Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp

Phát hiện và báo động sự rò rỉ khí hydro (H2) là vấn đề cực kỳ quan trọng trong quá trình sử dụng. Trong

nghiên cứu này, chúng tôi đã xây dựng đường chuẩn nhiệt độ, công suất và khảo sát đặc tính nhạy khí H2

cho thiết bị đo dựa trên cơ sở cảm biến sử dụng màng mỏng nano SnO2 biến tính tính đảo xúc tác Pd. Dựa

trên điện áp đặt vào từ 0,5 đến 9 V, công suất tiêu thụ của lò vi nhiệt tăng 4 dến 665 mW sẽ tương ứng với

nhiệt độ cấp cho cảm biến từ 70,8°C đến 362,8°C. Công suất làm việc tối ưu của thiết bị cảm biến được tìm

thấy tại 180 mW, tại đây thiết bị cho độ nhạy 2,7 lần đối với 100 ppm H2. Kết quả khảo sát cho thấy thiết bị

đo khí này có thể đo được tới nồng độ 25 ppm H2. Thiết bị cho độ chọn lọc khí H2 cao hơn hẳn so với các

khí khác như CO và C2H5OH

Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp trang 1

Trang 1

Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp trang 2

Trang 2

Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp trang 3

Trang 3

Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp trang 4

Trang 4

Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp trang 5

Trang 5

pdf 5 trang viethung 4400
Bạn đang xem tài liệu "Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp

Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H₂ của thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 079-083 
79 
Xây dựng đường chuẩn và khảo sát đặc tính nhạy khí H2 của 
thiết bị cảm biến hoạt động ở công suất thấp 
Calibration Curve Building and Sensing Characteristics of 
Low Power Consumption H2 Gas Sensor 
Nguyễn Văn Toán*, Nguyễn Xuân Thái, Nguyễn Văn Duy, Chử Mạnh Hưng 
Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam 
Email: ntoan@itims.edu.vn; toan.nguyenvan2@hust.edu.vn 
Tóm tắt 
Phát hiện và báo động sự rò rỉ khí hydro (H2) là vấn đề cực kỳ quan trọng trong quá trình sử dụng. Trong 
nghiên cứu này, chúng tôi đã xây dựng đường chuẩn nhiệt độ, công suất và khảo sát đặc tính nhạy khí H2 
cho thiết bị đo dựa trên cơ sở cảm biến sử dụng màng mỏng nano SnO2 biến tính tính đảo xúc tác Pd. Dựa 
trên điện áp đặt vào từ 0,5 đến 9 V, công suất tiêu thụ của lò vi nhiệt tăng 4 dến 665 mW sẽ tương ứng với 
nhiệt độ cấp cho cảm biến từ 70,8°C đến 362,8°C. Công suất làm việc tối ưu của thiết bị cảm biến được tìm 
thấy tại 180 mW, tại đây thiết bị cho độ nhạy 2,7 lần đối với 100 ppm H2. Kết quả khảo sát cho thấy thiết bị 
đo khí này có thể đo được tới nồng độ 25 ppm H2. Thiết bị cho độ chọn lọc khí H2 cao hơn hẳn so với các 
khí khác như CO và C2H5OH 
Từ khóa: Màng mỏng SnO2/Pd, Cảm biến khí, Thiết bị đo khí H2 
Abstract 
Detection and alarm of hydrogen (H2) gas leakage is an extremely important issue. In this study, we have 
built temperature, power calibration curves of the H2-sensitive instrumentation using the sensor based on the 
SnO2 thin film decorated with catalytic Pd islands. Based on the applied voltage of 0.5 to 9 V, the power 
consumption of the micro-heater increased 4 to 665 mW, which corresponds to the temperature of the 
sensor ranging from 70.8°C to 362.8°C. The optimum working power of the sensor was found to be 
180 mW, in which the instrumentation showed the highest response of 2.7 times to 100 ppm H2. The 
findings show that this gas instrumentation can measure down to 25 ppm H2. The instrumentation showed a 
highest selectivity to H2 compared to other gases such as CO and C2H5OH. 
Keywords: SnO2/Pd thin film, gas sensors, H2 detection instrument 
1. Giới thiệu1 
Khí hydro (H2) có tiềm năng rất lớn trở thành 
một nguồn năng lượng xanh, sạch và năng lượng tái 
tạo để ứng dụng làm pin nhiên liệu cho các phương 
tiện vận tải như ô tô, máy phát điện, v.v [1]. Khí H2 là 
một chất khí nhẹ, không màu, không mùi, khó khăn 
trong việc lưu trữ và vận chuyển vì nó rất dễ cháy nổ 
và có thể rò rỉ dễ dàng từ các bình chứa nếu không 
được xử lý cẩn thận [2-4]. Vì vậy, việc phát hiện rò rỉ 
khí H2 đã trở thành một vấn đề hết sức quan trọng bởi 
việc rò rỉ khí H2 sẽ gây nên các tai nạn về cháy nổ, 
ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con người 
và tài sản. Do đó, đòi hỏi một lượng rất lớn cảm biến 
khí để phát hiện và báo động về sự rò rỉ của khí H2 
trong quá sản xuất, bảo quản, vận chuyển và sử dụng 
[5-7]. Có rất nhiều loại vật liệu ôxít kim loại bán dẫn 
như SnO2, TiO2, ZnO, WO3,dưới dạng dây nano, 
hạt nano, màng mỏng nano được sử dụng làm cảm 
biến đo khí, trong đó có khí hydro [8-10]. Nhiều 
nghiên cứu chỉ ra rằng, vật liệu màng mỏng có cấu 
ISSN: 2734-9381 
https://doi.org/10.51316/jst.149.etsd.2021.1.2.13 
Received: February 25, 2020; accepted: June 15, 2020 
trúc nano có rất nhiều tiềm năng để ứng dụng làm 
cảm biến khí. 
Màng mỏng nano có nhiều ưu điểm như dễ dàng 
tích hợp với công nghệ vi điện tử về mặt công nghệ, 
đơn giản trong việc chế tạo. Điều này rất thích hợp 
cho việc sản xuất hàng loạt để thương mại hóa các 
sản phẩm. Tác giả Shahabuddin và cộng sự đã công 
bố về cảm biến đo khí H2 dựa trên công nghệ chế tạo 
màng mỏng SnO2 bằng phương pháp phún xạ, sau đó 
biến tính với các vật liệu kim loại khác nhau để đo 
khí H2 [11]. Cũng dựa trên công nghệ in lưới tác giả 
Xie và cộng sự đã công bố chế tạo màng mỏng SiO2 
và vật liệu WO3 biến tính với các kim loại như Pd, Pt 
theo các tỷ lệ nồng độ khác nhau để cảm biến lọc khí 
với khí khác nhau như CO, NO, NO2 và H2 [12]. Sự 
tăng độ đáp ứng của khí H2 phụ thuộc vào các hoạt 
động xúc tác của các kim loại quý như Pd trên phân 
biên của H2 và ôxy phân tử hình thành trên vùng 
nghèo làm thay đổi độ dẫn của vật liệu [13]. Tác giả 
German và cộng sự đã tính toán mô phỏng sự hấp phụ 
của khí H2 trên bề mặt (110) của màng mỏng SnO2 
khi các nguyên tử Pd được thêm vào trên bề mặt làm 
chất xúc tác. Dựa trên kết quả nghiên cứu và tính 
toán, tác giả nhận thấy sự hấp phụ khí H2 khi có và 
không có nguyên tử Pd và Pdn thì có nguyên tử Pd và 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 079-083 
80 
Pdn là tốt hơn cả [14]. Phương pháp thông thường 
nhất để biến tính các vật liệu kim loại vào bán dẫn 
ôxít kim loại thuần làm xúc tác như pha tạp, biến tính 
và chức năng hóa bề mặt. Các phương pháp này được 
dễ dàng tiến hành đó là bằng phương pháp hóa học do 
các ion kim loại dễ dàng xảy ra trong phản ứng. Việc 
pha tạp mẫu khối hoặc trên bề mặt của kim loại chủ 
yếu sử dụng phương pháp ôxy hóa ướt. Ưu điểm của 
phương pháp này là đơn giản, giá thành rẻ. Tuy nhiên 
phương pháp này lại có nhược điểm là không kiểm 
soát được chiều dày màng và mật độ xúc tác của vật 
liệu pha tạp [5]. Gần đây, các phương pháp vật lý đã 
được sử dụng để pha tạp hay biến tính trên bề mặt của 
ôxít kim loại. Khi pha tạp thêm kim loại quý, các hạt 
nano kim loại quý sẽ làm tăng quá trình hấp thụ của 
các gốc oxy (O-, O2-, O2-,) trên bề mặt của vật liệu do 
hiệu ứng Spillover, dẫn tới sẽ làm tăng tính nhạy khí 
của vật liệu. Trong hiệu ứng spillover thì các kim loại 
quý đóng vai trò như các “cổng dẫn” “điểm tích cực” 
cho các gốc oxy đi qua hấp thụ vào vật liệu [4,13]. 
Bên cạnh đó, những kim loại xúc tác sẽ thay đổi trạng 
thái điện tử dẫn tới thay đổi chiều cao thế bề mặt, từ  ... cảm biến nên được tích hợp vào hệ 
thống đo cầm tay. Trong nghiên cứu này, chúng tôi 
tập trung vào việc xây dựng đường chuẩn công suất, 
nhiệt độ làm việc của cảm biến và khảo sát khả năng 
làm việc của thiết bị cảm biến với khí H2 tại công 
suất thấp dựa trên cơ sở màng mỏng Pd/SnO2 chế tạo 
bằng phương pháp phún xạ kết hợp với công nghệ vi 
điện tử. 
2. Thực nghiệm 
Trên cơ sở kết quả đo khảo sát đặc trưng nhạy 
khí H2 của màng mỏng SnO2/Pd (dày 10 nm) [13], 
chúng tôi đã thiết kế và chế tạo thiết bị đo khí H2 dựa 
trên nguyên lý đo sự thay đổi điện áp trên biến trở 
mắc nối tiếp với cảm biến: khi có sự thay đổi nồng độ 
khí thổi vào/ra thì điện trở của cảm biến sẽ thay đổi, 
từ đó điện áp rơi trên biến trở cũng thay đổi tương 
ứng. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo khí H2 được thể 
hiện trên Hình 1. Chíp cảm biến được kết nối với máy 
tính thông qua cổng kết nối USB để cấp nguồn 5V để 
cấp điện áp để gia nhiệt cho lò vi nhiệt cũng như điện 
áp của màng nhạy cảm biến hoạt động. Cũng thông 
qua cổng kết nối USB để lấy tín hiệu điện áp ra của 
cảm biến. Máy tính sẽ ghi số liệu vào ra của cảm biến 
và nồng độ khí cấp khi hoạt động. 
Việc khảo sát giá trị điện trở của lò vi nhiệt phụ 
thuộc vào điện áp và nhiệt độ của lò vi nhiệt phụ 
thuộc vào điện trở được chúng tôi tiến hành theo các 
bước sau: 
Bảng 1. Các thông số điện và nhiệt độ của lò vi nhiệt. 
Điện 
thế(V) 
Dòng 
điện(A) 
Điện 
trở(Ω) 
Công 
suất(W) 
Nhiệt 
độ(oC) 
0,5 0,008 61,35 0,004 70,804 
1,0 0,016 62,5 0,016 78,006 
1,5 0,023 64,655 0,035 89,04 
2,0 0,03 67,002 0,06 100,614 
2,5 0,036 70,126 0,089 115,613 
3,0 0,041 73,439 0,123 131,593 
3,5 0,045 77,093 0,159 149,044 
4,0 0,05 80,645 0,198 166,103 
4,5 0,053 84,666 0,239 185,374 
5,0 0,057 88,496 0,283 203,636 
5,5 0,059 92,671 0,326 223,624 
6,0 0,062 96,618 0,373 242,521 
6,5 0,065 100,775 0,419 262,409 
7,0 0,067 105,263 0,466 283,872 
7,5 0,069 109,489 0,514 304,081 
8,0 0,071 113,475 0,564 323,144 
8,5 0,072 117,729 0,614 343,479 
9,0 0,074 121,786 0,665 362,814 
Kết nối cổng
USB lấy nguồn
5 V và truyền tín
hiệu ra máy tính
1. Gia nhiệt cho lò: tăng từ 0 - điện áp đặt 
trong 1 phút
2. Cấp điện áp 5 V cho cảm biến.
3. Lấy điện áp ra biến trở phân áp 500 kΩ.
Cấp 
nguồn 
5 V
Truyền tín hiệu mã 
hóa điện áp ra của 
cảm biến
Ghi số liệu 
điện áp và 
nồng độ khí 
Nối máy tính
Máy tính
Chip ghép 
nối cổng USB
Chip 
điều khiển
cảm biến
Hình 1. Sơ đồ ghép nối hệ thống của thiết bị đo. 
Bước 1: Chuẩn nhiệt độ của cảm biến và điện trở của 
lò vi nhiệt. Từ việc đo điện trở của cảm biến ở các 
nhiệt độ khác nhau chúng tôi đưa ra được đường đặc 
tuyến giữa điện trở, nhiệt độ và công suất lò vi nhiệt 
của cảm biến như trên 
Bước 2: Cấp các điện áp khác nhau (từ 0,5 ÷ 9 V) và 
đo dòng điện chạy qua lò vi nhiệt qua đó tính được 
các giá trị điện trở. Dựa trên các giá trị điện trở này, 
xây dựng đường phụ thuộc nhiệt độ và công suất tiêu 
thụ của lò vi nhiệt vào điện áp và công suất tiêu thụ 
Hình 2. Từ các đặc tuyến ta thấy ứng với điện áp cấp 
cho lò vi nhiệt của cảm biến từ 0,5 ÷ 9 V thì nhiệt độ 
của lò vi nhiệt sẽ biến thiên từ 70 ÷ 362 oC và công 
suất tiêu thụ nhỏ hơn 700 mW. Chúng tôi khảo sát 
các đặc trưng đáp ứng cũng như độ đáp ứng khí của 
cảm biến trong vùng điện áp này. Theo thiết kế của 
loại cảm biến này thì nhiệt độ của lò vi nhiệt và nhiệt 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 079-083 
81 
độ trong vùng nhạy khí có sự sai khác nhau nhất định. 
Tuy nhiên khoảng cách từ lò vi nhiệt đến vùng nhạy 
khí chỉ khoảng 40 µm, nên sự sai khác về nhiệt độ 
giữa hai vùng này là không đáng kể. Chính vì vậy, 
nhiệt độ của lò vi nhiệt có thể coi là nhiệt độ hoạt 
động của cảm biến. Từ các đặc tuyến khảo sát chúng 
tôi đưa ra bảng thay đổi thông số dòng điện, điện trở 
và công suất theo điện thế đặt vào từ đóvà so sánh với 
nhiệt độ ngoài của lò vi nhiệt như được trình bày 
trong Bảng 1. 
Trên Hình 2 là sự phụ thuộc giữa nhiệt độ cấp 
nhiệt ngoài trong dải nhiệt độ từ 100°C – 362,8 °C và 
công suất cấp cho lò vi nhiệt trong giải từ 60 mW đến 
665 mW. Các giá trị nhiệt độ và công suất này ta thấy 
là tương đồng khi xét theo các giá trị điện trở tương 
ứng của lò vi nhiệt như trên Hình 2. Từ đó ta có thể 
dựa vào công suất tiêu thụ của lò vi nhiệt ta tính được 
nhiệt độ của lò vi nhiệt cấp cho cảm biến hoạt động 
[15]. 
3. Kết quả và thảo luận 
Khi đưa cảm biến lên mạch, sự thay đổi của điện 
trở cảm biến được chuyển thành sự biến thiên của 
điện áp rơi trên biến trở 100 kΩ mắc nối tiếp với cảm 
biến. Lúc này độ biến thiên điện áp ra được xác định 
theo công thức: Vout = Rv*5/(Rs+Rv), trong đó Vout, Rs, 
và Rv tương ứng là điện áp ra, điện trở cảm biến, và 
giá trị đặt của biến trở. Như vậy với sự có mặt của khí 
H2 trong môi trường dẫn tới sự tăng điện trở của cảm 
biến Rs sẽ cho kết quả là điện áp ra Vout giảm. Do vậy, 
độ đáp ứng của thiết bị cảm biến với khí H2 được tính 
dựa theo công thức S = Vin/Vout, trong đó Vin là điện áp 
cấp. 
Trên Hình 3(a) là kết quả đo nhạy khí theo công 
suất tiêu thụ trong giải công suất từ 150 – 270 mW, 
với các nồng độ 100 ppm khí H2 (nhiệt độ phòng, độ 
ẩm khoảng 80%). Ta thấy cảm biến đáp ứng tốt và 
duy trì ở các mức điện áp ra ổn định ứng với nồng độ 
khí đo. Những sự thay đổi điện áp ra này nếu được 
tiến hành xử lý và hiển thị sẽ cho ra các giá trị nồng 
độ khí thực tế đo được. Trên Hình 3(b) với công suất 
khác nhau trong dải từ 150 mW đến 270 mW, ta nhận 
thấy thiết bị cảm biến đạt độ đáp ứng với các giá trị 
2,6; 2,7; 2,6; 2,2 và 1,2 lần ứng với trá trị trong dải 
công suất từ 150 đến 270 mW. Thiết bị cảm biến cho 
độ đáp ứng cao nhất tại giá trị công suất 180 mW, độ 
đáp ứng của cảm biến đạt 2,7 lần. 
Thời gian đáp ứng (τres) và thời gian hồi phục 
(τrec) là những thông số quan trọng khác để đánh giá 
cảm biến khí. Thời gian đáp ứng được tính là thời 
gian để điện áp của cảm biến giảm đến 90% của giá 
trị điện áp ban đầu tính từ thời điểm đo khí H2. Thời 
gian hồi phục là thời gian để điện áp cảm biến trở về 
90% của giá trị điện áp ban đầu (trong môi trường 
không khí). Thời gian đáp ứng, hồi phục của cảm 
biến tùy thuộc vào công suất tiêu thụ của cảm biến. 
Thời gian đáp ứng cụ thể được tính toán với giá trị 
công suất là 270, 240, 210, 180 và 150 mW đạt giá trị 
8, 16, 49, 80 và 110 giây. Thời gian hồi phục là 53, 
65, 74, 96 và 180 giây tương ứng với công suất lần 
lượt là 270, 240, 210, 180 và 150 mW. 
Hình 2. Đường chuẩn nhiệt độ và công suất tiêu thụ 
phụ thuộc điện trở của lò vi nhiệt. 
(b)
Thời gian (s) 
Hình 3. Đặc trưng nhạy khí của thiết bị cảm biến 
SnO2/Pd phụ thuộc công suất theo thời gian (a) và độ 
đáp ứng khí theo công suất tại nồng độ 100 ppm khí 
H2 (b). 
Sau khi tìm được công suất làm việc tối ưu của 
thiết bị cảm biến tại công suất 180 mW, dựa trên điều 
kiện công suất này chúng tôi khảo sát đặc trưng nhạy 
khí H2 với các nồng độ khác nhau (25 – 1000 ppm) 
của thiết bị cảm biến như trên Hình 4. Ta nhận thấy 
thiết bị cảm biến cho độ đáp ứng và hồi phục tốt với 
các nồng độ khí khác nhau. Độ đáp ứng của thiết bị 
cảm biến giảm tuyến tính theo nồng độ khí cấp với 
các giá trị nồng độ là 1000; 500; 250; 100; 50 và 25 
ppm khí H2. 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 079-083 
82 
0 1000 2000 3000 4000
500
1000
1500
2000
2500
3000
@ 180 (mW)
25 ppm
50 ppm
100 ppm
250 ppm
500 ppm
1000 ppm
Hình 4. Đặc trưng đáp ứng khí H2 của thiết bị cảm 
biến SnO2/Pd theo nồng độ khí khác nhau tại công 
suất 180 mW. 
0 2000 4000
600
900
1200
1500
(a)
@ 180 mW
250ppm H2
250 ppm 
 CO 250 ppmC2H5OH
1
2
3
(b)
@ 180 mW
H2 CO C2H5OH 
250 ppm250 ppm
250 ppm
S
 (V
in
/V
ou
t)
Hình 5. Độ chọn lọc khí của thiết bị cảm biến 
SnO2/Pd theo các nồng khí khác nhau tại công suất 
180 mW (b). 
So sánh với một số cảm biến thương mại đo khí 
H2 có sẵn trên thị trường như MQ-8 của hãng 
Zhengzhou Winsen Electronics Technology CO., 
LTD thì công suất tiêu thụ của cảm biến xấp xỉ 
900 mW [16]. Cũng như mẫu MQ-8 của hãng 
HANWEI ELETRONICS CO.,LTD thì công suất tiêu 
thụ cho cảm biến xấp xỉ 800 mW [17]. Cảm biến đo 
khí H2 loại SGAS701 của hãng Integrated Device 
Technology, Inc thì công suất tiêu thụ của cảm biến 
là khoảng 600 mW [18]. Chúng tôi nhận thấy thiết bị 
cảm biến của chúng tôi chế tạo có công suất tiêu thụ 
cảm biến thấp hơn hẳn so với một số thiết bị đo có 
sẵn trên thị trường. Đây là một trong những điều rất 
có ý nghĩa nhằm giảm công suất tiêu thụ của thiết bị 
từ đó nâng cao khả năng ứng dụng trong các thiết bị 
đo cầm tay, thiết bị ứng dụng internet vạn vật kết nối. 
Độ chọn lọc cũng là một thông số quan trọng 
của thiết bị cảm biến khí. Do đó, chúng tôi khảo sát 
độ hồi đáp của thiết bị cảm biến với các khí khác 
nhau như H2 (250 ppm), CO (250 ppm) và C2H5OH 
(2500 ppm) tại công suất 180 mW. Độ đáp ứng như 
một hàm của nồng độ khí được chỉ ra trên Hình 5 (a). 
Ta nhận thấy rằng thiết bị cảm biến màng mỏng 
SnO2/Pd có thể đáp ứng với các loại khí khác nhau. 
Kết quả trên Hình 5(b) cho thấy độ nhạy của thiết bị 
cảm biến đạt giá trị 2,7 lần với nồng độ 250 ppm khí 
H2; 1,05 lần với giá trị 250 ppm khí C2H5OH và 1,13 
lần với 250 ppm khí CO. Điều này cho thấy thiết bị 
cảm biến có độ chọn lọc cao nhất đối với khí H2. 
4. Kết luận 
Thiết bị cảm biến nhạy khí H2 dựa trên màng 
mỏng SnO2/Pd đã được chế tạo thành công tại phòng 
thí nghiệm bằng cách sử dụng kỹ thuật vi điện tử. 
Trên cơ sở đó chúng tôi đã chế tạo và xây dựng được 
đường chuẩn của thiết bị đo khí H2 cầm tay trên cơ sở 
cảm biến SnO2/Pd chế tạo được. Kết quả cho thấy 
thiết bị cảm biến hoạt động ổn định, độ nhạy đạt xấp 
xỉ 8,67 lần ở nồng độ khí H2 là 1000 ppm. Cảm biến 
có công suất tiêu thụ nhỏ và đạt giá trị tốt nhất tại 
180 mW. Các điều kiện thay đổi như nồng độ khí, 
công suất tiêu thụ của cảm biến cũng được khảo sát. 
Thiết bị đo khí chế tạo được có thể phát hiện khí H2 ở 
nồng độ thấp đến cỡ 25 ppm với độ đáp ứng cao. Các 
cảm biến có độ chọn lọc tốt khi khảo sát với một số 
loại khí khác như H2, CO, và C2H5OH. Qua kết quả 
nghiên cứu cho thấy thiết bị đo cảm biến khí H2 trên 
cơ sở màng mỏng SnO2/Pd hoàn toàn có khả năng 
ứng dụng vào việc quan trắc môi trường cũng như 
phòng chống cháy nổ của khí H2 trong thực tế cuộc 
sống. 
Lời cảm ơn 
 Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại học 
Bách khoa Hà Nội trong đề tài mã số T2018-PC-073. 
Tài liệu tham khảo 
[1] L. Schlapbach, Technology: Hydrogen-fuelled 
vehicles., Nature, vol. 460, no. 7257, pp. 809–811, 
Aug. 2009, 
[2] H. Afgan and M. G. Carvalho, Sustainability 
assessment of a hybrid energy system, Energy Policy, 
vol. 36, no. 8, pp. 2893–2900, 2008. 
[3] K. Hacatoglu, I. Dincer, and M. a. Rosen, 
Sustainability assessment of a hybrid energy system 
with hydrogen-based storage, Int. J. Hydrogen 
Energy, vol. 40, no. 3, pp. 1559–1568, 2015, 
[4] Hübert, L. Boon-Brett, G. Black, and U. Banach, 
Hydrogen sensors – A review, Sensors Actuators B 
Chem., vol. 157, no. 2, pp. 329–352, Oct. 2011, 
 10.1016/j.snb.2011.04.070. 
[5] N. Yamazoe, New approaches for improving 
semiconductor gas sensors, Sensors Actuators B 
Chem., vol. 5, no. 1–4, pp. 7–19, Aug. 1991, 
 10.1016/0925-4005(91)80213-4 . 
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development 
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 079-083 
83 
[6] T. Seiyama, K. Fujiishi, M. Nagatani, and A. Kato, A
New Detector for Gaseous Components Using Zinc
Oxide Thin Films, J. Soc. Chem. Ind. Japan, vol. 66,
no. 5, pp. 652–655, 1963.
[7] S. Korea, Low-power micro gas sensor, vol. 33, pp.
147–150, 1996,
[8] A. Z. Adamyan, Z. N. Adamyan, and V. M.
Aroutiounian, Study of sensitivity and response
kinetics changes for SnO2 thin-film hydrogen sensors,
Int. J. Hydrogen Energy, vol. 34, no. 19, pp. 8438–
8443, Oct. 2009,
[9] H. S. Al-Salman and M. J. Abdullah, Hydrogen gas
sensing based on ZnO nanostructure prepared by RF-
sputtering on quartz and PET substrates, Sensors
Actuators B Chem., vol. 181, pp. 259–266, May.
2013,  10.1016/j.snb.2013.01.065.
[10] R. Godbole, V. Godbole, and S. Bhagwat, Palladium
enriched tungsten oxide thin films: an efficient gas
sensor for hazardous gases, Eur. Phys. J. B, vol. 92,
no. 4, Apr. 2019,
 10.1140/epjb/e2019-90622-0.
[11] M. Shahabuddin, A. Umar, M. Tomar, and V. Gupta,
Custom designed metal anchored SnO2 sensor for H2
detection, Int. J. Hydrogen Energy, vol. 42, no. 7, pp.
4597–4609,2017,
[12] F. Xie, W. Li, Q. Zhang, and S. Zhang, Highly
Sensitive and Selective CO/NO/H2/NO2 Gas Sensors
Using Noble Metal (Pt, Pd) Decorated MOx (M = Sn, 
W) Combined with SiO2 Membrane, IEEE Sens. J.,
vol. 19, no. 22, pp. 10674–10679, 2019,
 10.1109/jsen.2019.2929504.
[13] N. V. Toan, N. V. Chien, N. V. Duy, H. S. Hong, H.
Nguyen, N. D. Hoa, and N. V. Hieu, Fabrication of
highly sensitive and selective H2 gas sensor based on
SnO2 thin film sensitized with microsized Pd islands,
J. Hazard. Mater., vol. 301, pp. 433–442, 2016,
 10.1016/j.jhazmat.2015.09.013.
[14] E. German, C. Pistonesi, and V. Verdinelli, A DFT
study of H2 adsorption on Pdn/SnO2 (110) surfaces (n
= 1−10), Eur. Phys. J. B, vol. 92, no. 5, 2019,
 10.1140/epjb/e2019-90659-y.
[15] N. X. Thai, N. V. Duy, N. V. Toan, C. M. Hung, N.
V. Hieu, and N. D. Hoa, Effective monitoring and
classification of hydrogen and ammonia gases with a
bilayer Pt/SnO2 thin film sensor, Int. J. Hydrogen
Energy, vol. 45, no. 3, pp. 2418–2428, 2020,
 10.1016/j.ijhydene.2019.11.072.
[16] F. G. Sensor, Flammable Gas Sensor MQ-8,
Zhengzhou Winsen Electronics Technology CO.,
LTD, p. 7, 2014.
[17] B. Environment, Mq-8 Gas Sensor, Hanwei
Eletronics Co.,Ltd, 2014.
[18] Idt, Trace Hydrogen (H2) Sensor SGAS701
Datasheet, pp. 1–16, 2017.

File đính kèm:

  • pdfxay_dung_duong_chuan_va_khao_sat_dac_tinh_nhay_khi_h_cua_thi.pdf