Thiết bị Cảm biến điện tử giám sát môi trường


  Các thiết bị cảm biến dựa trên các vật liệu bán dẫn oxit kim loại (MOS) từ lâu đã được sử dụng để phát hiện các loại khí độc hại. Ngày nay, về mặt thương mại thì có rất nhiều loại cảm biến MOS có thể phát hiện nhiều loại chất khí.

 

 

thiet-bi-cam-bien-giam-sat-dien-tu-moi-truong

 

 

Thiết bị Cảm biến cần có bộ phận nung nóng

 

Các loại cảm biến bán dẫn dựa trên các vật liệu oxit kim loại như nhôm oxit và thiếc oxit. Bộ phận nung nóng là rất cần thiết đối với loại cảm biến này. Nó có thể được cấu tạo một cách dễ dàng mà không tốn kém bởi một lớp điện trở với một dòng điện chạy qua nó để làm nóng toàn bộ thiết bị cảm biến tới một nhiệt độ tối ưu, giúp cảm biến phát hiện ra loại khí đặc thù.

 

Phản ứng của loại khí này với oxit kim loại làm thay đổi điện trở của chất bán dẫn, từ đó giúp bảo vệ bằng cách phát hiện ra sự tồn tại hay không tồn tại của khí độc. Cảm biến có thể hòa hợp với từng bộ khởi động cụ thể bằng cách lựa chọn các đặc tính thích hợp của chất bán dẫn, và chọn nhiệt độ chính xác.

 

Điện trở gia nhiệt của thiết bị được cung cấp dòng điện chạy qua hai đầu điện trở. Sự tồn tại của khí độc được chỉ báo tại ống thu khí. Loại cảm biến này có độ bền cao và tuổi thọ dài. Nhược điểm của chúng là có thể chỉ báo phản ứng dương tính nhầm, nhưng thông thường có thể tránh được trường hợp này bằng cách lọc với chi phí rẻ.

 

 

Cảm biến chế tạo từ vật liệu nano. 

 

  Các nhà nghiên cứu tại viện nghiên cứu Max Planck và viện công nghệ liên bang Thụy Sĩ (ETH Zurich) đã phát hiện ra rằng một loại polyme rắn với cái tên dễ gây nhầm lẫn Poly-Iconic Liquids (PIL) khi được trộn với các hạt nano đã được lựa chọn sẵn thì có khả năng dẫn điện. Độ dẫn điện của nó thay đổi theo nồng độ CO2 trong môi trường xung quanh.

 

  Điểm quan trọng nhất là phép đo này có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng, không cần có bộ phận nung nóng. Thiết bị thực nghiệm đã đo được nồng độ CO2 trong khí quyển vào khoảng từ 0.04%, và có thể lên đến 0.25%. Loại cảm biến này rất hữu ích trong lĩnh vực y tế cũng như trong ngành phân tích môi trường.

  Black arsenic phosphorus (hay phosphorene) là loại vật liệu nano có thể được cắt thành những lớp có độ dày chỉ vài nguyên tử. Nó có thể là nguyên liệu cơ bản để sản xuất bóng bán dẫn siêu mỏng, và được mô tả như là bóng bán dẫn 2 chiều (2D).

 

  Tỷ lệ phần trăm chất asen được điều chỉnh bởi một quá trình gọi là doping, quá trình này dẫn đến kết quả làm thay đổi độ rộng vùng cấm, hay còn gọi là năng lượng vùng cấm (band gap). Đây là năng lượng cần thiết để cho các electron nhảy từ vùng hóa trị vào vùng dẫn. Bằng việc thay đổi năng lượng vùng cấm, các nhà khoa học nhận ra rằng chất này trở nên nhạy cảm với sự tồn tại của nhiều loại khí đặc trưng trong môi trường xung quanh.

 

  Không chỉ mình phosphorene được hứa hẹn như là một nền tảng tiềm năng cho sự ra đời của một thế hệ hoàn toàn mới của thiết bị cảm biến. Molybdenum disulphide (MoS2) là một vật liệu khác cũng có thể sản xuất bóng bán dẫn 2-D, và nó đang được nghiên cứu về độ nhạy cảm đối với sự tồn tại của nitrous dioxide (NO2). Loại khí độc này thường rất phổ biến, là loại sản phẩm phụ không mong muốn của nhiều quá trình sản xuất công nghiệp, và việc kiểm soát và loại bỏ nó là rất cần thiết cho sự an toàn của con người. Những kết quả nghiên cứu ban đầu là rất hứa hẹn, như việc chỉ điều chỉnh nhẹ về cấu tạo của thiết bị là có thể thay đồi băng thông của độ nhạy đối với khí độc trong khoảng ba bậc độ lớn.

 

  Nhiều vật liệu nano khác cũng đang được nghiên cứu để cho những tác động tương tự. Những quan sát này vô cùng thú vị và đầy ý nghĩa. Nhưng điều quan trọng là rất nhiều trong số những kết quả này còn khá sơ bộ và chưa được tìm hiểu một cách đầy đủ để ứng dụng vào sản xuất thương mại.

 

Một vài linh kiện cảm biến thông dụng:

 

ON Semiconductor CAT34TS02VP2GT4C 

ON Semiconductor ADT7475ARQZ-REEL7 

- Microchip Technology CAP1293-1-AC3-TR

NXP Semiconductors KMA220J

NXP Semiconductors PCT2202UKZ 

 

 Xem thêm tại đây

 

Số lượt đọc: 913 - Cập nhật lần cuối: 13/11/2015 09:08

 Công ty Cổ phần TQCOM ®

Địa chỉ: Số 35, phố Cự Lộc, phường Thượng Đình, quận Thanh Xuân, TP. Hà Nội, Việt Nam

Điện thoại : (+84).3556.0023

Fax           : (+84).3556.0024

 

 

 

Lượng truy cập : 350729 lượt

Trực tuyến : 24

Bản quyền 2009 TQCOM J.S.C