ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

NGUYỄN THỊ HẠ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐO pH SỬ DỤNG
MÀNG MỎNG POLYME DẪN ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

NGUYỄN THỊ HẠ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐO pH SỬ DỤNG
MÀNG MỎNG POLYME DẪN ĐIỆN
Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ



MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC .................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................. vii
MỞ ĐẦU..................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................... 4
1.1.

Giới thiệu pH ........................................................................................ 4

1.2.

Các phương pháp đo pH ....................................................................... 6

1.2.1.

Phương pháp so màu ..................................................................... 7

1.2.2.

Phương pháp điện hóa .................................................................. 7

1.2.2.1. Sử dụng điện cực....................................................................... 7
1.2.2.2. Sử dụng polyme dẫn điện .......................................................... 8
1.3.

Dung dịch đệm pH .............................................................................. 12


Hệ số hiệu chỉnh để đo độ dẫn điện ............................................. 25

1.5.3.

Cơ chế hoạt động của cảm biến theo sự thay đổi pH ................... 26

1.6.

Tổng quan về quang khắc và phún xạ ................................................. 27

1.6.1.

Kỹ thuật quang khắc ................................................................... 27

1.6.2.

Kỹ thuật phún xạ ........................................................................ 29

1.7.

Tổng quan về quét phổ tổng trở .......................................................... 30


ii

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................... 33
2.1.

Mục đích và quy trình thí nghiệm ....................................................... 33


2.3.3.

Đánh giá điện cực ....................................................................... 41

2.4.

Phủ polyme lên điện cực ..................................................................... 41

2.4.1.

Chuẩn bị mẫu.............................................................................. 41

2.4.2.

Phương pháp thực hiện ............................................................... 42

2.4.3.

Quy trình đánh giá pH ảnh hưởng đến polyme dẫn điện.............. 43

2.5.

Khảo sát tính chất điện của màng polyme ........................................... 43

2.5.1.

Khảo sát độ thay đổi điện trở của màng PANI - ES..................... 43

2.5.1.1. Hệ đo I –V .............................................................................. 43


Kết quả khảo sát tính chất điện của màng polyme ............................... 56

3.4.1.

Khảo sát độ thay đổi điện trở của màng PANI - ES..................... 56

3.4.2.

Khảo sát độ thay đổi tổng trở của màng PANI - ES .................... 63


iii

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG............................................................... 68
Tài liệu tham khảo ..................................................................................... 69
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN VĂN ............................................................................................. 71


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AC

Aternating Current

DC

Direct Current


Polyethyleneimine

PPP

Poly (para-phenylene)

PPPD

Poly (para-phenylene diamine)

PPV

Poly (phenylene vinylene)

PPy

Polypyrole

PTH

Polythiophene

UV – VIS

Ultraviolet - Visible spectrocopy


v


Hình 2.1. Quy trình thí nghiệm .................................................................................. 34
Hình 2.2. Điện cực dạng nan lược (kích thước theo đơn vị µm) ................................. 36
Hình.2.3.Mặt nạ crom ................................................................................................ 37
Hình 2.4. Quy trình chế tạo điện cực paltin ............................................................... 37
Hình 2.5. Hình ảnh wafer Si/SiO2 sau khi làm sạch ................................................... 39
Hình 2.6.Mô tả phủ màng bằng phương pháp nhỏ giọt .............................................. 42
Hình 2.7. Quy trình phủ polyme lên điện cực ............................................................. 42
Hình 2.8.Cấu tạo của Hệ đo I - V............................................................................... 44
Hình 3.1. Ảnh SEM của các điện cực sau khi chế tạo với các kích thước 30x30 (ảnh
(a), (b)), 40x40 (ảnh (c), (d)) 50x50 (ảnh (e), (f)). ...................................................... 47
Hình 3.2. Hình ảnh các điện cực platin ...................................................................... 48
Hình 3.3.Hình ảnh điện cực sau khi phủ màng PANI –ES .......................................... 48
Hình 3.4. Hình ảnh điện cực sau khi phủ polyme quan sát bằng kính hiển vi GX - 51 49


vi

Hình 3.5. Hình ảnh đo bề dày của màng PANI – ES .................................................. 50
Hình 3.6. Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-VIS)PANI – EB (nét đứt), PANI - ES 51
Hình 3.7. Quá trình pha tạp PANI – EB trở thành PANI – ES.................................... 52
Hình 3.8. Phổ FTIR của PANI - EB ........................................................................... 53
Hình 3.9. Phổ FTIR của PANI – ES ........................................................................... 54
Hình 3.10. Hình ảnh dung dịch PANI-ES và PANI-ES khử pha tạp sang PANI-EB ... 55
Hình 3.11. Sự thay đổi màu sắc khi nhỏ dung dịch đệm pH từ 3 tới 8 ........................ 55
Hình 3.12. Màu của dung dịch polyme chuyển sang màu xanh da trời bị khử pha tạp 55
Hình 3.13. Đặc tuyến I-V của điện cực có kích thước 30x20, 30x30, 40x30 và 40x50 57
Hình 3.14. Đặc tuyến I-V khi khử pha tạp màng PANI – ES điện cực có W x S 40x30,
30x20, 30x30 ............................................................................................................. 58
Hình 3.15. So sánh điện trở của các điện cực có kích thước WxS là 40x30, 40x50,
40x100 ....................................................................................................................... 59

[8] T.I.A. Lindfors, pH sensitivity of polyaniline and its substituted derivatives, JOURNAL
OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY, 531 (2002) 43-52.
[9] F. J.Kohlmann, What is pH, and How is it measured?, (2003).
[10] />[11] B. Lakard, G. Herlem, S. Lakard, R. Guyetant, B. Fahys, Potentiometric pH sensors
based on electrodeposited polymers, Polymer, 46 (2005) 12233-12239.
[12] A.A. Edric Gill 1, *, Khalil Arshak 2 and Olga Korostynska 2, pH Sensitivity of Novel
PANI/PVB/PS3 Composite Films, in, Molecular Diversity Preservation International, 2007.
[13] T.C.D. Doan, R. Ramaneti, J. Baggerman, J.F. van der Bent, A.T.M. Marcelis, H.D.
Tong, C.J.M. van Rijn, Carbon dioxide sensing with sulfonated polyaniline, Sensors and
Actuators B: Chemical, 168 (2012) 123-130.
[14] T.C.D. Doan, Conductive Polymer For Cacbon Dioxide Sensing, (2012).
[15] M. Wan, Conducting polymers with micro or nanometer structure, in, Tsinghua
University Press ; Springer, Beijing; Berlin, 2008.
[16] H. Sharma, Conducting Polymers: Polyaniline, Its state of the art and applications,
Master of technology, Thapar University, , (2006).
[17] T.V. Tân, Vật liệu tiên tiến từ polymer dẫn điện đến ống than nano, 2008.
[18] N. Gospodinova, L. Terlemezyan, Conducting polymers prepared by oxidative
polymerization: polyaniline, Progress in Polymer Science, 23 (1998) 1443-1484.
[19] R. Ansari, M.B. Keivani, Polyaniline Conducting Electroactive Polymers Thermal and
Environmental Stability Studies, E-Journal of Chemistry, 3 (2006) 202-217.
[20] E. Kang, Polyaniline: A polymer with many interesting intrinsic redox states, Progress in
Polymer Science Progress in Polymer Science, 23 (1998) 277-324.
[21] J.-C. Chiang, A.G. MacDiarmid, ‘Polyaniline’: Protonic acid doping of the emeraldine
form to the metallic regime, Synthetic Metals, 13 (1986) 193-205.
[22] A.G.B. S. M. Hassan, A.C Electrical Conductivity for Polyaniline Prepered in Different
Acidic Medium, INTERNATIONAL JOURNAL OF BASIC AND APPLIED SCIENCE, 02
,2301-4458, (2012).
[23] W. Vonau, J. Gabel, H. Jahn, Potentiometric all solid-state pH glass sensors,
Electrochimica Acta, 50 (2005) 4981-4987.