Nghiên cứu phát triển cảm biến QCM đa kênh được phủ các loại vật liệu nano biến tính khác nhau nhằm phát hiện VOCs và các tác nhân sinh học

Việc nghiên cứu và ứng dụng QCM kết hợp với vật liệu nano đã được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới phát triển. Tuy nhiên, có một vấn đề chung mà các nhóm đang gặp phải đó là tính lọc lựa và ổn định của cảm biến. Các kết quả của các nhóm cho thấy cảm biến có sự tương tác với nhiều thành phần sinh-hóa học khác nhau, chưa có sự phân biệt rõ ràng sự tương tác vượt trội của một tác nhân sinh-hóa học. Ngoài ra sự ổn định của cảm biến là chưa cao, sự nhả hấp của vật liệu còn bị hạn chế. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và tìm ra các vật liệu nano tối ưu có tính lọc lựa và ổn định cao đang là một vấn đề cấp thiết.

Hơn nữa, các loại cảm biến hiện nay thường dựa trên sự thay đổi về độ dẫn của vật liệu ô xít bán dẫn khi tiếp xúc với môi trường khí thử. Do vậy, các loại cảm biến này thường hoạt động ở nhiệt độ cao, tính ổn định và độ nhạy kém. Vì vậy, việc tìm ra một loại cảm biến mới dựa trên sự thay đổi khối lượng và hoạt động ở nhiệt độ phòng sẽ khắc phục được những nhược điểm mà cảm biến dựa trên độ dẫn còn tồn tại. Xuất phát từ những lý do trên, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội do PGS.TS. Nguyễn Văn Quy dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phát triển cảm biến QCM đa kênh được phủ các loại vật liệu nano biến tính khác nhau nhằm phát hiện VOCs và các tác nhân sinh học” trong thời gian từ năm 2016 đến năm 2020.

Đề tài nhằm thực hiện những mục tiêu chính sau:

- Nắm bắt được quy trình chế tạo các loại vật liệu cấu trúc nano thấp chiều một cách thuần thục. Điều chỉnh các thông số chế tạo để tổng hợp được vật liệu nano đúng như theo yêu cầu. Sản phẩm có hiệu suất và tính lặp lại cao. 

- Chủ động được trong việc cố định các hệ vật liệu nano lên điện cực QCM. Mỗi một loại vật liệu nano có khả năng bám dính với bề mặt đế khác nhau. Do đó, lựa chọn các kỹ thuật phù hợp cho từng loại vật liệu nano để cố định lên điện cực.

- Tạo được các vật liệu nano và nano tổ hợp có khả năng tương tác khác nhau với tác nhân sinh-hóa học. Để có thể ứng dụng vật liệu nano làm cảm biến thì vật liệu đó phải có tính chất đặc trưng vượt trội hơn so với các vật liệu khác khi tương tác với cùng một tác nhân sinh-hóa học. Do đó, vật liệu cần có tính chọn lọc tốt và tương tác nhanh. 

- Đưa ra được linh kiện có khả năng nhận biết được các tác nhân sinh-hóa học. Linh kiện hoạt động ổn định, đáp ứng nhanh, tính lặp lại cao, thời gian sống lâu và có khả năng tái sử dụng.

Sau bốn năm nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả sau:

1. Quy trình công nghệ chế tạo: Chế tạo được các loại cảm biến dựa trên linh kiện vi cân tinh thể thạch anh (QCM) phủ vật liệu ô-xít sắt, GO và CNT. Công nghệ chế tạo vật liệu nano và bằng phương pháp hóa học ở nhiệt độ thấp (dưới 120^oC). Tích hợp được vật liệu nano lên mặt điện cực QCM để tạo linh kiệm cảm biến khí.

2. Xây dựng hệ đo và khảo sát tính nhạy khí của cảm biến: Xây dựng được hệ đo khí chuẩn cho cảm biến khí QCM phủ vật liệu nano. Khảo sát tính nhạy khí của các loại cảm biến đã chế tạo.  Khảo sát thời gian đáp ứng và hồi đáp của cảm biến.  Khảo sát tính lọc lựa của cảm biến.

Hiện nay, cảm biến đã được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp như; công nghệ thực phẩm, chuẩn đoán y học, kỹ thuật hoá học, bảo vệ môi trường, các ngành công nghiệp khai khoáng, nhà máy, thiết bị quan sự, dân sự... Do đó, việc nghiên cứu và tìm ra loại cảm biến có độ chính xác cao, độ nhạy tốt là vấn đề vô cùng quan trọng.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18402/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Vista.gov.vn