Sinh viên sáng chế thiết bị dò khí độc trong môi trường

Từ năm 2021, Đỗ Văn Minh, sinh viên K63 Viện Vật lý Kỹ thuật lên ý tưởng thiết kế và chế tạo thiết bị đo khí độc trong môi trường. Dưới sự hướng dẫn của giảng viên, Minh cùng với Trương Hồng Cường, Nguyễn Thị Mai Anh, Nguyễn Ngọc Minh triển khai ý tưởng.

Sau 2 năm nghiên cứu, thiết bị đo khí độc của nhóm sinh viên đã nâng cấp qua 3 phiên bản, với 3 bộ phận chính bao gồm vỏ, mạch điện tử điều khiển, xử lý tín hiệu và buồng đo.

Minh cho biết, trong môi trường sản xuất công nghiệp thường xuất hiện nhiều loại khí độc như nhóm NOx, NH3, H2S và nhóm COx, trong đó các nhóm NOx, H2S, NH3 ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Tiêu chuẩn nồng độ khí này trong môi trường làm việc cho phép là dưới 50 ppm. Thiết bị đo do nhóm chế tạo có thể phát hiện khí độc tồn tại ở mức thấp (10 ppm nồng độ khí), sẽ đưa ra cảnh báo.

Điểm quan trọng và khó nhất là nghiên cứu cảm biến có thể hoạt động giống một công tắc cho phép đóng - ngắt dòng mạch như trong mạch điện. Trong ứng dụng này, khí độc đóng vai trò như là một tác động ngoại vi khiến công tắc có thể hoạt động bằng cách thay đổi điện trở. Nhóm chọn vật liệu cho ứng dụng cảm biến khí là V2O5. Khi ở mức nhiệt độ phòng V2O5 có thể đáp ứng được với một khí duy nhất là khí Ammonia (NH3), còn đối với các khí độc khác như H2S, CO, CO2, NO2... thì gần như không có sự thay đổi, nghĩa là cảm biến không thể đáp ứng với các khí khác ngoài khí NH3, cho thấy cảm biến có độ chọn lọc cao trong giới hạn nồng độ khí 500 ppm mà nhóm nghiên cứu.

Minh cho biết, thử nghiệm thực tế cho thấy thiết bị có thể phát hiện sự có mặt của khí độc trong môi trường và đưa ra cảnh báo. Khi nồng độ khí vượt mức tiêu chuẩn 50 ppm thì thiết bị sẽ đưa ra cảnh báo bằng tín hiệu còi. Ngoài phát cảnh báo, thiết bị còn được tích hợp màn hình, hiển thị giá trị nồng độ của khí cần đo và vẽ đường tín hiệu thay đổi của nồng độ.

Hiện trên thị trường có nhiều loại sản phẩm đo khí độc trong môi trường, được nhập khẩu từ Trung Quốc, Đức, Nhật Bản, giá từ vài triệu đến hàng trăm triệu đồng. Có một số sản phẩm do Việt Nam phát triển nhưng phần lớn các đầu đo khí (chip cảm biến) phải nhập khẩu từ nước ngoài.

GS Nguyễn Đức Hòa, Phó giám đốc Viện Đào tạo quốc tế về Khoa học vật liệu (ITIMS), Đại học Bách khoa Hà Nội, giảng viên hướng dẫn đánh giá, đây là sản phẩm nghiên cứu của sinh viên, từ chế tạo vật liệu, chip cảm biến, đến mạch đo và phần hiển thị số liệu... Sản phẩm mới dừng ở mức thử nghiệm, nhưng "điểm ưu việt là nhóm đã chế tạo được chip cảm biến, với các tính năng vượt trội như công suất tiêu thụ nhỏ, độ đáp ứng lớn và khả năng phát hiện khí độc ở nồng độ thấp", ông Hòa nói. Ông gợi ý, sản phẩm cần cải thiện về kiểu dáng và một số tính năng hoạt động sao cho phù hợp và thuận tiện trong sử dụng hàng ngày.

Nghiên cứu của nhóm mới đây giành giải nhì Cuộc thi sinh viên nghiên cứu khoa học toàn quốc 2022.