Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .........................................................................................4
1.1. Cảm biến khí .........................................................................................................4
1.2. Các loại cảm biến điện hóa rắn .............................................................................6
1.2.1. Cảm biến điện hóa rắn kiểu dòng điện ...........................................................6
1.2.2. Cảm biến điện hóa rắn kiểu điện thế ..............................................................8
1.2.3. Cảm biến thế hỗn hợp (Mixed-potential gas sensor)....................................10
1.3. Vật liệu dẫn ion YSZ...........................................................................................11
1.4. Vật liệu nhạy khí - oxit nano kim loại ................................................................13
1.4.1. Giới thiệu về vật liệu nhạy khí nano ABO3..................................................14
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU.................17
2.1. Chế tạo cảm biến.................................................................................................17
2.1.1. Vật liệu dẫn ion YSZ ....................................................................................17
2.1.2. Vật liệu nhạy khí nano-oxit kim loại ............................................................18
2.2. Phân tích tính chất nhạy khí của cảm biến..........................................................22
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................24
3.1. Đánh giá đặc trưng dẫn ion của vật liệu YSZ .....................................................24
3.2. Cấu trúc các lớp của cảm biến ............................................................................27
3.3. Tính chất nhạy khí của cảm biến Pt/YSZ/LaNiO3 và Pt/YSZ/LaNiO3-SmFeO328
3.3.1. Đáp ứng cảm biến trong khí NOx .................................................................29
3.3.2. Đáp ứng cảm biến trong khí HC (C3H8 và C6H14)........................................33
3.3.3. Đáp ứng cảm biến trong khí CO...................................................................35
3.4. So sánh tính chất nhạy khí của các cảm biến điện hóa rắn Pt/YSZ/LaNiO3 và
Pt/YSZ/LaNiO3-SmFeO3 ...........................................................................................36
KẾT LUẬN ......................................................................................................................
MỞ ĐẦU
Trong các quá trình đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ cao, việc thừa khí oxy có thể
sẽ tạo ra các khí độc như là NOx (bao gồm NO2 và NO) do oxy sẽ phản ứng với Nitơ
(ở nhiệt độ cao), nếu thiếu khí oxy sẽ gây lãng phí nhiên liệu (không cháy hết) hoặc
tạo ra các sản phẩm chứa các khí như: CO, HC. Các khí thải kể trên là rất độc hại đối
với sức khoẻ con người và gây ô nhiễm môi trường chỉ với nồng độ rất nhỏ cỡ vài
chục pPhần mềm (1pPhần mềm = 1/106). Vì vậy, việc khống chế, kiểm soát, phát hiện và phân tích
nồng độ các khí này là rất quan trọng. Nó sẽ giúp ta xác định được nồng độ khí độc hại
có trong không khí từ đó có thể đưa ra được các biện pháp xử lý, đặc biệt là kiểm soát
được quá trình đốt cháy nhiên liệu để giảm thiểu các nguồn phát thải này.
Với nồng độ khí trong khí thải (khoảng 0÷1000 ppm) trong vùng nhiệt độ cao
có thể lên tới 1000 oC, loại cảm biến khí được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất là
cảm biến điện hóa dựa trên chất điện ly rắn của oxit kim loại. Do đây là loại cảm biến
có độ ổn định tốt, độ chọn lọc cao và hoạt động trực tiếp được trong môi trường khắc
nhiệt. Lambda là loại cảm biến điện hóa rắn đầu tiên đã được thương mại hóa chủ yếu
trong ngành công nghiệp ôtô, với cấu hình Pt/YSZ (ZrO2 + Y2O3)/Pt để điều khiển trực
tiếp nồng độ khí oxy trong quá trình đốt cháy nhiên liệu [49, 36, 40]. Tuy nhiên trên
thực tế, đối với một hệ thống phân tích và kiểm soát các quá trình đốt cháy nhiên liệu
hiện đại thì chỉ một loại cảm biến oxy là chưa đủ mà cần có sự kết hợp của nhiều
loại cảm biến khí lại với nhau trong cùng một hệ thống đo đạc và điều khiển. Do đó,
cảm biến điện hoá rắn cho phát hiện các khí như NOx, HC, CO, và CO2 cũng được
quan tâm đặc biệt. Các loại cảm biến điện hóa rắn cho từng loại khí thải như NOx, HC,
CO, và CO2 đã được nghiên cứu phát triển dựa trên cảm biến Lambda bằng cách thay
thế hay phủ thêm lên trên một điện cực Pt bằng 1 điện cực nhạy khí oxit kim loại với
cấu hình dạng Pt/YSZ/(oxit kim loại).
Trên thế giới, cảm biến điện hóa rắn đã được nghiên cứu và ứng dụng từ lâu
nhưng hiện nay vẫn đang thu hút được sự quan tâm từ các phòng thí nghiệm cũng như
các hãng công nghiệp. Ngoài ra, các cảm biến điện hóa rắn cho các khí NOx, HC và
CO hiện được nghiên cứu mạnh mẽ. Ở Việt Nam, theo như hiểu biết của tôi, lĩnh vực
này vẫn còn rất hạn chế. Ví dụ có thể kể ra đó là: Viện vật lý kỹ thuật - Đại Học Bách
Khoa Hà Nội, cảm biến được nghiên cứu ở đây là CO2 trên cơ sở chất điện ly rắn
NASICON (hợp chất oxit Na-Zr-Si-P-O12) [3]. Những năm gần đây, Phòng cảm biến
và thiết bị đo khí - Viện Khoa học Vật liệu, đã bắt đầu định hướng và thử nghiệm
nghiên cứu cảm biến điện hóa rắn cho phân tích khí thải. Với một số đề tài đã và đang
thực hiện như: đề tài Phòng thí nghiệm trọng điểm “Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí
NO
x điện hóa rắn trên cơ sở chất điện ly YSZ” - mã số: CSTĐ01.12, và đề tài thuộc
quỹ Nafosted “Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí điện hóa trên cơ sở chất điện ly rắn
YSZ”. Bước đầu, chúng tui đã nghiên cứu chế tạo thử nghiệm chất điện ly rắn YSZ và
một số oxit đa kim loại perovskite định hướng cho nghiên cứu cảm biến điện hóa rắn
cho khí thải với một số kết quả ban đầu đã được công bố [4, 2].
Trên những cơ sở đã trình bày trên, tui đã lựa chọn vấn đề nghiên cứu của luận
văn là: “Cảm biến điện hóa rắn trên cơ sở chất điện ly rắn YSZ và điện cực nhạy
khí nano - oxit kim loại”.
Ý tƣởng của luận văn:
Yêu cầu quan trọng nhất đối với vật liệu được sử dụng làm điện cực nhạy khí
trong cảm biến điện hóa rắn đó là: phải có độ dẫn điện tốt, thứ hai là có độ nhạy khí
cao. Từ những yêu cầu trên, tui đã lựa chọn oxit đa kim loại perovskite làm vật liệu
nhạy khí do đây là vật liệu có những tính chất đặc biệt như: tính bền nhiệt cao, có khả
năng điều khiển được về độ dẫn điện và tính chất tương tác với khí oxy hóa/khử. Do
đó, các tham số này sẽ là ưu điểm cho thiết kế chế tạo cảm biến khí hoạt động ở nhiệt
độ cao [1]. Vì vậy, các vật liệu này có thể được sử dụng làm điện cực để thay thế cho
điện cực Pt.
Từ đây ý tưởng của luận văn được đưa ra:
Một là, sử dụng vật liệu oxit đa kim loại perovskite LaNiO3 có độ dẫn điện tốt làm
điện cực nhạy khí để thay thế cho một điện cực Pt tạo thành cấu hình cảm biến
Pt/YSZ/LaNiO3. Do LaNiO3 là vật liệu có độ dẫn điện cao [1], đặc biệt có độ bền nhiệt
tốt và nó còn có khả năng tương tác thuận nghịch với khí oxy hóa/khử.
Ngoài ra, dựa trên một số kết quả đã thực hiện tại Phòng “Cảm biến và Thiết bị đo
khí” [2] và một số công trình đã công bố trên thế giới [32, 33], cảm biến điện hóa rắn
Pt/YSZ/Pt-SmFeO3 cho độ nhạy cao với khí NOx và HC tuy nhiên độ ổn định của cảm
biến này là không tốt có thể do SmFeO3 là vật liệu có độ dẫn điện kém. Vì thế, để cải
thiện các đặc tính của cảm biến, tui sẽ sử dụng vật liệu LaNiO3 có độ dẫn điện tốt làm
lớp điện cực đệm ở bên dưới điện cực nhạy khí SmFeO3 để tạo thành cấu hình cảm
biến Pt/YSZ/LaNiO3-SmFeO3.
Mục tiêu:
Trong luận văn này, tui sẽ sử dụng hai cấu hình cảm biến Pt/YSZ/LaNiO3 và
Pt/YSZ/LaNiO3-SmFeO3 để đánh giá, nghiên cứu đặc trưng nhạy khí thải, từ đó đánh
giá ảnh hưởng của kim loại điện cực đến độ chọn lọc, độ nhạy và độ ổn định với các
khí thải NO
x, HC và CO.
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu đặc trưng của lớp YSZ trong cảm biến điện hóa rắn về tính dẫn ion
qua phép đo phổ tổng trở.
- Chế tạo cảm biến điện hóa rắn dựa trên các nano-oxit đa kim loại perovskite với
cấu trúc Pt/YSZ/LaNiO3 và Pt/YSZ/LaNiO3-SmFeO3.
- Nghiên cứu tính chất nhạy khí đối với một số khí thải thông dụng (NOx, CO, và
khí HC) của cảm biến điện họa rắn Pt/YSZ/LaNiO3 và Pt/YSZ/LaNiO3-
SmFeO3 đã chế tạo.
Bố cục của luận văn:
- Mở đầu
- Chương I: Tổng quan.
- Chương II: Các phương pháp thực nghiệm và nghiên cứu.
- Chương III: Kết quả và thảo luận.
- Kết luận.
/file/d/0B7oUCI ... sp=sharing
