Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận án tóm tắt ngành vật liệu điện tử với đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu ống nanô cácbon định hướng và vật liệu graphene nhằm ứng dụng trong cảm biến sinh học, cho các bạn tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

CAO THỊ THANH
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU ỐNG NANÔ
CÁCBON ĐỊNH HƯỚNG VÀ VẬT LIỆU GRAPHENE
NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC
Chuyên ngành : Vật liệu điện tử
Mã số : 62.44.01.23
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
HÀ NỘI - 2018

2. Luận án được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm trọng điểm về
Vật liệu và Linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Trần Đại Lâm
2. TS. Nguyễn Văn Chúc
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Học viện, họp viện Học viện Khoa học và Công nghệ-Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi...giờ...,
ngày......tháng...... năm 2018
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Viện Khoa học vật liệu

3. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Với các tính chất độc đáo có một không hai như: diện tích bề mặt lớn,
dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ bền cơ học cao, độ linh động điện tử lớn, bền
về mặt hóa học khi hoạt động trong môi trường dung dịch và độ tương
thích sinh học cao… vật liệu ống nanô cácbon (CNTs) và graphene đã và
đang mở ra nhiều triển vọng ứng dụng mới trong lĩnh vực điện tử, năng
lượng và đặc biệt là trong chế tạo cảm biến sinh học có kích thước siêu
nhỏ. Trong đó, cảm biến dựa trên cấu hình transistor hiệu ứng trường
(FET) và đặc biệt là transistor hiệu ứng trường có điện cực cổng nằm
trong dung dịch (ISFET) sử dụng vật liệu CNTs/graphene cho thấy có độ
nhạy cao, thời gian đáp ứng nhanh và giới hạn phát hiện thấp. Điều này là
do vật liệu CNTs/graphene trong cảm biến được tiếp xúc trực tiếp với
chất cần phân tích và có thể chuyển đổi một cách trực tiếp các phản ứng
sinh học trên bề mặt điện cực thành tín hiệu điện. Vì thế, chỉ cần một sự
thay đổi nhỏ của chất cần phân tích cũng có thể được phát hiện. Một số
cảm loại cảm biến sinh học dựa trên cấu hình FET và ISFET sử dụng vật
liệu CNTs và vật liệu graphene đã được đưa ra trong phát hiện một số
chất như glucose, DNA, atrazine, vi khuẩn E.coli,.v..v...
Để nâng cao tiềm năng ứng dụng của vật liệu CNTs và vật liệu
graphene mà đặc biệt là trong ứng dụng chế tạo cảm biến sinh học thì
trước hết cần phải kiểm soát được mật độ, độ định hướng, độ sai hỏng, độ
sạch của CNTs cũng như kiểm soát được số lớp, độ đồng đều của màng
graphene. Đây cũng chính là một trong những thách thức lớn đối với
nhiều nhóm nghiên cứu trong và ngoài nước. Với những lý do trên, chúng
tôi đã lựa chọn đề tài: ”Nghiên cứu chế tạo vật liệu ống nanô cácbon
định hướng và vật liệu graphene nhằm ứng dụng trong cảm biến sinh
học”

4. 2
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
i) Tìm hiểu về vật liệu CNTs định hướng và graphene: sự hình thành,
cơ chế tổng hợp, phương pháp chế tạo, đặc trưng tính chất và ứng dụng.
ii) Tối ưu hóa điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu CNTs định hướng
và graphene có chất lượng cao bằng phương pháp CVD nhiệt.
iii) Thử nghiệm ứng dụng vật liệu graphene trong cảm biến sinh học
cấu hình ISFET để phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật atrazine.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
i) Nghiên cứu chế tạo vật liệu CNTs định hướng vuông góc (VA-
CNTs) và định hướng nằm ngang (HA-CNTs) trên bề mặt đế Si bằng
phương pháp CVD nhiệt và khảo sát các tham số/yếu tố ảnh hưởng đến
cấu trúc, tính chất và chất lượng của vật liệu CNTs định hướng trong quá
trình chế tạo như vật liệu xúc tác, khí nguồn xúc tác, nhiệt độ và lưu
lượng khí nguồn xúc tác.
ii) Nghiên cứu chế tạo vật liệu graphene bằng phương pháp CVD
nhiệt và khảo sát các tham số ảnh hưởng tới chất lượng của vật liệu
graphene trong quá trình chế tạo như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng khí
nguồn xúc tác và hình thái bề mặt của vật liệu xúc tác.
iii) Chế tạo transistor hiệu ứng trường trên cơ sở vật liệu graphene và
ứng dụng của transistor hiệu ứng trường trong chế tạo cảm biến sinh học
nhằm phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật atrazine.
4. Bố cục của luận án: Luận án gồm 145 trang, bao gồm: mở đầu, 4
chương nội dung và kết luận chung. Các kết quả nghiên cứu của luận án
được công bố trong 10 công trình khoa học, bao gồm 07 bài báo trên các
tạp chí quốc tế (ISI), 02 bài báo trên trên các tạp chí trong nước và 01 bài
báo cáo tại Hội nghị chuyên ngành quốc tế.

5. 3
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ỐNG NANÔ CÁC BON
Trong chương này sẽ trình bày tổng quan những kiến thức cơ bản liên
quan đến vật liệu CNTs, vật liệu graphene như: cấu trúc, tính chất, các
phương pháp chế tạo vật liệu, cơ chế hình thành, phát triển của vật liệu,
các phương pháp phân tích, đánh giá vật liệu và một số ứng dụng của vật
liệu. Chương này cũng trình bày những kiến thức cơ bản liên quan đến
cảm biến sinh học, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như cơ chế phát
hiện của cảm biến sinh học trên cơ sở transistor hiệu ứng trường sử dụng
vật liệu graphene trong phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật
atrazine.
CHƯƠNG 2:
CHẾ TẠO VẬT LIỆU ỐNG NANÔ CÁCBON ĐỊNH HƯỚNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP CVD NHIỆT
2.1. Hệ thiết bị CVD nhiệt trong chế tạo vật liệu CNTs định hướng
Hệ CVD nhiệt được sử dụng
trong chế tạo vật liệu CNTs
định hướng bao gồm 03 bộ
phận chính sau: lò nhiệt, buồng
phản ứng và bộ điều khiển lưu
lượng khí, như được mô tả
trong hình 2.1.
2.2. Chế tạo vật liệu VA-
CNTs bằng phương pháp
CVD nhiệt
2.2.1. Chuẩn bị đế và vật liệu xúc tác
Đế Silicon với lớp SiO2 dày cỡ 90 nm được sử dụng để lắng đọng hạt
xúc tác. Đế được cắt thành các miếng nhỏ có kích thước 5 mm  5 mm
Hình 2.1. Ảnh chụp hệ CVD nhiệt
được lắp đặt tại Phòng Vật liệu
cácbon nanô, Viện Khoa học vật liệu.

6. 4
và được làm sạch trước khi phủ xúc tác lên trên bề mặt.
Vật liệu xúc tác được chúng tôi sử dụng để chế tạo vật liệu VA-CNTs
là các hạt nanô cobalt ferrit (CoxFeyO4) được tổng hợp bằng phương
pháp phân hủy nhiệt như được liệt kê trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Các mẫu hạt xúc tác cobalt ferrit được sử dụng để chế tạo vật
liệu VA-CNTs.
2.2.2. Quy trình chế tạo vật liệu VA-CNTs
Quy trình và các
bước chế tạo vật liệu
VA-CNTs bằng
phương pháp CVD
nhiệt được chia thành
6 giai đoạn như mô tả
trong hình 2.4.
2.2.3. Kết quả chế tạo vật liệu VA-CNTs
2.2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch xúc tác
Để tìm được nồng độ dung dịch xúc tác thích hợp cho quá trình chế
chế tạo vật liệu VA-CNTs, chúng tôi tiến hành khảo sát hai mẫu xúc tác
Fe3O4 (M1) và CoFe1,5O4 (M3) được phân tán trong dung môi n-hexan
với các nồng độ khác nhau 0,01 g.mL−1
, 0,026 g.mL−1
, 0,033 g.mL−1
và
0,04 g.mL−1
. Các kết quả khảo sát cho thấy chiều dài, mật độ và tốc độ
Kí hiệu
mẫu
Công thức
hóa học
Tỉ lệ thành phần
Đường kính
(nm)
M1 Fe3O4 Co2+
:Fe3+
= 0:3 8,3 ± 0,6
M2 CoFe2O4 Co2+:Fe3+ = 1:2 6,3 ± 0,5
M3 CoFe1,5O4 Co2+:Fe3+ = 1:1,5 5,7 ± 0,5
M4 CoFeO4 Co2+
:Fe3+
= 1:1 4,9 ± 0,5
Hình 2.4: Quy trình chế tạo vật liệu VA-
CNTs bằng phương pháp CVD nhiệt.

7. 5
mọc của vật liệu VA-
CNTs phụ thuộc nhiều
vào nồng độ của dung
dịch xúc tác (hình 2.6).
Với hai mẫu xúc tác
Fe3O4 và CoFe1,5O4 thì
nồng độ dung dịch tối
ưu cho việc tổng hợp
vật liệu VA-CNTs chất
lượng tốt nhất tương
ứng là 0,026 g.mL-1
và
0,033 g.mL-1.
2.2.3.2. Ảnh hưởng của hơi nước
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành mọc và so sánh hai
mẫu VA-CNTs trong hai trường hợp không có hơi nước và có hơi nước
trong quá trình CVD sử dụng mẫu xúc tác Fe3O4 (M1) với nồng độ 0,026
g.mL-1
trong cùng một điều kiện CVD: ở 750o
C, tỉ lệ lưu lượng khí
nguồn Ar/H2/C2H2 = 300/100/30sccm, thời gian CVD 30 phút. Hơi nước
được đưa thêm vào quá trình CVD bằng cách đưa khí Ar (60 sccm) thổi
qua một bình chứa nước trước khi được đưa vào lò. Kết quả chụp SEM
(hình 2.7) cho thấy, việc thêm thành phần hơi nước vào trong quá trình
CVD đã làm thay đổi đáng kể về chiều dài, đường kính và tốc độ mọc
của CNTs. Chiều dài của CNTs đã tăng lên từ 6,5 µm trường hợp không
có hơi nước lên tới 40,5 µm trong trường hợp có hơi nước (ứng với tốc
độ mọc của CNTs tăng từ 200 nm/phút lên 1330 nm/phút). Đồng thời,
mật độ của CNTs cũng tăng lên và CNTs trở nên thẳng, đồng đều hơn
khi có thêm hơi nước trong quá trình CVD. Hình 2.8 là ảnh TEM của hai
mẫu VA-CNTs được tổng hợp trong trường hợp không có hơi nước
(hình 2.8a) và có hơi nước với lưu lượng 60 sccm trong quá trình CVD
Hình 2.6: Ảnh SEM của VA-CNTs được mọc
từ các mẫu xúc tác Fe3O4 và CoFe1,5O4 với
nồng độ dung dịch khác nhau.

8. 6
Hình 2.7. Ảnh SEM và đồ thị phân bố đường kính
của VA-CNTs được mọc từ mẫu xúc tác Fe3O4
(M1) 0,026 g.mL-1
trong hai trường hợp: a)
không có hơi nước và b) có hơi nước
Hình 2.8: Ảnh TEM của hai mẫu VA-CNTs được
tổng hợp với cùng điều kiện CVD trong hai trường
hợp: a) không có hơi nước, b) có hơi nước
(hình 2.8b). Kết
quả ảnh TEM cho
thấy, với mẫu
CNTs mọc trong
trường hợp không
có hơi nước có
nhiều
cácbon vô định
hình và sai hỏng về
mặt cấu trúc.
CNTs được hình
thành có cấu trúc
dạng bamboo (có
các đốt như cây
tre), đây là một cấu
trúc sai hỏng mạng
không mong muốn.
Còn trong trường
hợp mọc có hơi
nước, các sợi
CNTs có cấu lỗ
rỗng, thẳng, thành
ống mỏng, đường kính nhỏ và đồng đều. Kết quả phân tích phổ tán xạ
Raman cũng cho thấy, mẫu CNTs tổng hợp trong điều kiện có thêm
thành phần hơi nước cho chất lượng tốt hơn so với mẫu CNTs tổng hợp
khi không có hơi nước.
Đồng thời, chúng tôi cũng tiến hành khảo sát ảnh hưởng của lưu
lượng hơi nước đưa vào tới quá trình mọc vật liệu VA-CNTs với mẫu
xúc tác CoFe1,5O4 (M3) 0,033 g.mL-1
trong cùng một điều kiện CVD với

9. 7
lượng nước đưa vào
khác nhau: 20 sccm,
40 sccm, 60 sccm
và 80 sccm. Các kết
quả chụp SEM
(hình 2.10) cho
thấy, khi lưu lượng
hơi nước đưa vào là
60 sccm thì CNTs
đạt được có chiều
dài, mật độ và độ
định hướng là tốt
nhất.
2.2.3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ thành phần kim loại xúc tác
Trong phần này, chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu VA-CNTs trên
04 mẫu hạt xúc tác cobalt ferrit M1, M2, M3, M4 với tỉ lệ thành phần tiền
chất Co2+
:Fe3+
= x : y khác nhau, với cùng nồng độ 0,033 g.mL-1
và trong
cùng một điều kiện CVD. Kết quả chụp SEM (hình 2.12) cho thấy, việc
cho thêm thành phần Co2+ vào trong hỗn hợp kim loại xúc tác có vai trò
rất tốt trong việc nâng cao tốc độ mọc, chiều dài, mật độ hay sản lượng
của thảm vật liệu VA-CNTs. Chiều cao lớn nhất của thảm VA-CNTs đạt
được là 128,3 ± 5.5 µm trên mẫu xúc tác M3 với tỉ lệ thành phần Co2+:
Fe3+
= 1:1,5 (tương ứng với tỉ lệ thành phần Co2+
được thêm vào là 40%)
cao hơn rất nhiều so với trường hợp mẫu xúc tác không có thành phần
Co2+ (M1) và mật độ CNTs được mọc trên mẫu xúc tác M3 cũng cao hơn
nhiều so với các mẫu VA-CNTs khác. Điều này được giải thích là do sự
khác nhau về các tính chất vật lý như nhiệt độ chuyển pha, nhiệt độ nóng
chảy, độ linh động.v.v...của hai kim loại Co và Fe, làm cho các hạt kim
loại được tách nhau ra, giảm được hiện tượng khuếch tán và kết tụ các hạt
a) b
)
c
)
d
)
Hình 2.10: Ảnh SEM của các mẫu VA-CNTs
được tổng hợp sử dụng mẫu xúc tác CoFe1,5O4
(M1) 0,033 g.mL-1
trong cùng một điều kiện
CVD với lưu lượng hơi nước đưa vào khác nhau.

10. 8
xúc tác nhỏ thành các
đám hạt xúc tác có
kích thước lớn hơn ở
nhiệt độ cao trong
điều kiện CVD và
điều này giúp cho
quá trình hình thành
và phát triển của vật
liệu VA-CNTs được
thuận lợi. Tuy nhiên,
nếu thêm quá nhiều
thành phần Co2+,
đồng nghĩa với việc
giảm tỉ lệ thành phần
của Fe3+, thì chiều cao và mật độ của CNTs giảm (hình 2.12d), làm giảm
sản lượng của vật liệu VA-CNTs.
2.3. Chế tạo vật liệu HA-CNTs bằng phương pháp CVD nhiệt
2.3.1. Chuẩn bị đế và vật liệu xúc tác
Đế silicon với
lớp SiO2 dày 90 nm
được sử dụng để
chế tạo vật liệu
HA-CNTs. Vật liệu
tiền xúc tác được
sử dụng là muối
FeCl3.6H20. Muối
được phân tán
trong nước khử ion
với các nồng độ dung dịch khác nhau 0,1M, 0,01M, 0,001M. Các dung
Hình 2.12: Ảnh SEM của các mẫu VA-CNTs
mọc từ 04 mẫu xúc tác với tỉ lệ thành phần
Co2+
:Fe3+
= x : y khác nhau tương ứng: a) x:y
= 0:3, b) x:y = 1:2, c) x:y = 1:1,5, d) x:y = 1:1,
trong cùng điều kiện CVD
Hình 2.18: Quy trình chế tạo vật liệu HA-CNTs
bằng phương pháp CVD nhiệt.

11. 9
dịch muối sau đó sẽ được phủ lên trên bề mặt của đế silic đã được làm
sạch bằng phương pháp spin-coating, với tốc độ spin là 6000 vòng/ phút.
2.3.2. Quy trình chế tạo vật liệu HA-CNTs
Quy trình và các bước chế tạo vật liệu HA-CNTs bằng phương pháp
CVD nhiệt được chia thành 4 giai đoạn như trình bày trong hình 2.18.
2.3.3. Kết quả chế tạo vật liệu HA-CNTs
2.3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch xúc tác
Chúng tôi đã tiến hành mọc HA-CNTs sử dụng dung dịch là FeCl3 với
các nồng độ dung dịch khác nhau: 0,001M, 0,01M và 0,1M trong cùng
điều kiện CVD: nhiệt độ 900oC, tỉ lệ lưu lượng khí phản ứng
Ar/C2H5OH:H2 = 20:30 sccm, thời gian 60 phút. Hình 2.20 là kết quả
chụp SEM của mẫu của các HA-CNTs được mọc từ xúc tác FeCl3 với các
nồng độ dung dịch khác nhau: 0,001M, 0,01M, 0,1M. Kết quả chụp SEM
(hình 2.20) chỉ ra
rằng, khi tăng nồng
độ dung dịch xúc
tác thì mật độ của
CNTs cũng tăng
lên. Tuy nhiên, nếu
tăng nồng độ dung
dịch lên quá cao (hình 2.20c) thì CNTs tạo thành không thẳng, các sợi
CNTs nằm chồng chéo lên nhau, có hiện tượng cuộn bó và CNTs nhanh
chóng kết thúc quá trình mọc dài. Bằng cánh đếm số lượng CNTs ở các
khoảng cách khác nhau (1mm, 5 mm, 10 mm, và 15 mm) tính từ mép xúc
tác, có thể vẽ được đồ thị về sự phân bố mật độ của CNTs theo chiều dài
của đế tương ứng với các nồng độ dung dịch xúc tác khác nhau. Sự khác
biệt về mật độ và chiều dài của các mẫu HA-CNTs trên là do sự khác biệt
về kích thước của các hạt xúc tác khi ta thay đổi nồng độ dung dịch chất
xúc tác. Trong điều kiện thí nghiệm của chúng tôi thì nồng độ dung dịch
Hình 2.20: Ảnh SEM của HA-CNTs được mọc
trên mẫu xúc tác FeCl3 với các nồng độ dung
dịch khác nhau: a) 0,001M, b) 0,01M, c) 0,1M.

12. 10
xúc tác FeCl3 bằng 0,01M là thích hợp. HA-CNTs được tạo thành với
nồng độ này có mật độ cao và sự định hướng tốt.
2.3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ CVD
Chúng tôi đã tiến
hành mọc HA-CNTs tại
04 nhiệt độ khác nhau
trong khoảng từ 850oC
đến 1000o
C với thời gian
CVD là 60 phút, tỉ lệ lưu
lượng khí là Ar/ethanol :
H2= 20:30 sccm. Kết quả
ảnh SEM (hình 2.23) chỉ
ra rằng, mật độ của
CNTs tăng lên khi nhiệt
độ CVD tăng lên trong
khoảng từ 850oC đến 950oC và sau đó giảm khi nhiệt độ CVD tiếp tục
tăng lên trong khoảng từ 950o
C đến 1000o
C. Điều này được giải thích
như sau: Khi nhiệt độ tăng sẽ làm mật độ của mầm của CNTs tăng lên,
dẫn đến mật độ CNTs sẽ tăng lên. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên cao,
các sản phẩm cácbon dạng vô định hình và cấu trúc graphene bắt đầu lắng
đọng và bao phủ lấy hạt xúc tác, ảnh hưởng tới quá trình hình thành mầm
và mọc CNTs. Nhiệt độ 950oC được xem là giá trị thích hợp cho việc chế
tạo vật liệu HA-CNTs.
2.3.3.3. Ảnh hưởng của lưu lượng khí nguồn hydro cácbon
Chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng hơi cồn tới mật độ và
độ định hướng của vật liệu HA-CNTs. Quan sát kết quả chụp SEM (hình
2.24) cho thấy, mật độ CNTs tăng lên khi tăng lưu lượng hơi cồn tăng lên.
Mật độ CNTs cao nhất đạt được ứng với lưu lượng hơi cồn bằng 40 sccm
(~150 sợi/mm). Tuy nhiên, ứng với lưu lượng này mật độ CNTs suy giảm
Hình 2.23: Ảnh SEM của HA–CNTs với
nhiệt độ CVD khác nhau: a) 850o
C, b)
900o
C, c) 950o
C, d) 1000o
C

13. 11
rất nhanh và tỉ lệ các sợi
CNTs mọc hết chiều dài
của đế (3 cm) là thấp
(~25/150 sợi), chất lượng
của HA-CNTs không tốt,
CNTs có độ định hướng
không cao và tồn tại nhiều
cácbon vô đình hình trên
bề mặt của các sợi CNTs.
Với các trường hợp còn
lại ta thấy, lưu lượng hơi
cồn bằng 30 sccm là cho
mật độ CNTs (~ 80
sợi/mm), CNTs có độ định hướng tốt, có độ sạch cao và tỉ lệ các sợi
CNTs mọc hết chiều dài của đế cao khoảng 30/80 sợi. Như vậy, lưu
lượng hơi cồn bằng 30 sccm được xem là giá trị thích hợp cho việc chế
tạo vật liệu HA-CNTs.
2.3.5. Cơ chế mọc và
cấu trúc của vật liệu
HA-CNTs
Để chứng minh
cơ chế mọc dài và
định hướng theo
dòng khí của vật liệu
HA-CNTs trong phương pháp nhiệt nhanh, chúng tôi tiến hành mọc vật
liệu HA-CNTs trên một đế SiO2/Si có các rãnh có độ rộng là 60 µm và
mọc trực tiếp vật liệu HA-CNTs trên điện cực với khoảng cách giữa mỗi
cặp điện cực là 30 µm và bề dày tổng cộng các lớp kim loại của điện cực
là 188 µm (Cr/Pt = 8/180 µm). Xúc tác được sử dụng để mọc HA-CNTs
Hình 2.25: a, b) Ảnh quang học và ảnh SEM của
đế SiO2/Si với có khe và c) ảnh SEM của HA-
CNTs trên đế SiO2/Si có rãnh có độ rộng 60 m
Hình 2.24: Ảnh SEM các mẫu HA-CNTs
mọc từ mẫu xúc tác FeCl3 0,01M với lưu
lượng hơi cồn khác nhau: a) 10 sccm, b) 20
sccm, c) 30 sccm, d) 40 sccm.

14. 12
trong trường hợp này là dung dịch FeCl3 0,01M với điều kiện CVD tối ưu
từ các kết quả nghiên cứu trên: nhiệt độ
950o
C, thời gian CVD 60 phút và lưu lượng khí Ar/ethanol:H2 = 30:30
sccm. Các kết quả chụp SEM (hình 2.25 và hình 2.26) cho thấy các sợi
HA-CNTs băng qua
khe và băng qua bề
mặt gồ ghề của điện
cực. Kết quả này đã
chứng minh HA-
CNTs mọc theo cơ
chế ”cánh diều”, phù
hợp với như các công
bố trước đã đưa ra.
Đồng thời, cấu trúc
của vật liệu HA-CNTs
cũng được xác định
thông qua các phép
phân tích ảnh HRTEM
(hình 2.28) và phổ tán
xạ Raman (hình 2.29).
Kết quả phân tích cho
thấy, các đơn sợi HA-
CNTs có đường kính
khoảng 1,5 nm và 70
% trong số 50 đơn sợi
CNTs là đôi tường
(DWCNTs), 30% còn
lại là đơn tường
(SWCNTs) và khoảng 50% trong số chúng có tính bán dẫn.
Hình 2.26: Ảnh SEM mô tả cấu tạo của điện
cực và kết quả mọc HA-CNTs trên điện cực
Hình 2.28: a) Sơ đồ bố trí thí nghiệm mọc trực
tiếp HA-CNTs trên lưới TEM, b) Ảnh SEM của
mẫu HA-CNTs sau khi đã được mọc trên lưới
TEM và c) Ảnh HRTEM của đơn sợi HA-CNT
trên lưới TEM.
Hình 2.29: Phổ tán xạ Raman của HA-CNTs.

15. 13
CHƯƠNG 3:
CHẾ TẠO VẬT LIỆU GRAPHENE BẰNG PHƯƠNG PHÁP
CVD NHIỆT
3.1. Hệ CVD nhiệt trong chế tạo vật liệu graphene
Hệ thiết bị CVD nhiệt được sử dụng để tổng hợp các màng graphene
cũng chính là hệ thiết bị CVD nhiệt được sử dụng để tổng hợp vật liệu
CNTs định hướng nhưng được cải tiến thêm hệ thống hút chân không.
3.2. Chuẩn bị vật liệu xúc tác
Vật liệu xúc tác được sử dụng trong chế tạo vật liệu graphene là các
tấm đồng (Cu) có chiều dày 25 m, kích thước 30 cm  30 cm và có độ
sạch 99,8% được cung cấp bởi hãng Alfa Aesar. Đế Cu được cắt thành các
miếng nhỏ có kích thước khoảng 2 - 10 cm2 và được làm sạch trước khi tiến
hành chế tạo vật liệu graphene.
3.3. Quy trình chế
tạo vật liệu
graphene trên đế Cu
Quy trình chế tạo
vật liệu graphene trên
đế Cu bằng phương
pháp CVD nhiệt
trong điều kiện áp
suất khí quyển bao
gồm 4 giai đoạn như
mô tả trong hình 3.2.
3.4. Kết quả chế tạo màng graphene trên đế Cu
3.4.1. Ảnh hưởng của hình thái bề mặt đế Cu
Để nghiên cứu ảnh hưởng hình thái bề mặt của đế Cu tới chất lượng của
màng graphene, chúng tôi tiến so sánh chất lượng của màng graphene
được chế tạo từ đế Cu được xử lý bề mặt bằng hai phương pháp khác
Hình 3.2: Quy trình chế tạo vật liệu graphene
trên đế Cu bằng phương pháp CVD trong điều
kiện áp suất khí quyển

16. 14
nhau là xử lý bằng axit
HNO3 5% trong thời gian 10
phút và xử lý bằng phương
pháp đánh bóng điện hóa sử
dụng axít H3PO4 85% tại thế
1,9 V trong thời gian 15
phút. Các kết quả đo đạc,
tính toán được rút ra từ phổ
Raman (hình 3.8) của các
mẫu gaphene chỉ ra rằng,
màng graphene tổng hợp
trên đế Cu được xử lý bề mặt
bằng phương pháp đánh bóng điện hóa có chất lượng tốt nhất với số lớp ít
nhất trong ba mẫu graphene (khoảng 2 lớp), thể hiện qua các giá trị I2D/IG
= 1,28 là cao nhất, ID/IG = 0,18 là thấp nhất, độ bán rộng phổ (FWHM) =
38,05 cm-1 là thấp nhất, vị trị đỉnh 2D = 2731,68 là thấp nhất và ID/IG =
0,18 là thấp nhất. Trên cơ sở đó, chúng tôi lựa chọn phương pháp đánh
bóng điện hóa để xử lý bề mặt của đế Cu trước khi tổng hợp màng
graphene trong tất cả các phép phân tích tiếp theo.
3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ CVD
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ mọc (nhiệt độ CVD) tới chất
lượng của lớp màng graphene, chúng tôi sử dụng 05 mẫu đế Cu đã được
xử lý bề mặt bằng phương pháp đánh bóng điện hóa và tiến mọc
graphene 05 nhiệt độ khác nhau từ 850o
C tới 1030o
C với cùng một điều
kiện CVD: khí nguồn cácbon là khí CH4, thời gian CVD 30 phút và tỷ lệ
khí Ar/H2/CH4 = 1000/300/20 sccm. Các kết quả chụp SEM và phân tích
Raman (hình 3.10) cho thấy các mầm graphene bắt đầu xuất hiện tại
nhiệt độ 850o
C với nhiều sai hỏng. Khi nhiệt độ mọc graphene tăng lên,
kích thước của các mầm graphene cũng tăng lên và độ sai hỏng của
Hình 3.8: Phổ Raman của mẫu
graphene được tổng hợp trên đế Cu: a)
trước khi xử lý, b) sau khi xử lý bằng
axít HNO3 5% và c) sau khi xử lý bằng
phương pháp đánh bóng điện hóa

17. 15
Hình 3.10: Phổ Raman của các mẫu màng
graphene trên đế Cu được tổng hợp tại
các nhiệt độ từ 800o
C đến 1030o
C trong
cùng điều kiện CVD
màng graphene cũng giảm
đáng kể. Các chỉ số đánh
giá chất lượng (số lớp, độ
đồng đều, độ sai hỏng
hoặc tạp chất) của các
mẫu màng graphene cũng
được xác định thông qua
vị trí đỉnh 2D, FWHM,
I2D/IG và ID/IG được rút ra
. Kết quả cho thấy, nhiệt
độ CVD 1000o
C là nhiệt
độ thích hợp để tổng hợp
màng graphene trên đế Cu với khí nguồn cácbon là CH4.
3.4.3. Ảnh hưởng của lưu lượng khí nguồn hydrô cácbon
Để đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng khí nguồn cácbon tới chất lượng
của màng graphene, chúng tôi tiến hành tổng hợp màng graphene với lưu
lượng khí CH4 thay đổi lần lượt là: 0,5 sccm; 2 sccm; 5 sccm; 10 sccm;
20 sccm và 30 sccm trong cùng một điều kiện CVD: nhiệt độ mọc
1000oC, thời gian 30 phút, lưu lượng khí Ar/H2 = 1000/300 sccm. Hình
3.13, hình 3.15 tương ứng là các kết quả phân tích phổ Raman và ảnh
HRTEM của các mẫu màng graphene được tổng hợp với lưu lượng khí
nguồn CH4 khác nhau. Các kết quả phân tích cho thấy số lớp và chất
lượng của của màng graphene ảnh hưởng rất nhiều bởi lưu lượng khí
nguồn hydrô cácbon được đưa vào trong quá trình chế tạo vật liệu. Có thể
chế tạo được màng graphene đơn lớp với chất lượng cao trong điều kiện
áp suất khí quyển nếu lưu lượng khí CH4 đủ thấp. Số lớp của màng
graphene tăng lên, đồng thời chất lượng của màng graphene giảm xuống
khi lưu lượng khí CH4 tăng lên quá cao. Trong điều kiện thí nghiệm của

18. 16
chúng tôi, với lưu
lượng khí CH4 từ 5
đến 10 sccm là tối
ưu để thu được
màng graphene từ
1-2 lớp với chất
lượng tốt và độ
đồng đều cao.
3.2.4. Ảnh hưởng của áp suất
Áp suất đóng vai trò quan trọng trong suốt quá trình hình thành và phát
triển màng graphene. Để khảo sát ảnh hưởng của áp suất tới chất lượng
của màng graphene, chúng tôi tiến hành so sánh chất lượng của hai mẫu
màng graphene được tổng hợp trong hai điều kiện khác nhau: Một mẫu
được tổng hợp trong điều kiện áp suất khí quyển (APCVD) tại 1000oC,
thời gian CVD 30 phút với tỉ lệ lưu lượng khí Ar/H2/CH4 = 1000/300/10
sccm và một mẫu được tổng hợp trong điều kiện áp suất thấp (LPCVD)
tại 1000o
C, áp suất 60 torr , thời gian CVD 30 phút với tỉ lệ lưu lượng khí
H2/CH4 = 20/0,3 sccm. Đồng thời, chúng tôi cũng tiến hành khảo sát ảnh
hưởng của mức độ chân không trong buồng phản ứng tới chất lượng của
màng graphene khi thay đổi áp suất buồng phản ứng trong khoảng từ 80
b) c)
d) e)
Hình 3.13: a) Phổ Raman và b, c, d, e) là kết quả fit hàm Lorentz dải 2D
của các mẫu màng graphene trên đế Cu với lưu lượng khí CH4 khác
nhau: 5 sccm, 10 sccm, 20 sccm và 30 sccm
Hình 3.15: Ảnh HRTEM của các mẫu màng
graphene được tổng hợp với lưu lượng khí nguồn
CH4: a) 10 sccm, b) và c) 30 sccm

19. 17
torr đến 20 torr. Các kết
quả phân tích phổ Raman
mapping (hình 3.16 và
hình 3.17) của các các
mẫu graphene chỉ ra rằng,
màng graphene được tổng
hợp trong điều kiện áp
suất thấp có chất lượng và
độ đồng đều cao hơn nhiều
so với màng graphene được
tổng hợp trong điều kiện áp
suất khí quyển. Chất lượng
của màng graphene tăng lên khi áp suất trong buồng phản ứng giảm
xuống. Bằng phương pháp LPCVD với áp suất trong buồng phản ứng 20
torr, nhiệt độ CVD 1000o
C, thời gian CVD 30 phút và tỉ lệ lưu lượng khí
phản ứng H2/CH4 = 20/0,3 sccm, màng graphene được tạo thành có diện
tích tối đa khoảng 10 cm2 với độ đồng đều cao và tồn tại ít sai hỏng về
mặt cấu trúc. Khoảng 70% diện tích màng graphene được tạo thành là
đơn lớp, 30% còn lại là đôi lớp.
Hình 3.17: Phổ Raman của các mẫu
màng graphene trên đế Cu được tổng hợp
trong các điều kiện áp suất khác nhau
Hình 3.16: Ảnh quang học và phổ tán xạ Raman trên đế Cu của hai mẫu
màng graphene được tổng hợp bằng phương pháp APCVD và LPCVD

20. 18
CHƯƠNG 4:
CẢM BIẾN ENZYME-GrISFET TRONG PHÁT HIỆN DƯ
LƯỢNG THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT ATRAZINE
4.1. Cơ sở lựa chọn vật liệu graphene trong chế tạo cảm biến
enzyme-GrISFET
Trong phần này, tác giả trình bày chi tiết cơ sở lựa chọn vật liệu
graphene trong chế tạo cảm biến enzyme-GrISFET, bao gồm: công nghệ
chế tạo, tính chất của vật liệu, độ linh động của hạt tải điện của kênh dẫn
và diện tích bề mặt hiệu dụng của vật liệu.
4.2. Chế tạo cảm biến enzyme-GrISFET
Quy trình chế tạo cảm biến enzyme-GrISFET như được mô tả trong
hình 4.3. Hình 4.9 là ảnh chụp quang học các cảm biến enzyme-
GrISFET sau khi đã chế tạo hoàn thiện.
4.3. Ứng dụng cảm biến enzyme-GrISFET trong phát hiện dư lượng
thuốc BVTV atrazine
Sự phát hiện atrazine
trong dung dịch được
thực hiện thông qua cơ
chế ức chế cạnh tranh
của nó đối với hoạt động
xúc tác của enzyme
urease cho phản ứng
thủy phân của urê. Dưới
sự ức chế của atrazine,
Hình 4.10: Cơ chế phát hiện atrazine của
cảm biến enzyme-GrISFET.
Hình 4.3: Quy trình chế tạo cảm biến
enzyme-GrISFET.
Hình 4.9: Ảnh chụp các điện cực cảm
biến enzyme-GrISFET hoàn thiện

21. 19
khả năng xúc tác cho phản ứng thủy phân cơ chất urê của enzyme urease
bị giảm, dẫn tới nồng độ của các ion NH4
+
và ion OH-
sinh ra bởi phản
ứng thủy phân bị giảm, làm cho hiệu ứng dopping của p hoặc n vào trong
kênh dẫn giảm. Điều này, dẫn tới sự thay đổi trong đặc trưng truyền dẫn
của cảm biến, mà cụ thể thay đổi vị trí thế tại điểm Dirac (Vo) theo
phương ngang cùng với sự thay đổi về cường độ của tín hiệu dòng lối ra
ΔIds như được mô tả trong hình 4.10.
4.4. Kết quả và thảo luận
4.4.1. Hình thái cấu trúc của cảm biến enzyme-GrISFET
Hình thái bề
mặt của điện cực
sau khi chế tạo và
sau khi chuyển
màng graphene
lên trên được
khảo sát bằng
kính hiển vi điện
tử quét như được minh họa trong hình 4.14.
4.4.2. Xác định nồng độ cơ chất urê bão hòa cho cảm biến enzyme-
GrISFET
Nồng độ cơ
chất urê bão hòa
là nồng độ mà
ứng với nó màng
enzyme urease
đã phản ứng hết
100% hoạt tính
của nó và khi đó
cường độ dòng lối ra Ids của cảm biến ứng không thay đổi dù ta có tăng
nồng độ cơ chất lên. Hình 4.16 mô tả đường đặc trưng Ids - Vg của cảm
biến enzyme-GrISFET tại Vds = 1 V, Vg từ 0 V đến 3 V bước 0,05 V với
Hình 4.16: Đường đặc trưng Ids - Vg của GrISFET
tại Vds = 1 V, Vg từ 0V đến 3 V bước 0,05V với
nồng độ cơ chất urê từ 5 tới 35 mM.
Hình 4.14: Ảnh quang học và ảnh SEM bề mặt điện
cực sau khi đã chuyển màng graphene lên trên.

22. 20
nồng độ urê thay đổi từ 5 tới 35 mM. Quan sát hình 4.16a chúng ta có
thể nhận thấy rằng, khi tăng nồng độ cơ chất urê lên từ 5 mM tới 30 mM
thì cường độ tín hiệu dòng lối ra ΔIds tăng lên gấp đôi từ 0,15 mA lên
0,30 mA và điểm Vo có xu hướng dịch về phía có Vg âm hơn. Tuy nhiên,
khi tiếp tục tăng nồng độ cơ chất lên 35 mM thì ΔIds hầu như không tăng
cũng như không có sự dịch của điểm Vo. Điều này chứng tỏ 30 mM là
nồng độ bão hòa của urê. Do đó, chúng tôi đã lựa chọn dung dịch cơ chất
urê nồng độ 30 mM là dung dịch chuẩn trong quá trình khảo sát các đặc
trưng hoạt động của cảm biến.
4.4.3. Đặc trưng đáp ứng của cảm biến enzyme-GrISFET
Trong phần này, tác giả trình bày chi tiết các bước lắp đặt, cài đặt các
thông số để xác định các đường đặc tuyến ra Ids - Vds, đặc tuyến truyền
dẫn Ids - Vg của cảm biến enzyme-GrISFET và cách xác định, tính toán
các thông số của cảm biến như dòng dò, độ hỗ dẫn, điện dung, độ linh
động của điện tử và lỗ trống trong kênh dẫn graphene của cảm biến.
4.4.4. Ảnh hưởng của quy trình chế tạo đến tín hiệu ra của cảm biến
Trong phần này, tác giả trình bày chi tiết các kết quả khảo sát ảnh
hưởng của một số yếu tố tới hoạt động của cảm biến như nhiệt độ cố
định enzyme và thời gian cố định enzyme. Kết quả cho thấy nhiệt độ cố
định từ 30o
C tới 40o
C và thời gian cố định enzyme từ 40 tới 60 phút là
thích hợp và cho hiệu quả hoạt động của cảm biến là tốt nhất. Từ các kết
quả khảo sát trên, tác giả đã lựa chọn nhiệt độ cố định là 30oC và thời
gian cố định là 60 phút để cố định enzyme urease lên bề mặt kênh dẫn
graphene sử dụng tác nhân liên kết GA trong chế tạo các cảm biến
enzyme-GrISFET ứng dụng trong phát hiện dư lượng thuốc diệt cỏ
atrazine sẽ được trình bày chi tiết trong phần tiếp theo của luận án.
4.4.5. Ứng dụng của cảm biến enzyme-GrISFET trong phát hiện thuốc
dư lượng thuốc BVTV atrazine
4.4.5.1. Đặc trưng của cảm biến khi bị ức chế bởi atrazine
Để khảo sát đặc trưng của cảm biến khi bị ức chế bởi atrazine, chúng
tôi tiến hành đo trong dung dịch có chứa thuốc diệt cỏ atrazine với nồng

23. 21
độ thấp 2  10-2 ppb. Quan
sát hình 4.23 chúng ta có thể
nhận thấy rằng, sau khi bị ức
chế bởi atrazine với nồng độ
2  10-2
ppb thì cường độ tín
hiệu dòng lối ra ΔIds của cảm
biến giảm đáng kể từ 304
µA xuống 136 µA và có sự
dịch chuyển của điểm Vo về
phía có giá trị Vg dương cao
hơn từ 0,75 V lên tới 1,25 V.
Kết quả này cũng được quan
sát ở một số công trình công
bố khác. Nguyên tắc làm
việc của cảm biến atrazine dựa trên sự ức chế hoạt động xúc tác của
enzyme urease cho phản ứng thủy phân của cơ chất urê. Phản ứng thủy
phân của cơ chất urê sinh ra các ion (NH4
+
, OH−
), các ion này sẽ được
hấp phụ lên bề mặt của điện cực, làm tăng mật độ và độ linh động của hạt
tải điện trong kênh dẫn graphene. Khi atrazine được đưa vào, nó tương
tác như một chất ức chế làm giảm hoạt động xúc tác của enzyme, làm
giảm nồng độ của các ion
trong dung dịch, dẫn tới giảm
dòng tín hiệu lối ra của cảm
biến cũng như sự dịch chuyển
của thế Vo.
4.4.5.2. Độ lặp lại của cảm
biến
Chúng tôi đã tiến hành lặp
lại phép đo độ lặp lại của cảm
biến trong 6 lần đo liên tiếp
và so sánh các kết quả sau các
Hình 4.23: Đường đặc trưng truyền dẫn
Ids - Vg của cảm biến enzyme-GrISFET
với Vg từ 0V đến 3 V bước 0,5V, Vds =1
V, trong hai trường hợp trước và sau khi
bị ức chế bởi atrazine có nồng độ 2 
10-2
ppb.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
Idsi=136(A)
Idso=304(A)
ATZ = 0
ATZ = 2 x 10-2
ppb
Ids(mA)
Vg (V)
Vo = 1.25 V
ATZ = 2 x 10
-2
ppb
Vo = 0.75 V
ATZ = 0
Hình 4.24: Kết quả đo 6 lần đặc
trưng Ids – Vg của cảm biến với Vg từ
0 V tới 3 V, Vds = 1 V tại nồng độ
atrazine CATZ = 2  10-4
ppb.

24. 22
lần đo (hình 4.24). Từ các phép đo này ta có thể tính được độ lệch chuẩn
Sy của phép đo ứng với nồng độ atrazine 2  10-4
ppb. Kết quả cho thấy
độ lệch chuẩn Sy = 9,2. Độ lệch chuẩn Sy là một giá trị quan trọng trong
tính toán giới hạn phát hiện LOD của cảm biến.
4.4.5.3. Giới hạn phát hiện của cảm biến
Để xác định giới hạn phát hiện LOD của cảm biến enzyme-GrISFET
trong phát hiện thuốc diệt cỏ atrazine trong dung dịch, chúng tôi sử dụng
dung dịch cơ chất urê bão hòa (30mM) và các dung dịch atrazine được
phân tán trong nước khử với các nồng độ khác nhau trong khoảng từ 2 
10-4 ppb tới 20 ppb. Trước mỗi phép đo, các cảm biến sẽ được ủ 30 phút
trong dung dịch atrazine tại
nhiệt độ phòng và tiến hành đo
các đặc trưng của cảm biến
trong cơ chế urê ngay sau đó.
Các đặc trưng điện Ids - Vg của
cảm biến được đo với điện áp
của điện cực cổng Vg quét từ 0
V tới 3 V bước 0,05 V, điện áp
đặt vào cực máng - nguồn Vds là
1 V. Đáp ứng dòng của cảm
biến enzyme-GrISFET trong phát hiện atrazine với các nồng độ khác
nhau được chỉ ra trong hình 4.25. Chúng ta có thể thấy, sự thay đổi về
nồng độ atrazine trong dung dịch dẫn tới sự thay đổi cường độ dòng tín
hiệu lối ra và vị trí của điểm Dirac. Khi nồng độ atrazine tăng từ 2  10-4
ppb lên 20 ppb thì điểm Dirac (Vo) có xu hướng dịch về phía giá trị
dương cao hơn từ 1,05 V lên 1,98V và giá trị Ids giảm từ 298 µA to 18
µA. Kết quả tính toán cho thấy sự phụ thuộc của cường dòng tín hiệu lối
ra Ids của cảm biến vào nồng độ atrazine có dạng tuyến tính tốt. Từ sự
suy giảm của Ids theo nồng độ atraine có thể xác định trị mức độ ức chế
Hình 4.25: Đặc trưng Ids - Vg của
cảm biến khi tăng nồng độ atrazine
từ 2  10-4
ppb đến 20 ppb, với Vds =
1V và Vg quét từ 0 V đến 3 V.
0.1 1
6.4
6.5
6.6
6.7
ATZ = 0
ATZ = 2 x 10
-4
ppb
ATZ = 2 x 10
-3
ppb
ATZ = 2 x 10
-2
ppb
ATZ = 2 x 10
-1
ppb
ATZ = 2 ppb
ATZ = 20 ppb
ATZ = 0
Ids(mA)
Vg (V)
2 x 10
-4
ppb
20 ppb

25. 23
enzyme của cảm biến ứng với các nồng độ atrazine khác nhau và giá trị
giới hạn phát hiện của cảm biến. Mức độ ức chế cao nhất và giá trị LOD
tương ứng của cảm biến đạt được là 94,08% và 5  10-2
ppb. Giá trị
LOD này thấp hơn nhiều so với công bố trước đó.
4.3.5.4. Thời gian sống của cảm biến enzyme-GrISFET
Để xác định thời gian sống của cảm biến, các cảm biến enzyme-GrFET
đã chế tạo được lưu trữ trong dung dịch đệm PBS (pH 7,4) và lưu giữ ở
4o
C. Sau thời gian lưu giữ nhất định cảm biến được lấy ra đo với các
bước đo được lặp lại như trên và so sánh kết quả đo này với trường hợp
ngay sau khi chế tạo. Kết quả phân tích cho thấy, sự suy giảm của cảm
biến sau 3 tháng là 0,68% và sau 5 tháng là 6,8%.
KẾT LUẬN CHUNG
1. Đã chế tạo thành công vật liệu VA-CNTs có mật độ cao và độ
định hướng tốt bằng phương pháp CVD nhiệt với vật liệu xúc tác là các
hạt nanô CoFe1,5O4 0,033 g.mL-1. Tối ưu hóa được điều kiện công nghệ
trong chế tạo vật liệu VA-CNTs: nhiệt độ CVD 750o
C, tỉ lệ lưu lượng
giữa các khí Ar/H2/C2H2 = 300/100/30 sccm, thời gian CVD 30 phút với
60 sccm lưu lượng hơi nước được đưa vào trong quá trình CVD. Trong
điều kiện tối ưu, chúng tôi đã chế tạo được thảm vật liệu VA-CNTs với
chiều cao lớn nhất đạt được là 128,3 m và độ sạch khoảng 93,21%.
2. Đã chế tạo thành công vật liệu HA-CNTs có mật độ cao và độ
định hướng tốt bằng phương pháp CVD nhiệt nhanh và định hướng
bằng dòng khí với vật liệu xúc tác là muối FeCl3.6H2O 0,01 M. Tối ưu
hóa được điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu HA-CNTs: nhiệt độ CVD
950o
C, tỉ lệ lưu lượng giữa các khí Ar-C2H5OH/H2 = 30/30 sccm và thời
gian CVD 60 phút. Trong điều kiện tối ưu, thảm vật liệu HA-CNTs có
mật độ tương đối cao (khoảng 80 đến 100 sợi/mm), có độ định hướng
tốt. Chiều dài của CNTs có thể đạt 3 cm và đường kính của CNTs

26. 24
khoảng từ 1,5 – 2 nm. Kiểm chứng được cơ chế mọc cánh diều của vật
liệu HA-CNTs. Bằng các phương pháp phân tích HRTEM và Raman đã
xác định được 70% các đơn sợi CNTs trong thảm HA-CNTs có cấu trúc
đôi tường, 30% còn lại có cấu trúc đơn tường và chỉ 50% trong số
chúng là có tính chất bán dẫn.
3. Đã chế tạo thành công vật liệu graphene trên đế Cu có chất lượng
tốt bằng phương pháp CVD nhiệt. Tối ưu hóa được điều kiện công nghệ
trong chế tạo vật liệu graphene: bề mặt đế Cu được làm phẳng bằng
phương pháp đánh bóng điện hóa tại 1,9 V trong thời gian 15 phút và
được CVD ở nhiệt độ 1000oC trong thời gian 30 phút với tỉ lệ lưu lượng
khí nguồn H2/CH4 = 20/0,3 sccm và áp suất CVD là 20 torr. Trong điều
kiện tối ưu, màng graphene được tạo thành có diện tích tối đa khoảng 10
cm2 với độ đồng đều cao, ít sai hỏng về mặt cấu trúc và có số lớp
khoảng từ 1-2 lớp.
4. Đã thiết kế và chế tạo thành công cảm biến enzyme trên cơ sở
transistor hiệu ứng trường nhạy ion ứng dụng vật liệu graphene (cảm
biến enzyme-GrISFET) với phần tử cảm nhận sinh học là enzyme
urease. Đã xác định được một số thông số đặc trưng của cảm biến:
Dòng dò cực cổng Ig nhỏ hơn 5 A với thế cực cổng Vg lớn nhất bằng 3
V, độ hỗ dẫn gm có giá trị lớn nhất ~ 0,32 mS với Vds =1V, điện dung
tổng Cox của GrISFET ~ 1,2 F/cm2
và độ linh động của lỗ trống (h) và
độ linh động của điện tử (e) trong kênh dẫn graphene tương ứng bằng
25,8 cm2
/V.s và 14,6 cm2
/V.s.
5. Đã thử nghiệm thành công cảm biến enzyme-GrISFET trong
phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật atrazine. Cảm biến cho thấy
có độ tuyến tính tốt trong khoảng nồng độ atrazine từ 2  10-4
ppb đến
20 ppb với giới hạn phát hiện rất thấp ~ 5  10-5 ppb. Cảm biến enzyme-
GrISFET có độ ổn định cao với hệ số biến thiên thấp  3,1 % và thời
gian sống của cảm biến có thể dài tới 5 tháng.

27. DANH MỤC CÁC BÀI BÁO
ĐÃ CÔNG BỐ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
1. Thi Thanh Cao, Van Chuc Nguyen, Thi Thanh Tam Ngo, Trong Lu
Le, Thai Loc Nguyen, Dai Lam Tran, Elena D Obraztsova, Ngoc
Minh Phan, Effects of ferrite catalyst concentration and water vapor
on growth of vertically aligned carbon nanotube, Adv. Nat. Sci.:
Nanosci. Nanotechnol. 5 (2014) 045009 (6pp).
2. Cao Thị Thanh, Vương TQ Phương, Ngô Thị Thanh Tâm, Thân Xuân
Tình, Nguyễn Hải Bình, Trần Đại Lâm, Elena D. Obraztsova, Phan
Ngọc Minh, Nguyễn Văn Chúc, Tổng hợp vật liệu ống nano cácbon
định hướng nằm ngang trên đế SiO2/Si và trên điện cực, Tạp chí Khoa
học và Công nghệ (2014) 351-358.
3. Nguyen Van Chuc, Cao Thi Thanh, Nguyen Van Tu, Vuong T.Q.
Phuong, Pham Viet Thang, Ngo Thi Thanh Tam, A simple approach
to the fabrication of graphene-carbon nanotube hybrid films on
copper substrate by chemical vapor deposition, Journal of Materials
Science & Technology 31 (2015) 479-483.
4. Le T. Lu, Ngo T. Dung, Le D. Tung, Cao T. Thanh, Ong K. Quy,
Nguyen V. Chuc, Shinya Maenosono, Nguyen T. K. Thanh, Synthesis
of magnetic cobalt ferrite nanoparticles with controlled morphology,
monodispersity and composition: the influence of solvent, surfactant,
reductant and synthetic conditions, Nanoscale 7 (2015) 19596-19610.
5. Thi Thanh Cao, Van Chuc Nguyen, Hai Binh Nguyen, Hung Thang
Bui, Thi Thu Vu, Ngoc Hong Phan, Bach Thang Phan, Maxime Bayle,
Matthieu Paillet, Jean Louis Sauvajol, Ngoc Minh Phan, Dai Lam
Tran, Fabrication of few-layer graphene film based field effect
transistor and its application for trace-detection of herbicide atrazine,
Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 7 (2016) 035007.

28. 6. Cao Thi Thanh, Le Hoang, Le Dinh Quang, Phan Ngoc Hong, Bui
Hung Thang, Pham Van Trinh, Nguyen Thanh Trung, E D Obratsova,
Phan Ngoc Minh, Nguyen Van Chuc, The influence of synthesis
parameters on graphene films growth by chemical vapor deposition
method, Proceedings of the 3 rd international conference on advanced
materials and nanotechnology, 2016, 304-306.
7. Cao Thị Thanh, Phạm Văn Trình, Phan Ngọc Minh, Nguyễn Văn
Chúc, Ảnh hưởng của đế kim loại và kết quả tổng hợp màng graphen
trên đế đồng bằng phương pháp CVD nhiệt ở áp suất khí quyển, Tạp
chí Hóa học, 3e12 55 (2017) 94-98.
8. Dmitry I. Levshov, Huy-Nam Tran, Thierry Michel, Thi Thanh Cao,
Van Chuc Nguyen, Raul Arenal, Valentin N. Popov, Jean-Louis
Sauvajol, Ahmed-Azmi Zahab, Matthieu Paillet, Interlayer interaction
effects on the G modes in double-walled carbon nanotubes with
different electronic configurations, Phys. Status Solidi B (2017)
1700251.
9. Dmitry I. Levshov, Romain Parret, Huy-Nam Tran, Thierry Michel,
Thi Thanh Cao, Van Chuc Nguyen, Raul Arenal, Valentin N. Popov,
Sergei B. Rochal, Jean-Louis Sauvajol, Ahmed-Azmi Zahab, and
Matthieu Paillet, Photoluminescence from an individual double-
walled carbon nanotubes, Phys. Rev. B, 96 (2017) 195410.
10.Cao Thi Thanh, Nguyen Hai Binh, Nguyen Van Tu, Vu Thi Thu,
Maxime Bayle, Matthieu Paillet, Jean Louis Sauvajol, Phan Bach
Thang, Tran Dai Lam, Phan Ngoc Minh, Nguyen Van Chu, An
interdigitated ISFET-type sensor based on LPCVD grown graphene
for ultrasensitive detection of carbaryl, Sensors and Actuators B 260
(2018) 78.