Chế tạo các loại cảm biến khí phát hiện những chất độc nồng độ rất nhỏ

Cụm công trình "Nghiên cứu chế tạo một số cảm biến khí có độ nhạy cao trên cơ sở vật liệu nano oxit kim loại bán dẫn và tổ hợp nano carbon bằng công nghệ vi điện tử" là một trong 17 công trình, cụm công trình được trao Giải thưởng Nhà nước về khoa học và công nghệ.

Xin Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Đức Chiến cho biết lý do ông và các cộng sự chọn nghiên cứu cụm công trình này và ý nghĩa của công trình trong thực tiễn?

Cụm công trình này được tôi và 10 đồng tác giả thực hiện gồm Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Văn Hiếu; Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Đức Hòa; Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Văn Quy; Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Văn Duy; Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Hữu Lân; Phó Giáo sư, Tiến sĩ Đặng Đức Vượng; Phó Giáo sư, Tiến sĩ Đặng Thanh Lê; Phó Giáo sư, Tiến sĩ Vũ Xuân Hiền; Tiến sĩ Nguyễn Văn Toán; Tiến sĩ Chử Mạnh Hùng.

Cụm công trình "Nghiên cứu chế tạo một số cảm biến khí có độ nhạy cao trên cơ sở vật liệu nano oxit kim loại bán dẫn và tổ hợp nano carbon bằng công nghệ vi điện tử" nhằm chế tạo các loại cảm biến khí phát hiện những chất độc nồng độ rất nhỏ mà con người không thể nhận biết hoặc không thể cảm nhận được nhưng những chất độc này lại ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ngoài ra, cảm biến khí có thể sử dụng để cảnh báo mức ô nhiễm không khí và thông qua đó chẩn đoán sức khỏe của con người...

Cụm công trình này đã đề xuất được cơ chế hình thành vật liệu nano với cấu trúc và hình thái khác nhau dựa trên hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng bề mặt. Nghiên cứu đã phát hiện các tính chất đặc biệt, ưu việt của vật liệu cấu trúc nano so với vật liệu khối, các hiệu ứng lượng tử kích thức trong cấu trúc thấp chiều của linh kiện cảm biến khí nano. 

Có thể nói, nhóm nghiên cứu cụm công trình "Nghiên cứu chế tạo một số cảm biến khí có độ nhạy cao trên cơ sở vật liệu nano oxit kim loại bán dẫn và tổ hợp nano carbon bằng công nghệ vi điện tử" là một trong những nhóm đầu tiên trên thế giới đề xuất ứng dụng hiệu ứng tiếp xúc nano dị thể giữa vật liệu 1D (dây nano ô-xít) và 2D (graphene), từ đó đưa ra các mô hình mới, cấu trúc mới với tiếp xúc phân tử cực ngược cho phép cải thiện các tính năng của cảm biến. Cảm biến nano phát triển cho phép phát hiện các khí độc ở nồng độ thấp.

Đặc biệt, nghiên cứu của cụm công trình đã làm chủ công nghệ lõi chế tạo vật liệu nano và cảm biến trên cơ sở vật liệu nano, các phương pháp khảo sát tính chất của vật liệu, phương pháp đóng gói và đo đạc linh kiện cảm biến, thiết kế và chế tạo thiết bị. Đặc biệt đã thành công trong việc ứng dụng công nghệ vi điện tử chế tạo dây nano bán dẫn trên chíp, từ đó phát triển được mẫu cảm biến tự đốt nóng, độ nhạy siêu cao với công suất tiêu thụ nhỏ hơn sản phẩm thương mại tốt nhất trên thế giới hiện nay.

Ảnh hưởng của công trình này đối với ngành khoa học công nghệ cũng như đối với xã hội là gì, thưa Giáo sư?

Cụm công trình "Nghiên cứu chế tạo một số cảm biến khí có độ nhạy cao trên cơ sở vật liệu nano oxit kim loại bán dẫn và tổ hợp nano carbon bằng công nghệ vi điện tử" bước đầu đã thiết kế, chế tạo các đa cảm biến có thể đồng thời xác định 5 loại khí khác nhau, tiền đề cho việc phát triển thế hệ "mũi điện tử" hiện nay. Nghiên cứu của cụm công trình góp phần đào tạo được các chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu nano và cảm biến khí, hình thành một trường phái riêng của Việt Nam trong lĩnh vực cảm biến khí sử dụng vật liệu nano; đồng thời, hình thành những nhóm nghiên cứu mạnh, tiếp cận trình độ khu vực và quốc tế.

Cụm công trình bao gồm 96 bài báo chọn lọc đăng trên các tạp chí quốc tế thuộc hệ thống ISI, hai sách chuyên khảo xuất bản ở Việt Nam và một chương trong sách chuyên khảo quốc tế. Từ nguồn Scopus (Scopus là một cơ sở dữ liệu thư mục chứa bản tóm tắt và trích dẫn các bài báo khoa học - PV), số lần trích dẫn các công trình đăng trên tạp chí uy tín tới 3.500 lần, số trích dẫn 35 lần/bài, đạt xấp xỉ số trung bình của các nhóm nghiên cứu ở châu Âu và Hoa Kỳ.

Giáo sư có thể cho biết dự định tiếp theo sau khi cụm công trình được trao Giải thưởng Nhà nước về khoa học và công nghệ?

Nghiên cứu của cụm công trình thực hiện trong 10 năm vẫn dừng lại việc nghiên cứu cơ bản. Công trình đang hướng tới việc ứng dụng nhưng mới chỉ dừng ở việc ứng dụng nhỏ lẻ như triển khai trong thiết bị báo cháy, báo động khí gas trong các gia đình, đo nồng độ khí tại một số nơi ô nhiễm.... để tiến tới ứng dụng đại trà. Dự kiến nhóm tác giả cùng các cộng sự sẽ tiếp tục nghiên cứu ở giai đoạn sau.

Trân trọng cảm ơn Giáo sư!