Tiến sĩ Nguyễn Chung và cộng sự tại Australia đang nghiên cứu phát triển loại cảm biến siêu nhỏ có khả năng phát hiện khí amoniac trong hơi thở, cảnh báo các vấn đề sức khỏe.
Tiến sĩ Nguyễn Chung , 35 tuổi, nhà nghiên cứu gốc Việt tại RMIT (Úc), tác giả chính, là thành viên người Việt Nam duy nhất cùng với các nhà khoa học đến từ Đại học RMIT (Úc), Đại học Melbourne và Trung tâm Xuất khẩu Hội đồng Nghiên cứu Úc (ARC) Viện Hệ thống nano quang tử (TMOS) đã tiến hành nghiên cứu.
Cảm biến bao gồm một màng oxit thiếc siêu mỏng và trong suốt, có thể dễ dàng phát hiện amoniac ở mức độ nhỏ hơn nhiều so với các công nghệ tương tự. Thiết bị này hoạt động giống như một chiếc “mũi” điện tử có khả năng phát hiện ngay cả lượng amoniac nhỏ nhất. Cảm biến cũng có thể phân biệt giữa amoniac và các loại khí khác với độ chính xác cao hơn các công nghệ khác.
Trao đổi với PV , Tiến sĩ Nguyễn Chung cho biết ý tưởng nghiên cứu đã ra đời vào đầu năm 2022. Dự án mất gần một năm để hoàn thành hầu hết các phép đo vào tháng 5 năm 2023. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học vật liệu hàng đầu Advanced Function Materials vào tháng 11 năm 2023.
Nhóm nghiên cứu đã gắn oxit thiếc siêu mỏng vào vật liệu nền. (Ảnh: Seamus Daniel/RMIT).
Tiến sĩ Nitu Syed, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, sự hiện diện của amoniac trong không khí làm thay đổi điện trở của màng oxit thiếc trong cảm biến, nghĩa là nồng độ amoniac càng cao thì sự thay đổi điện trở của thiết bị càng lớn. . Nhóm đã tiến hành thí nghiệm với cảm biến trong một thiết bị được thiết kế đặc biệt để kiểm tra khả năng phát hiện khí amoniac ở các nồng độ khác nhau (5 – 500 ppm) và các điều kiện, bao gồm cả nhiệt độ. . Họ cũng kiểm tra độ chính xác của thiết bị trong việc phân biệt amoniac với các loại khí khác, bao gồm CO 2 và metan. Kết quả chứng minh cảm biến này có thể phát hiện amoniac ở nồng độ rất nhỏ nên có thể thiết kế để phát hiện amoniac trong hơi thở nhằm cảnh báo các rối loạn sức khỏe tiềm ẩn.
Để chế tạo cảm biến, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật chi phí thấp và dễ nhân rộng để gắn oxit thiếc siêu mỏng vào vật liệu nền . Kỹ thuật này khả thi ngay cả trên các vật liệu dẻo – điều thường gây khó khăn cho các phương pháp chế tạo khác. Nhóm nghiên cứu đã thu được màng oxit thiếc từ bề mặt thiếc nóng chảy ở nhiệt độ 280 độ C. Lớp màng này mỏng hơn giấy 50.000 lần . Tiến sĩ Ylias Sabri, Khoa Kỹ thuật Đại học RMIT (Australia), mô tả : “Phương pháp của chúng tôi chỉ yêu cầu một bước tổng hợp duy nhất mà không cần bất kỳ dung môi độc hại, môi trường chân không hay các dụng cụ cồng kềnh và đắt tiền” .
Các nhà nghiên cứu chính bao gồm Tiến sĩ Nitu Syed, Tiến sĩ Ylias Sabri và Tiến sĩ Nguyễn Chung (từ trái sang) trong phòng thí nghiệm tại Đại học RMIT. (Ảnh: Seamus Daniel/RMIT)
Tiến sĩ Nguyễn Chung cho biết, cảm biến thu nhỏ này mang lại giải pháp an toàn và gọn nhẹ hơn trong việc phát hiện khí độc so với các kỹ thuật hiện có. Các phương pháp phát hiện amoniac hiện tại cung cấp các phép đo chính xác nhưng yêu cầu thiết bị phòng thí nghiệm đắt tiền và kỹ thuật viên có trình độ, đồng thời yêu cầu nhiều mẫu và chuẩn bị công phu. Quá trình này thường tốn thời gian và bất động do kích thước cồng kềnh của thiết bị. Ngoài ra, để sản xuất cảm biến phát hiện amoniac, cần có các quy trình phức tạp và tốn kém để chuẩn bị các lớp vật liệu nhạy cảm cho quá trình sản xuất cảm biến.
Cảm biến mới của nhóm có thể phân biệt ngay mức độ an toàn hoặc nguy hiểm của amoniac trong môi trường. Ông nói : “Kỹ thuật gắn oxit thiếc này có thể được mở rộng quy mô, do đó mang lại cơ hội sản xuất hàng loạt với chi phí hợp lý hơn ”.
Ông cho biết nhóm nghiên cứu gặp khó khăn trong việc mô tả đặc tính của vật liệu vì bản chất siêu mỏng của vật liệu này (oxit thiếc của nhóm chỉ dày 2 nanomet). Thiết lập một hệ thống đo khí đáng tin cậy cũng là một thách thức. Tuy nhiên, sự hợp tác của nhiều nhà nghiên cứu, chuyên gia đến từ Đại học RMIT và Đại học Melbourne đã giúp nhóm vượt qua thử thách.
Nhóm nghiên cứu hy vọng có thể hợp tác với các đối tác trong ngành để tiếp tục phát triển và sản xuất phiên bản tiếp theo của cảm biến nhằm tối ưu hóa hiệu suất của loại cảm biến này. Phương pháp của nhóm tương thích với các quy trình sản xuất hiện có trong ngành công nghiệp silicon và do đó phù hợp cho sản xuất hàng loạt.
Ước tính có khoảng 235 triệu tấn amoniac được sản xuất trên toàn cầu mỗi năm để đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp. Amoniac được quảng bá là một trong những phương pháp hiệu quả để lưu trữ hydro trong sản xuất nhiên liệu xanh và sản lượng amoniac dự kiến sẽ tăng trong vài năm tới.
Tuy nhiên , việc tiếp xúc với nồng độ amoniac quá cao có thể dẫn đến bệnh phổi mãn tính và tổn thương cơ quan không thể phục hồi. Rò rỉ khí amoniac trong quá trình vận chuyển và vận hành nhà máy gây ra nhiều rủi ro và có thể gây tử vong. Vì vậy, khả năng phát hiện amoniac hiệu quả và đáng tin cậy là điều cần thiết để đảm bảo an toàn. Khí này cũng được tìm thấy trong hơi thở của con người và có thể được sử dụng như một “dấu ấn sinh học” quan trọng để chẩn đoán nhiều bệnh như rối loạn liên quan đến thận và gan.
Tiến sĩ Nguyễn Chung nhận bằng Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Bách khoa TP.HCM năm 2014. Ông hiện là nghiên cứu viên tại Khoa Kỹ thuật, Đại học RMIT, lĩnh vực nghiên cứu của ông chủ yếu tập trung vào hóa học kim loại lỏng. và tổng hợp các vật liệu 2D để sử dụng trong các ứng dụng điện tử và cảm biến.
- Khí amoniac giết người nhanh như thế nào?
- Lần đầu tiên phát hiện khí Amoniac ở tầng đối lưu
- Cảm biến cực nhạy – triển vọng cho da nhân tạo
