วัสดุไฮบริดของซิงค์ออกไซด์กับโครงสร้างระดับนาโนคาร์บอนสําหรับ การตรวจวัด NO2 และ CO ที่อุณหภูมิห้อง

Abstract

ในงานวิจัยนี้ได้ทําการสังเคราะห์กราฟีนออกไซด์ (Graphene oxide, GO) และกราฟีนออกไซด์ที่เจือด้วยไนโตรเจน (Nitrogen-doped graphene oxide, NGO) ด้วยวิธีฮัมเมอร์ (Hummer method) GO และ NGO ที่สังเคราะห์ได้จะถูกนําไปไฮบริดกับซิงออกไซด์ (Zinc oxide, ZnO) ด้วยวิธี ไฮโดรเทอร์มอล (Hydrothermal) (อ้างอิงเป็น ZnO-GO และ ZnO-NGO ตามลําดับ) โดยที่สัณฐานวิทยา , โครงสร้างนาโน, หมู่ฟังก์ชัน องค์ประกอบธาตุ และโครงสร้างผลึกของตัวอย่างที่สังเคราะห์ได้จะถูก ตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning electron microscopy, SEM), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (Transmission electron microscopy, TEM), เครื่องอนุภาค อิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray photoelectron microscopy, XPS), เครื่องวิเคราะห์หา องค์ประกอบทางโครงสร้างเคมีของสารโดยใช้ความยาวคลื่นช่วงอินฟราเรด (Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR) และเครื่องวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray diffraction, XRD) ผล การวิเคราะห์ด้วย SEM และ TEM แสดงให้เห็นว่า GO ทีสังเคราะห์ได้มีโครงสร้างเป็นแผ่นย่น ในขณะ ที่ ZnO มีโครงสร้างเป็นชิ้นเล็ก ๆ ที่มีขนาด 465 ไมโครเมตร ที่กระจายตัวอย่างไร้ระเบียบบนแผ่น GO ผลการวิเคราะห์ด้วย XPS แสดงผลให้เห็นว่าปริมาณไนโตรเจนในตัวอย่าง NGO มีค่า 7.2 at% แก๊ส เซนเซอร์จาก ZnO-GO และ ZnO-NGO ทีสังเคราะห์ได้จะถูกนําไปตรวจวัดแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (Nitrogen dioxide, NO2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide, CO) ที่ความเข้มข้น 50-200 ใน พันล้านส่วน (parts per million, ppm) ที่อุณหภูมิห้องถึง 75 องศาเซลเซียส พบว่าค่าการตอบสนองของ ZnO-GO ต่อแก๊ส NO2 ที่ความเข้มข้น 100 ppm ที่อุณหภูมิห้อง, 50 และ 175 องศาเซลเซียส เท่ากับ 0.00 %, 11.11 % และ 49.71 % ตามลําดับ ในขณะที่ ZnO-NGO เท่ากับ 19.22 %, 81.74 % และ 92.73 % ตามลําดับ ค่าความต้านทานไฟฟ้าของเซนเซอร์ ZnO-GO และ ZnO-NGO มีค่าลดลงเมือสัมผัสกับแก๊ส NO2 ผลการลดลงของความต้านทานไฟฟ้า จากผลดังกล่าวคาดว่าวัสดุหลักที่เป็นตอบสนองแก๊สคือ GO และ N-GO ยิงไปกว่านั้น เซนเซอร์ ZnO-NGO มีค่าการตอบสนองที่สูงกว่าเซนเซอร์จาก ZnO เนื่องจากบริเวณความบกพร่องที่เกิดการเจือไนโตรเจนช่วยเพิมการดูดซับโมเลกุลแก๊สได้ดียิ่งขึ้นบน GO ส่งผลให้มีค่าการตอบสนองเพิ่มขึ้น ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าวัสดุไฮบริด ZnO-NGO ที่สังเคราะห์ได้มีคุณสมบัติที่เหมาะในการนําไปประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์แก๊สเซนเซอร์