วัสดุไฮบริดของซิงค์ออกไซด์กับโครงสร้างระดับนาโนคาร์บอนสําหรับ การตรวจวัด NO2 และ CO ที่อุณหภูมิห้อง

Abstract

ในงานวิจัยนี้ได้ทําการสังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotubes, CNTs) ด้วยเทคนิค การเคลือบไอระเหยทางเคมี (Chemical vapor deposition, CVD) ที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส ภายใต้ความดันสุญญากาศ โดยใช้เอทานอลและแอมโมเนียมเฟอริ (III) ซิเตรด เป็นแหล่งกําเนิดคาร์บอนและโลหะคะตะลิสต์ ตามลําดับ เพื่อที่จะกําจัดคาร์บอนอสัณฐานและโลหะคะตะลิสต์ที่เหลือ CNTs ที่ สังเคราะห์ได้จะถูกนําไปทําให้บริสุทธิด้วยการกัดด้วยกรดและความร้อนตามลําดับ CNTs ที่ผ่านการทํา ให้บริสุทธิจะถูกนําไปไฮบริดกับอนุภาคนาโนซิงออกไซด์ (Zinc oxide nanoparticles, ZnO NPs) ใน สารละลายเอทานอลและโซเดียม ไฮดรอกไซด์ด้วยวิธีปันกวนที่อุณหภูมิห้อง (อ้างอิงเป็น ZnO-CNTs) สัณฐานวิทยา, โครงสร้างนาโน, องค์ประกอบ, ความสมบูรณ์ และความเป็นผลึกของ CNTs และ ZnOCNTs ที่สังเคราะห์ได้จะถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning electron microscopy, SEM), เครื่องวิเคราะห์ธาตุเชิงพลังงานด้วยเอกซเรย์ (Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (Transmission electron microscopy, TEM) และรามานสเปคโทรสโกปี (Raman spectroscopy) ผลการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ อิเล็กตรอนแบบส่องกราด, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน และรามานสเปกโทรสโกปีแสดง ให้เห็นว่า CNTs ที่สังเคราะห์ได้มีโครงสร้างแบบผนังคู่ (Double-walled carbon nanotubes, DWCNTs) ZnO NPs ถูกติดสําเร็จกับผนังท่อของ DWCNTs ซึ่งยืนยันได้ด้วยการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน และเครื่องวิเคราะห์ธาตุเชิงพลังงานด้วยเอกซเรย์ CNTs และ ZnO-CNTs ที่สังเคราะห์ได้จะถูกนําไปตรวจวัดแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (Nitrogen dioxide, NO2) ที่ความเข้มข้น 50-200 ในพันล้านส่วน (parts per million, ppm) ที่อุณหภูมิห้องถึง 100 องศาเซลเซียส พบว่าค่าการตอบสนองของ CNTs ต่อแก๊ส NO2 ที่ความเข้มข้น 100 ppm ที่อุณหภูมิห้อง, 75 และ 100 องศาเซลเซียส เท่ากับ 44.28%, 48.15% และ 38.88% ตามลําดับ ในขณะที ZnO-CNTs เท่ากับ 25.62%, 33.92% และ 31.13% ตามลําดับ ค่าการตอบสนอง ของ ZnO-CNTs มีค่าตํ่ากว่า CNTs สาเหตุคาดว่ามาจาก ZnO NPs ที่ยึดเกาะบนผนังท่อของ DWCNTs ทําให้มีพื้นที่สําหรับการดูดซับแก๊สลดลงเป็นผลทําให้มีค่าการตอบสนองที่ต่ำลง ค่าความต้านทานไฟฟ้าของเซนเซอร์ DWCNTs และ ZnO/DWCNTs มีค่าลดลงเมื่อสัมผัสกับแก๊ส NO2 เป็นหลักฐานแสดงให้เห็นว่าวัสดุไฮบริดแสดงคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนําชนิดพี ผลดังกล่าวแสดงให้เห็นด้วยว่าวัสดุหลักที่เป็นตอบสนองแก๊สคือ DWCNTs