Nâng cao hiệu suất cảm biến khí VOCs của màng mỏng ZnO thông qua biến tính bề mặt bằng hạt nano Au và chiếu bức xạ UV

Tóm tắt

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), chẳng hạn như isopropanol (IPA), gây ra những rủi ro đáng kể cho sức khỏe và môi trường, làm nổi bật nhu cầu về các cảm biến khí có độ nhạy cao, chọn lọc và tiết kiệm năng lượng. ZnO là một vật liệu cảm biến đầy hứa hẹn do có dải cấm rộng, độ linh động electron cao và đặc tính hấp phụ khí mạnh. Tuy nhiên, các cảm biến ZnO tinh khiết thường yêu cầu nhiệt độ làm việc cao và thiếu tính chọn lọc. Công trình này nghiên cứu các màng mỏng ZnO được biến tính bằng hạt nano Au để tăng cường nhạy IPA dưới bức xạ UV 365 nm. Các màng ZnO và hạt nano Au được lắng đọng bằng phương pháp phún xạ. Các phân tích về cấu trúc và thành phần được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS). Kết quả cho thấy các hạt nano Au hoạt động như các vị trí xúc tác, cải thiện quá trình truyền điện tích và quá trình oxy hóa khí, do đó tăng cường độ nhạy. Các hạt tải quang sinh do tia UV tạo ra giúp tăng hiệu suất của cảm biến. Các màng ZnO được biến tính bởi các hạt nano Au thể hiện khả năng hồi đáp vượt trội, với hiệu suất tối ưu ở mức hàm lượng Au vừa phải. Hoạt động hỗ trợ của tia UV cho phép phát hiện IPA hiệu quả ở nhiệt độ thấp hơn, giảm mức tiêu thụ điện năng. Những phát hiện này góp phần vào việc thiết kế các cảm biến VOCs thế hệ tiếp theo cho các ứng dụng trong môi trường và công nghiệp.