Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu chế tạo cảm biến quang tử dựa trên cấu trúc buồng vi cộng hưởng bằng silic xốp (Porous silicon micricavity) và cách tử Bragg trên sợi quang đã ăn mòn lớp vỏ (Etched Bragg grating optical fiber) có độ nhậy cao nhằm xác định các chất hữu cơ hòa tan trong môi trường lỏng, PGS.TS. Bùi Huy cùng các cộng sự tại Viện Khoa Học Vật Liệu, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu và chế tạo cảm biến quang học trên cơ sở tinh thể quang tử một chiều ứng dụng trong lĩnh vực sinh - hóa”. Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu chế tạo cảm biến quang tử dựa trên cấu trúc buồng vi cộng hưởng bằng silic xốp (Porous silicon micricavity) và cách tử Bragg trên sợi quang đã ăn mòn lớp vỏ (Etched Bragg grating optical fiber) có độ nhậy cao nhằm xác định các chất hữu cơ hòa tan trong môi trường lỏng.

Sau 2 năm nghiên cứu từ 2016 đến 2018, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Đã xây dựng được quy trình nhằm chế tạo một cách ổn định với các đặc trưng mong muốn cho các buồng vi cộng hưởng bằng công nghệ ăn mòn điện hóa silic. Các buồng vi cộng hưởng chế tạo được có độ phản xạ cao (không dưới 75%) , có chỉ số chất lượng tốt (nghĩa là vùng phổ truyền qua hẹp với độ bán rộng cỡ 5 nm) nằm trong vùng phổ từ nhìn thấy đến hồng ngoại gần và trung bình. Các buồng vi cộng hưởng đã đáp ứng về số lượng cũng như chất lượng cho mục tiêu nghiên cứu cảm biến.

- Đã xây dựng được hệ đo dựa trên buồng vi cộng hưởng làm bằng silic xốp cho các chất bảo vệ thực vật và các dung môi hữu cơ ở pha lỏng. Hệ đo này có thể phát hiện sự thay đổi chiết suất chất lỏng cỡ 10-4. Nồng độ giới hạn của hệ đo đối với Atrazin trong nước cỡ 1,4 pg/mL.

- Đã đề xuất và xây dựng thành công hệ đo sử dụng hiệu ứng hóa hơi hợp chất hữu cơ (VOC method) nhằm xác định định lượng dung môi hữu cơ trong môi trường lỏng bằng cảm biến có cấu trúc buồng vi cộng hưởng silic xốp đạt độ nhạy cao. Trong phương pháp này, bằng việc bố trí dung dịch nghiên cứu và cảm biến vào 2 buồng ngăn cách nhau về nhiệt độ nhưng lại liên hệ với nhau về áp suất hơi chúng tôi có thể đồng thời tăng nhiệt độ dung dịch và hạ nhiệt độ buồng cảm biến và do, đó tăng được độ nhạy của phép đo.

- Đã tiến hành các thực nghiệm trên các dung môi hữu cơ thông dụng gồm ethanol, methanol và acetone bằng phương pháp VOC, áp suất hơi bão hòa và pha lỏng. Đã chứng tỏ bằng thực nghiệm những ưu điểm của phương pháp VOC so với các phương pháp khác về việc cải thiện độ nhạy (độ nhạy tăng 2 bậc độ lớn so với phương pháp pha lỏng), về khả năng xác định định lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong chất nền có cùng chiết suất.

- Đã tiến hành các phép đo xác định hàm lượng methanol trong ethanol bằng phương pháp VOC. Nồng độ nhỏ nhất có thể phát hiện được (limit of detection) của phép đo không vượt quá hàm lượng methanol an toàn theo Tiêu chuẩn an toàn thực phẩm của Viêt Nam cho rượu trắng chưng cất (được quy đổi cỡ 0,1% v/v). Nội dung này có thể sử dụng để chế tạo thiết bị cho các trạm phân tích lưu động nhằm phát hiện methanol trong các loại rượu sản xuất từ cồn công nghiệp với hàm lượng gây nguy hại cho người sử dụng.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15200 tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)