng 
phương pháp thủy nhiệt. Các loại cảm biến trên cơ sở vật liệu nano WO3 có cấu 
trúc hình thái khác nhau đã được chế tạo bằng phương pháp nhỏ phủ trên đế 
silicon có điện cực Pt. Các đặc tính nhạy khí của lớp vật liệu của các loại cảm 
biến đã được khảo sát đối với hai loại khí có độc tính là NO2 trong dải nồng độ 
từ 500 ppb đến 5ppm và NH3 trong dải nồng độ từ 100 ppm đến 1000 ppm. Kết 
quả nghiên cứu chỉ ra rằng, có thể sử dụng cảm biến khí trên cơ sở vật liệu bó 
thanh nano xốp ôxít wolfram để đo và giám sát khí độc NO2 ở nồng độ thấp với 
độ ổn định và tin cậy cao. 
3.1. Hình thái, vi cấu trúc của vật liệu nano WO3 
3.1.1. Hình thái của vật iệu nano WO3 theo sự thay đổi nồng độ của chất 
hoạt động bề ặt P123 
 Hình thái của vật liệu nano WO3 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt 
với khối lượng chất hoạt động bề mặt P123 khác nhau theo quy trình 1 đã được 
khảo sát bằng ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM (Hình 3.1(A-H)). 
 10 
 Hình 3.1: Ảnh FE-SEM của các mẫu WO3 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt với 
 khối lượng chất hoạt động bề mặt P123 khác nhau (A, B) 0 g; (C, D) 0,25 g; 
 (E, F) 0,5 g; (G, H) 1,0 g. 
 Vậy khi thay đổi nồng độ chất hoạt động bề mặt P123 thì hình thái vật liệu 
WO3 thu được có sự thay đổi. Ta nhận thấy khi khối lượng chất hoạt động P123 
nhỏ hơn 0,5 g thì hình thái của vật liệu nano WO3 thu được thay đổi không 
nhiều, vẫn có cấu trúc dạng bó gồm nhiều thanh nano gắn kết chặt khít với nhau, 
đầu các bó bằng phẳng không có khe hở. Nhưng khi tăng khối lượng chất hoạt 
động bề mặt P123 lên 1g thì hình thái vật liệu WO3 thu được thay đổi hẳn, bó 
ngắn lại và có đường kính lớn hớn rất nhiều so với bó khi tổng hợp với lượng 
chất hoạt động bề mặt P123 nhỏ hơn 0,5g. Ngoài ra, ta còn quan sát rõ các thanh 
nano nhỏ, và các thanh nhỏ có đường kính khoảng 20 nm dọc theo bó, đầu bó 
không chặt khít mà có khoảng trống giữa các thanh, điều này rất có lợi khi sử 
dụng vật liệu để chế tạo cảm biến khí, vì khoảng trống giữa các thanh sẽ tạo điều 
kiện cho các phân tử khí khuếch tán nhanh vào sâu trong giữa các thanh trong bó 
và vì vậy có thể tăng được độ đáp ứng, độ nhạy của cảm biến. 
3.1.2. Hình thái của vật liệu WO3 theo sự thay đổi độ pH 
 Nghiên cứu sự thay đổi hình thái của bó thanh nano WO3 tổng hợp theo 
quy trình 1 với khối lượng chất hoạt động P123 bằng 1g (Hình 3.1(G)-(H)) thay 
đổi thế nào khi độ pH của môi trường thủy nhiệt thay đổi. Ảnh FE-SEM của năm 
mẫu vật liệu thu được theo sự thay đổi độ pH được thể hiện trên Hình 3.4. 
 Hình 3.4: Ảnh FE-SEM của vật liệu nano WO3 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt 
 với điều kiện độ pH khác nhau: (A, B) pH =1,0; (C, D) pH = 1,5; (E, F) pH = 2,0; 
 (G, H) pH = 2,5; (I, K) pH = 3,0. 
 Như vậy, dưới tác động của pH môi trường trong quá trình thủy nhiệt là rất 
quan trọng tới quá trình hình thành các hình thái của vật liệu nano ôxít wolfram. 
 11 
pH tác động tới hàm lượng và trạng thái của axít H2WO4 là nguyên liệu hình 
thành vật liệu WO3 trong phản ứng thủy nhiệt cũng như các trạng thái hình thái 
mixen của các phân tử chất hoạt động bề mặt P123 và đây có thể là nguyên nhân 
gây ra sự khác biệt về hình thái của vật liệu nano WO3. 
3.1.3. Hình thái của vật liệu WO3 theo sự thay đổi nhiệt độ thủy nhiệt 
 Nghiên cứu sự thay đổi hình thái của bó thanh nano WO3 tổng hợp theo 
quy trình 1 với khối lượng chất hoạt động P123 bằng 1g (Hình 3.1(G)-(H)) thay 
đổi thể nào khi nhiệt độ thủy nhiệt thay đổi (quy trình 3). Ảnh FE-SEM của 3 
 o o o
mẫu vật liệu nano WO3 ở ba nhiệt độ độ thủy nhiệt 160 C, 180 C và 200 C trong 
12 giờ được thể hiện trên Hình 3.6. 
 Bằng phương pháp thủy nhiệt, 
với 03 quy trình, chúng tôi đã tổng 
hợp được 10 mẫu vật liệu nano WO3 
có hình thái khác nhau. Với 10 mẫu 
tổng hợp được, chúng tôi không tiến 
hành phân tích vi cấu trúc tinh thể và 
chế tạo cảm biến với tất cả 10 mẫu mà 
chúng tôi chỉ chọn ra 5 mẫu vật liệu có 
đặc điển hình thái khác nhau và các Hình 3.6: Ảnh FE-SEM của các mẫu WO3 
mẫu đều có độ đồng nhất hình thái tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt với 
 nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau: (A, B) 160oC; 
cao. Cụ thể, chúng tôi chọn 5 mẫu với (C, D) 180oC; (E, F) 200oC. 
điều kiện chế tạo như trong Bảng 3.2 
để tiến hành phân tích vi cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X và chế tạo cảm biến 
khí. Kí hiệu của 05 loại cảm biến với năm cấu trúc hình thái khác nhau cũng 
được nghi trong Bảng 3.2. 
 Bảng 3.2: Các mẫu được phân tích cấu trúc tinh thể bằng phổ nhiễu xạ tia X. 
 1 g P123 1 g P123 1 g P123 1 g P123 1 g P123 
 Điều kiện chế 
 pH = 1,5 pH = 2,0 pH = 2,5 pH = 3,0 pH = 2,0 
 tạo 
 180oC/12h 180oC/12h 180oC/12h 180oC/12h 200oC/12h 
 Hình thái của 
 vật iệu sau 
 thủy nhiệt 
 Kí hiệu của 
 cả biến pH15-180 pH20-180 pH25-180 pH30-180 pH20-200 
3.1.4. Hình thái của vật iệu nano WO3 sau khi ử ý nhiệt 
 Năm hình thái vật liệu thu được sau khi thủy nhiệt như trong Bảng 3.2 đã 
được sử dụng để chế tạo năm loại cảm biến khí bằng phương pháp nhỏ phủ và 
được xử lý nhiệt ở 600 oC/2 h. Hình thái của năm mẫu vật liệu sau khi thủy nhiệt 
và sau khi xử lý nhiệt ở 600 oC/2 h được trình bày trên Hình 3.8. Hình thái của 
vật liệu sau khi xử lý nhiệt ở 600 oC/2 h về cơ bản vẫn giữ được dạng hình thái 
gần giống với hình thái của vật liệu sau khi thủy nhiệt. 
 12 
 Hình 3.8: Ảnh FE-SEM của năm vật liệu nano WO3: (A; C; E; G; I) sau khi thủy nhiệt 
 và (B; D; F; H; K) sau khi ủ ở 600 oC/2 h. 
3.1.5. Cấu trúc tinh thể của vật iệu nano WO3 
 Hình 3.9 là phổ nhiễu xạ tia X của 5 mẫu vật liệu nano WO3 thu được sau 
thủy nhiệt. Năm mẫu đều có đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc tinh thể lục 
giác của WO3 với các hằng số mạng a = b = 0,7298 nm và c = 0,3899 nm. Tất cả 
các đỉnh nhiễu xạ điển hình của mẫu trên phổ nhiễu xạ tia X đã được so sánh với 
thể chuẩn WO3 có cấu trúc lục giác (JCPDS, 33-1387). Giải đồ phổ nhiễu xạ tia 
X của 5 mẫu sau khi ủ ở 600 oC/ 2 h được thể hiện trong Hình 3.10. Giản đồ phổ 
nhiễu xạ tia X chỉ ra tinh thể có cấu trúc đơn tà của WO3 với các hằng số mạng a 
= 0,729 nm, b = 0,7539 nm, c = 0,7688 nm, và β = 90,91o (không gian nhóm 
P21/n (14)) và phù hợp với thể chuẩn của tinh thể WO3 có cấu trúc đơn tà 
(JCPDS, 43-1035). 
3.2. Khảo sát tính chất nhạy khí của cả biến trên cơ sở vật iệu nano 
WO3 có cấu trúc hình thái khác nhau 
 Năm hệ cảm biến ứng với năm cấu trúc hình thái khác nhau của vật liệu 
nano WO3 đã được khảo sát tính chất nhạy khí đối với hai loại khí độc là khí ôxy 
hóa NO2 và khí khử NH3. 
3.2.1. Khảo sát các đặc tính nhạy khí của các cả biến đối với khí NO2 
 Các đồ thị đặc trưng nhạy khí NO2 của năm loại cảm biến ứng với năm 
hình thái khác nhau của vật liệu nano WO3 là pH15-180; pH20-180; pH25-180; 
pH30-180 và pH20-200 được trình bày tương ứng trên các đồ thị 3.11; 3.12; 
3.13; 3.14 và 3.15. 
 Hình 3.12(A) là đồ thị điện trở theo thời gian của cảm biến pH20-180 tại 
các nhiệt độ làm việc 150 oC; 200 oC; 250 oC và 300 oC. Ta nhận thấy, khi cảm 
biến tiếp xúc với khí NO2 thì điện trở của cảm biến tăng, kết quả này hoàn toàn 
phù hợp với lý thuyết vì WO3 là bán dẫn loại n. Thật vậy, khí NO2 hấp thụ bề 
mặt và lấy điện tử bề mặt của WO3 theo các phương trình sau: 
 ( ) ( ) (1.20) 
 ( ) ( ) ( ) (1.21) 
 Điều này đồng nghĩa với độ rộng vùng nghèo Debey LD được mở rộng, dẫn 
đến độ dẫn của cảm biến giảm, điện trở của cảm biến tăng. 
 13 
 Hình 3.12: Các đồ thị đặc trưng nhạy khí NO2 của cảm biến pH20-180: (A) Điện trở 
 theo thời gian theo nồng độ khí NO2 tại các nhiệt độ làm việc từ 150°C đến 300 °C; (B) Độ 
 đáp ứng theo nhiệt độ tại các nồng độ khí NO2 khác nhau; (C) Độ đáp ứng theo nồng độ khí 
 NO2 tại các nhiệt độ khác nhau. 
 Độ đáp ứng (Rgas/Rair) của các cảm biến pH15-180; pH20-180; pH25-180; 
pH30-180 và pH20-200 tại nhiệt độ làm việc 200 oC với nồng độ 5 ppm khí đo 
NO2 có giá trị tương ứng là 280; 483; 170; 317 và 340 lần. Còn khi nhiệt độ làm 
việc của các cảm biến nhỏ hơn hoặc lớn hơn 200 oC thì độ đáp ứng của các cảm 
biến đều giảm. Kết quả này cũng hoàn toàn tương đồng với công bố của Bai và 
nhóm tác giả về đặc tính nhạy khí của thanh nano WO3 đối với khí NO2 [163]. 
 Đồ thị độ đáp ứng của các cảm biến pH15-180; pH20-180; pH25-180; 
 o
pH30-180 và pH20-200 theo nồng độ khí ôxy hóa NO2 tại các nhiệt độ 150 C; 
200 oC; 250 oC và 300 oC đã được tính toán và biểu diễn tương ứng trên các đồ 
thị Hình 3.11(C); 3.12(C); 3.13(C); 3.14(C) và 3.15(C). Kết quả trên cả 5 đồ thị 
đều cho thấy độ đáp ứng khí của các cảm biến là khá tuyến tính theo nồng độ tại 
các nhiệt độ khác nhau. 
 Thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục của các cảm biến pH15-180; 
pH20-180; pH25-180; pH30-180 và pH20-200 theo nhiệt độ tại nồng độ khí đo 
NO2 bằng 5 ppm được biểu diễn trên đồ thị Hình 3.16 
 Hình 3.16: (A) Thời gian đáp ứng; Hình 3.17: So sánh độ đáp ứng của các 
 (B) thời gian hồi phục của các cảm biến cảm biến pH20-180; pH25-180; pH30-
 pH15-180; pH20-180; pH25-180; pH30- 180 và pH20-200 tại cùng nhiệt độ làm việc 
 o
 180 và pH20-200 theo nhiệt độ tại nồng độ tối ưu 200 C và cùng nồng độ khí đo NO2 
 5 ppm khí NO2. bằng 5 ppm. 
 Đồ thị Hình 3.17 là đồ thị so sánh độ đáp của năm loại cảm biến pH15-180; 
pH20-180; pH25-180; pH30-180 và pH20-200 tại cùng nhiệt độ làm việc 200 oC 
với cùng nồng độ khí đo NO2 bằng 5 ppm. Kết của nghiên cứu chỉ ra rằng cảm 
biến pH20-180 cho độ đáp ứng tốt nhất. 
 14 
3.2.2. Khảo sát các đặc tính nhạy khí của các cả biến đối với khí NH3 
 Các đồ thị đặc trưng nhạy khí NH3 của năm loại cảm biến ứng với năm 
hình thái khác nhau của vật liệu nano WO3 là pH15-180; pH20-180; pH25-180; 
pH30-180 và pH20-200 được trình bày tương ứng trên các đồ thị 3.19; 3.20; 
3.21; 3.22 và 3.23. 
 Hình 3.20(A) là đồ thị điện trở theo thời gian của cảm biến pH20-180 tại 
các nhiệt độ làm việc 300 oC; 350 oC; 400 oC và 450 oC. Ta nhận thấy, khi cảm 
biến tiếp xúc với khí NH3 thì điện trở của cảm biến giảm, kết quả này hoàn toàn 
phù hợp với lý thuyết vì WO3 là bán dẫn loại n. Thật vậy, khí NH3 hấp thụ bề 
mặt sẽ phản ứng với các loại ion ôxy hấp phụ trên bề mặt vật liệu WO3 và nhả lại 
điện tử cho bề mặt vật liệu, làm độ rộng vùng nghèo Debye giảm, độ dẫn tăng, 
điện trở giảm. Phương trình phản ứng giữa khí NH3 với các ion ôxy hấp phụ bề 
mặt có thể xảy ra theo các phương trình sau [142,179]: 
 ( ) ( ) (3.4) 
 ( ) ( ) (3.5) 
 ( ) ( ) (3.6) 
 ( ) ( ) (3.7) 
 Trên cả 5 đồ thị Hình 3.19(B); 3.20(B); 3.21(B); 3.22(B) và 3.23(B) đều 
cho thấy tại nhiệt độ làm việc 400 oC thì tất cả các cảm biến đều cho độ đáp ứng 
(Rair /Rgas) cao nhất ở cả 4 nông độ khí đo 0,5 ppm; 1 ppm; 2,5 ppm và 5,0 ppm. 
Còn khí nhiệt độ làm việc của các cảm biến nhỏ hơn hoặc lớn hơn 400 oC thì độ 
đáp ứng đều giảm. 
 Hình 3.20: Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến Hình 3.24: Thời gian đáp ứng (A) và thời 
 pH20-180: (A) Điện trở theo thời gian theo nồng gian hồi phục (B) của các cảm biến pH15-
 độ khí NH3 tại các nhiệt độ làm việc từ 300°C đến 180; pH20-180; pH25-180; pH30-180 và 
 450 °C; (B) Độ đáp ứng theo nhiệt độ tại các nồng pH20-200 theo nhiệt độ tại nồng độ 1000 
 độ khí NH3 khác nhau; (C) Độ đáp ứng theo nồng ppm khí NH3. 
 độ khí NH3 tại các nhiệt độ khác nhau. 
 Trên cả 5 đồ thị 36 (C); 37(C); 38(C); 39(C) và 40(C) đều cho thấy độ đáp 
ứng của các cảm biến là khá tuyến tính theo nồng độ và tại các nhiệt độ khác 
nhau. Còn thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục củ