Tiến Sĩ Nghiên cứu tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong chế tạo cảm biến.

MỞ ĐẦU
Trước thực trạng nguồn tài nguyên tự nhiên ngày một khan hiếm, những nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu hữu cơ đang dần thể hiện vai trò là chìa khóa cho sự phát triển ổn định của con người trong tương lai. Một trong số những vật liệu hữu cơ được sử dụng ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp hiện đại hiện nay là vật liệu polyme dẫn.
Bắt đầu xuất hiện vào cuối thập kỷ 80 của thế kỷ trước, polyme dẫn là đối tượng nghiên cứu của nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển có nền công nghệ tiên tiến. Do tính chất ưu việt của nó về mặt vật lí, hóa học, quang học và đặc biệt thân thiện với môi trường, loại vật liệu này ngày càng được sử rộng rãi trong các lĩnh vực của cuộc sống như: trong công nghệ điện tử có rất nhiều sản phẩm được chế tạo trên cơ sở polyme dẫn như transitor, đi ốt phát sáng hữu cơ (OLED - organic light emitting diode) [22,58,82]; trong công nghệ cảm biến sinh học, hóa học như cảm biến glucose trong máu trên cơ sở polypyrrole [32,53,83,84], cảm biến khí NH3 trên cơ sở polyaniline [70,115,116]; trong lĩnh vực dự trữ năng lượng bao gồm nguồn điện và siêu tụ điện hóa [33,71,72,104,189] và trong lĩnh vực ăn mòn bảo vệ kim loại [118,160,161,196]
Tổng hợp polyme dẫn có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp như phương pháp hóa học, phương pháp vật lý, phương pháp điện hóa [3,46]. Việc tổng hợp bằng phương pháp hóa học có một nhược điểm là rất khó khống chế tốc độ của phản ứng, phương pháp vật lý đòi hỏi thiết bị tổng hợp tương đối phức tạp, hiệu quả không cao. Sử dụng điện hóa đã và đang là phương pháp được dùng nhiều nhất đối với việc tổng hợp polyme dẫn. Một ưu điểm đáng chú ý của polyme dẫn được chế tạo bằng phương pháp điện hóa là dễ dàng tạo ra các sợi polyme có cấu trúc nano. Đối với khoa học hiện đại, các vật liệu có cấu trúc nano được xem như là vật liệu tiềm năng đầy hứa hẹn cho ứng dụng trong khoa học công nghệ như vi điện tử, y sinh . và đã đạt được nhiều thành tựu nhất định. Ví dụ, họ vật liệu lai hóa vô cơ và hữu cơ rất thích hợp cho việc chế tạo các cảm biến khí để kiểm soát môi trường sống, môi trường làm việc hay các loại cảm biến sinh học thích hợp cho việc phát hiện các tác nhân sinh học và chuẩn đoán bệnh, ngoài ra còn có thể làm lớp trung gian tốt cho việc chế tạo pin mặt trời làm tăng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện.

Các loại cảm biến khí hoặc sinh học trên cơ sở các vi điện cực sử dụng dây nano polyme dẫn đã được ứng dụng rất nhiều trong vật lý, sinh học, hoá học bởi những ưu điểm đặc trưng như cấu trúc đơn giản, nhỏ gọn, độ tin cậy cao, độ ổn định lâu dài, dễ chế tạo, không cần dùng thêm các điện cực so sánh và đặc biệt là khả năng tương thích sinh học cao. Do vậy, các nghiên cứu ứng dụng vật liệu polyme dẫn cho các linh kiện cảm biến đang là một trong những hướng nghiên cứu được các nhà khoa học trong và ngoài nước rất quan tâm.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, tác giả đề xuất đề tài nghiên cứu: ‘‘Nghiên cứu tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong chế tạo cảm biến”. Đề tài được thực hiện với hai mục tiêu chính:
i- Thứ nhất là tổng hợp dây nano polyaniline bằng phương pháp điện hóa trực tiếp lên vi điện cực Pt có cấu tạo răng lược, sau đó khảo sát các đặc tính và cấu trúc dây nano polyme dẫn đó.
ii- Thứ hai là nghiên cứu ứng dụng của cảm biến đã phủ dây nano polyaniline để chế tạo cảm biến khí và cảm biến sinh học. Cụ thể đối với cảm biến khí là khảo sát tính chất nhạy khí ở nhiệt độ phòng và đối với cảm biến sinh học là nghiên cứu sự bắt cặp kháng thể/kháng nguyên kháng vi rút viên não Nhật Bản với mục đích phát hiện nhanh vi rút gây bệnh, độ nhạy cao đơn giản và tiện dụng. Kết quả của luận án sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới về vật liệu dây nano định hướng phát triển thiết bị cảm biến hóa học thân thiện với môi trường, kích thước nhỏ gọn, khả năng thương mại hóa cao.