Làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị đo thành phần khí độc hại trong các hầm lò, mỏ khai thác khoáng sản

Mới đây, Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) đã tổ chức phiên họp hội đồng đánh giá, nghiệm thu nhiệm vụ KH&CN cấp quốc gia: "Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo thành phần khí độc hại trong các hầm lò, các mỏ khai thác khoáng sản để đảm bảo an toàn cho người làm việc", mã số ĐTĐL.CN-21/17.Hội đồng nghiệm thu nhiệm vụ gồm có 09 thành viên do GS.TS Nguyễn Đại Hưng, Viện Vật lý – Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, làm Chủ tịch Hội đồng.

Cảnh báo an toàn cháy nổ và khí độc trong hầm mỏ là hết sức quan trọng nhằm đảm bảo an toàn trong khai thác và vận hành. Việc quan trắc chất lượng khí trong các hầm này là hết sức khó khăn nhưng vô cùng quan trọng để có thể cảnh báo nguy cơ mất an toàn, cũng như điều khiển tự động các hệ thống hút gió thông hơi, đảm bảo an toàn cho người lao động.

Sau một quá trình nghiên cứu cơ bản, đến nay nhóm nghiên cứu tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tự tin làm chủ được công nghệ để chế tạo các sản phẩm thử nghiệm nhằm ứng dụng vào thực tế. Trong đó các hệ vật liệu ôxit kim loại khác nhau có cấu trúc màng hoặc dây nano đã được nghiên cứu và cho các kết quả phù hợp với mục tiêu đặt ra trong đề tài.

Điểm đặc biệt trong đề tài này là: ngoài việc phát triển cảm biến màng mỏng ôxit với nhiều đặc tính ưu việt bằng quy trình công nghệ đơn giản, đây còn là một trong những bước đi đầu tiên sử dụng dây nano một chiều để thay thế cho các cảm biến màng mỏng (thế hệ mới nhất trên thị trường thương mại).

PGS. TS. Nguyễn Văn Duy thay mặt nhóm nghiên cứu trình bày tóm tắt các nội dung nghiên cứu và kết quả của nhiệm vụ.

Các quy trình công nghệ chế tạo cảm biến khí riêng lẻ cần được phát triển để sản xuất số lượng lớn kết hợp đóng gói cũng như khảo sát các yêu cầu đối với một sản phẩm cuối cùng như tính ổn định, độ lặp lại, thời gian sống, sai số phép đo. Dựa trên những thông số đầy đủ của linh kiện cảm biến, nhóm đã thiết kế và chế tạo thiết bị đo trạm đa thành phần khí với các tính năng và tiêu chuẩn thích hợp cho yêu cầu đo đạc trong hầm lò, truyền và thu nhận, lưu trữ dữ liệu không dây theo thời gian thực. Hệ thống cho phép truy vấn số liệu tại bất cứ thời điểm và vị trí nào trong quá khứ.

Trên cơ sở kế thừa các nghiên cứu cơ bản để phát triển theo định hướng ứng dụng trên nhóm vật liệu này và theo định hướng phát triển vật lý đến năm 2020, theo Quyết định số 380/QĐ-TTg ngày 24/3/2015 của Thủ tướng Chính phủ, đồng thời nằm trong các định hướng nghiên cứu ưu tiên của ngành Vật lý đến năm 2020 tầm nhìn 2030, được cụ thể hóa trong Quyết định số 677/QĐ-BKHCN ngày 08/4/2015 của Bộ trưởng Bộ KH&CN. Bộ KH&CN đã phê duyệt nhiệm vụ “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo thành phần khí độc hại trong các hầm lò, các mỏ khai thác khoáng sản để đảm bảo an toàn cho người làm việc” do PGS.TS Nguyễn Văn Duy làm chủ nhiệm; Viện ITIMS, trường Đại học Bách khoa Hà Nội là Cơ quan chủ trì thực hiện từ tháng 10/2017 đến tháng 9/2021 với mục tiêu chính là Chế tạo thành công các cảm biến khí NH3, NO2, H2S, CH4 và CO sử dụng vật liệu nano ôxit kim loại bán dẫn và chế tạo hoàn chỉnh hệ thống đo và hệ thống giám sát môi trường khí hầm lò không dây.

Sau 48 tháng triển khai thực hiện, Nhiệm vụ đã thu được những kết quả đáng ghi nhận như: Nghiên cứu linh kiện cảm biến, thiết bị đo thành phần từng loại khí độc hại trên trong hầm lò (máy đo trạm: 10 thiết bị), Báo cáo thử nghiệm và đánh giá các hệ thống thiết bị cảm biến trong điều kiện thực tế, các quy trình công nghệ chế tạo cảm biến khí: NH3, NO2, H2S, CH4, CO.

Trong quá trình thực hiện Nhiệm vụ, có 04 Công trình khoa học được đăng tải trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục SCI; 11 công bố trên tạp chí, kỷ yếu hội nghị quốc tế và quốc gia. Nhiệm vụ cũng đã tham gia đào tạo 05 thạc sĩ, trong đó cả 05 thạc sĩ đã bảo vệ thành công luận án.

Nhiệm vụ đã thúc đẩy các nghiên cứu từ phòng thí nghiệm, tiến tới thử nghiệm các sản phẩm hướng tới ứng dụng trong công nghiệp, trong đó các kết quả khoa học đỉnh cao được công bố trên các tạp chí hàng đầu thế giới có thể thực hiện để chế tạo từ vật liệu, chip cảm biến cho đến thiết bị đo do Việt Nam tự nghiên cứu - thiết kế - chế tạo trọn vẹn trong nước, góp phần tiết kiệm chi phí ngoại nhập.

Bên cạnh đó, nhiệm vụ đã mở ra khả năng sản xuất các thiết bị đo và hệ thống giám sát chất lượng tốt, giá thành thấp hơn thiết bị nhập ngoại, dễ vận hành, bảo trì, thay thế. Việc có thể thúc đẩy nghiên cứu từ cơ bản trong phòng thí nghiệm, các công bố quốc tế, tiến tới sản phẩm cụ thể đã góp phần không nhỏ trong thúc đẩy nhanh tiến độ chuyên giao công nghệ từ các nhà khoa học ra doanh nghiệp và thị trường trong tương lai.