Cảm biến amoniac mềm dẻo siêu nhạy đầu tiên trên thế giới do các nhà khoa học Hàn Quốc phát triển
Bởi Hội đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ quốc gia
Cảm biến amoniac mềm dẻo và siêu nhạy đầu tiên trên thế giới dựa trên màng đồng bromua tổng hợp ở nhiệt độ thấp (CuBr), do nhóm nghiên cứu KIMS phát triển. Nguồn: Viện khoa học vật liệu Hàn Quốc (KIMS)
KIMS đã phát triển công nghệ cảm biến amoniac mềm dẻo và siêu nhạy đầu tiên trên thế giới, sử dụng màng đồng bromua tổng hợp ở nhiệt độ thấp.
Một nhóm nghiên cứu từ Ban nghiên cứu vật liệu năng lượng và môi trường tại Viện khoa học vật liệu Hàn Quốc (KIMS), do Tiến sĩ Jongwon Yoon, Tiến sĩ Jeongdae Kwon và Tiến sĩ Yonghoon Kim đứng đầu, đã phát triển cảm biến khí amoniac (NH₃) đầu tiên trên thế giới sử dụng màng đồng bromua (CuBr). Cảm biến này có thể được sản xuất thông qua quy trình dung dịch đơn giản, nhiệt độ thấp, đánh dấu bước tiến lớn trong công nghệ cảm biến.
Cảm biến CuBr mới mang lại một số lợi ích chính: linh hoạt, độ nhạy cao, độ chọn lọc cao và tiết kiệm chi phí sản xuất. Cảm biến amoniac rất quan trọng để phát hiện amoniac trong không khí trong nhiều ứng dụng, bao gồm giám sát môi trường, an toàn công nghiệp và chẩn đoán y tế. Điện trở của màng CuBr thay đổi đáng kể khi có amoniac, cho phép phát hiện ngay cả lượng khí rất nhỏ với độ chính xác cao.
Khắc phục những hạn chế thông thường
Trong các phương pháp thông thường, việc tạo màng đồng bromua (CuBr) cần thiết cho cảm biến đòi hỏi phải có quy trình chân không nhiệt độ cao trên 500°C. Điều này đặt ra những thách thức khi áp dụng nó vào các chất nền linh hoạt, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt và cũng dẫn đến chi phí sản xuất cao.
Minh họa sơ đồ quy trình tổng hợp màng đồng bromua (CuBr). Một tấm nano đồng hai chiều được hình thành trên chất nền, sau đó là quy trình dựa trên dung dịch để tổng hợp màng đồng bromua. Nguồn: Viện Khoa học Vật liệu Hàn Quốc (KIMS)
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật để tạo thành một tấm nano đồng hai chiều trên một chất nền ở nhiệt độ dưới 150°C mà không cần quy trình chân không. Sau đó, họ tổng hợp màng đồng bromua thông qua một quy trình dựa trên dung dịch đơn giản. Kết quả là, họ đã triển khai thành công một cảm biến khí amoniac trên một chất nền nhựa.
Độ nhạy và độ bền cao
Nghiên cứu này đã phát triển thành công một cảm biến có độ nhạy cao có khả năng phát hiện nồng độ amoniac thấp tới một phần triệu (ppm) bằng quy trình dựa trên dung dịch ở nhiệt độ thấp. Bước đột phá này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất và cung cấp các ứng dụng tiềm năng trong các cảm biến đeo được và các thiết bị y tế chẩn đoán. Hơn nữa, các thử nghiệm thực nghiệm liên quan đến hơn 1.000 chu kỳ uốn cong lặp lại đã xác nhận rằng cảm biến vẫn duy trì hiệu suất cao và hoạt động với chức năng ổn định.
Tiến sĩ Jongwon Yoon, nhà nghiên cứu chính, tuyên bố, “Cảm biến amoniac được phát triển thông qua nghiên cứu này có tiềm năng lớn để mở rộng thành các thiết bị linh hoạt và có thể đeo được. Nó có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ giám sát chất lượng không khí trong nhà đến quản lý sức khỏe cá nhân.” Ông nhấn mạnh thêm, “Đặc biệt, chúng tôi hy vọng rằng nó có thể được ứng dụng như một cảm biến chẩn đoán bệnh bằng cách gắn nó vào cơ thể con người để phân tích hơi thở thở ra.”
Tài liệu tham khảo: “Cảm biến khí NH3 linh hoạt được xử lý bằng dung dịch nhiệt độ thấp dựa trên màng CuBr xốp có nguồn gốc từ các tấm nano Cu 2D” của Juyoung Jin, Hyojin Bang, Seungyeon Kim, Hee Yun Yang, Sukang Bae, Seung Min Yu, Yonghun Kim, Jung-Dae Kwon, Hong Seung Kim, Tae-Wook Kim và Jongwon Yoon, ngày 4 tháng 3 năm 2025, Cảm biến và Bộ truyền động B: Hóa học.
DOI: 10.1016/j.snb.2025.137567
Nghiên cứu được tiến hành với sự hợp tác của Giáo sư Tae-Wook Kim từ Đại học Quốc gia Jeonbuk và Giáo sư Hong Seung Kim từ Đại học Hàng hải & Đại dương Hàn Quốc. Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Dự án TOP Toàn cầu của Hội đồng Nghiên cứu Khoa học & Công nghệ Quốc gia (NST), Chương trình Phát triển Công nghệ Vật liệu và Nano của Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc (NRF) và các dự án cơ bản của Viện Khoa học Vật liệu Hàn Quốc (KIMS).
