Ảnh hưởng của thành phần In đến tính chất của màng Nano TiO2
Ảnh hưởng của thành phần In đến tính chất của màng Nano TiO2
Xem bên trong

Ảnh hưởng của thành phần In đến tính chất của màng Nano TiO2

64 tr. + CD-ROM
Tổng quan về TiO2 và In2O3, nêu một số tính chất lý hóa của TiO2 và các phương pháp chế tạo TiO2. Từ đó xây dựng được hệ máy chế tạo màng bán dẫn oxit cấu trúc nano bằng phương pháp phun nhiệt phân quyét trên đế nóng góp phần nâng cao hiệu suất chế tạo. Đồng thời chế tạo được màng nano TiO2, kiểm tra sự hình thành In2O3 và lựa chọn chế độ tối ưu để chế tạo màng hỗn hợp TiO2 và In2O3. Chế tạo thành công vật liệu TiO2 pha tạp In theo các chế độ công nghệ khác nhau bằng phương pháp phun nhiệt phân dung dịch trên đế nóng hỗn hợp dung dịch tiền chất gồm TiCl4 và In(NO3)3 và vật liệu thu được đã được khảo sát tính chất thông qua một số phép đo như: XRD, SEM, đặc trưng V-A, quang dẫn, phổ truyền qua, thời gian trễ, nhiệt điện trở..
Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện Nano — Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008
Electronic Resources

0.00

Tải về miễn phí bản đầy đủ PDF luận văn tại Link bản đầy đủ 1

ĐẠI HỌC ỌUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ • • •
DƯƠNG ĐÌNH THUẬN
ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHÀN In ĐÉN TÍNH
CHÁT CỦA MÀNG NANO T i0 2
Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện Nano
Chương trình đào tạo thí điểm
LƯẬN VĂN THẠC s ĩ
A f w õ c Q u Ố c GIA HA NỌỉ I
ÍG TIN ĨHƯ VIỀN ■
Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS. Pham Vãn Nho
Hà Nội – 2008 #
MỤC LỤC
M Ở Đ À U ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1
CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VÉ T i0 2 VÀ ln20 3……………………………………………………………………… 3
1. Một số tính chất lý – hoá cùa TĨƠ2 ………………………………………………………………………………………..3
1.1. Cấu trúc cùa T1O2 :………………………………………………………………………………………………………….3
1.2.Tính chất Vật lý : ……………………………………………………………………………………………………………. 4
1.3.Tính chất hoá học:………………………………………………………………………………………………………….. 5
1.4. Một số ứng dụng tiêu biểu cùa vật liệu T1O2 ………………………………………………………..6
1.4.1 Vật liệu T1O2 ứng dụng trong quang xúc tá c ……………………………………………………….. 6
1.4.2. Vật liệu T1O2 ứng dụng để làm cảm biến…………………………………………………………….. 9
1.4.3. Vật liệu T 1O2 ứng dụng để làm pin mặt trời:……………………………………………………….9
2. Một số tính chất lý – hoá của In2Ơ3 ………………………………………………………………………………… 12
2.1. Các tính chất vật lý : ………………………………………………………………………………………………………12
2.2. Các tính chất hóa học:………………………………………………………………………………………………….. 12
2.3. Điều ch ế:………………………………………………………………………………………………………………………..12
2.4. Một số ứng dụng của In2 Ơ3 ………………………………………………………………………………………….. 13
3. Tổng quan về hỗn hợp oxide đa thành phần trên cơ sở nano T1O2 và IrbO}……………………13
3.1. Vật liệu T1O2 pha tạp F e …………………………………………………………………………………………….14
3.2. Vật liệu T 1O2 pha tạp Z n …………………………………………………………………………………………….14
3.3. Vật liệu TìOị pha tạp S n ………………………………………………………………………………………………..15
3.4. Vật liệu In2Ơ3 pha S n …………………………………………………………………………………………………… 16
3.5. Vật liệu I n ĩ l i ó s …………………………………………………………………………………………………………….17
4. Các phương pháp chế tạo T1O2 …………………………………………………………………………………………… 18
4.1. Phương pháp vật lý : ………………………………………………………………………………………………………18
4.1.1. Phương pháp bay hơi và ngưng tụ trong chân không……………………………………. 18
4.1.2. í^ương pháp phún xạ catốt ……………………………………………………………………………. 19
4.2. Phương pháp hoá học:…………………………………………………………………………………………………..20
4.2.1. Phương pháp điện hoá ……………………………………………………………………………………..21
4.2.2. Phương pháp Sol – G el…………………………………………………………………………………….. 21
4.2.3. Phương pháp CVD ……………………… ………………………………………………………………… 23
4.2.4. Phương pháp phun dung dịch trên đế nóng:…………………………………………………..24
CHƯƠNG 2: XẢY DựNG THIẾT BỊ VẢ THỤC NGHIỆM n ỏ TRỢ……………………………….25
1. Thiết bị phun quét………………………………………………………………………………………………………………25
2. Chế tạo màng điện cực SnƠ2 ……………………………………………………………………………………………. 34
3. Phưcmg pháp khảo sát tính chất vật liệu………………………………………………………………………….. 35
3.1. Phương pháp nhiều xạ tia X …………………………………………………………………………………………35
3.2. Phàn tích cấu trúc bề mặt bàng kinh hiên vi điện tư quét (S E M )………………………………37
3.3. Đo quang dần ……………………………………………………………………………………………………………….. 38
CHƯƠNG 3: CHÊ TẠO VÀ KHẢO SÁT rỈNH CHẢ I CỦA MÀNG 1’iO; PHA TẠP In .40
1 Chế tạo màng nc ĩiO :………………………………………………………………………………………………………….40
2. Kh ảo sút chò đ ộ hình thành IniO . i …………………………………………………………………………………………………45
3. Chè tạo m ã n u T i l n O ………………………………………………………………………………………………………………………… 4X
1. Khao sat càu trúc vật liệu barm phep đo XRL)……………………………………………………………….. 4 (>
3.2. Khao sát t ính chàt bẽ mặt cua m à n u ………………………………………………………………………………….. 53
3.3. Hiện tượng quang dẫn cùa màng TilnO……………………………………………………………………… 53
3.3.1. Đặc trưng V-A của tiếp xúc giữa màng TilnO và điện cực SnƠ2 ………………….. 55
3.3.2. Kết quả khảo sát quang dẫn………………………………………………………………………………..55
3.3.3. Kết quả đo thời gian trề…………………………………………………………………………………….. 57
3.3.4. Kết quả đo phồ truyền qu a …………………………………………………………………………………58
3.3.5. Xác định loại dẫn của màng T iln O ………………………………………………………………….. 59
3.3.6. Xác định mức năng lượng tạp chất…………………………………………………………………… 59
4. Biện luận và kết q u à …………………………………………………………………………………………………………… 60
KẾT L U Ậ N ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 64
TẢI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………………………………………………… 65
MỞ ĐẦU
Thế kỷ 20, con người đã làm nên một kỷ nguyên công nghiệp vĩ đại, với
nhừng thành tựu to lớn, rực rỡ về khoa học và kỹ thuật đưa con người lên một vị
thế mới, từ chồ lao động bằng chân tay đến lao động bàng máy móc. Sự phát
triển như vũ bão của nền khoa học kỹ thuật đã kéo theo một loạt các ngành công
nghệ cao ra đời như: Công nghệ thông tin, công nghệ sinh học… Đặc biệt, vào
những năm cuối thập kỷ 90 của thế kỷ 20, một sự ra đời mới hứa hẹn sẽ mang
lại những thay đổi lớn lao có tính đột phá của khoa học kỳ thuật ở thế kỷ 2 1 là
công nghệ Nano. Người ta đã dự báo cuộc cách mạng công nghệ Nano đang
diễn ra sẽ còn sâu sẳc hơn và đem lại những biến đổi to lớn hơn, cả trong khoa
học, công nghệ và trong đời sống xã hội. Một cuộc chạy đua thực sự đang diễn
ra trên thế giới giữa những nước đầu tầu về khoa học công nghệ tiên tiến như
Mỳ, Nhật, Châu Âu…về công nghệ Nano.
Mặc dầu khoa học công nghệ nano đã bắt đầu từ thập kỷ 60 của thế kỷ
trước. Đen những năm 90 của thế kỷ trước, những ứng dụng quan trọng đầu tiên
của nghành công nghệ mới, công nghệ nano ra đời đã làm chấn động giới khoa
học kỳ thuật. Từ sự kiện này, sự chú ý của thế giới về công nghệ Nano càng
tăng. Trên toàn cầu, cạnh tranh và hợp tác giữa các nước về công nghệ Nano trở
nên rât sôi động, và thực sự nó đã trở thành một hướng nghiên cứu mũi nhọn của
khoa học và công nghệ thế giới.
Sự phát triển của khoa học công nghệ, chứa hàm lượng chất xám cao, đã tạo
nên những bước tiến mang tính đột phá. Với những tiềm năng to lớn và những
tính chất đặc biệt quý giá, có thể ứng dụng trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật
mũi nhọn, Oxit Titan với kích thước Nano đang là mối quan tâm, đầu tư nghiên
cứu của nhiều nước công nghiệp tiên tiến như Mv, Nhật, Châu Âu…Với những
tính chất đặc thù và kha năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
Năng lượng, sinh học, môi trường, xây dựng … Oxyt Titan đang là tâm diêm
nghiên cứu của nhiều trung tâm, viện nghiên cứu lớn trên thẻ giới.
Như đã biêt TĨƠ2 là chât bán dẫn vùng câm rộng (3.03 eV cho pha Rutile và
3.18eV cho pha anatase) và chi có thê hâp thụ 5% ánh sáng mặt trời trong vùng
tứ ngoại [ 1 2 1. Tuy nhiên băng cách kêt hợp vật liệu T 1O 2 tinh khiêt với các vật
liệu thích hợp khác có thè nàng cao được hiệu suàt sir dụng vật liệu thông qua
việc nhạy quang vùng khả kiên và một sô tính chât khác như quang dan…. 1 liện
đã có nhiều nghiên cứu kết hợp T 1O 2 tinh khiết với các oxit như: SnƠ 2 , ZnO,
Al20 3, SÌO2, Fe20 3 …
Bản luận văn này trình bày các kết quả khảo sát ảnh hưởng của thành phần
In đến tính chất của màng nano T i0 2.
Phương pháp chế tạo vật liệu được lựa chọn là phương pháp “phun nhiệt
phân dung dịch” trên đế nóng. Đây là phương pháp tương đổi đơn giản, giá
thành thấp và sản phẩm thu được có độ phẩm chất tương đổi cao. Nc T 1O 2 pha
tạp ln20 3 chế tạo từ luận văn này đã trở thành vật liệu quang dẫn ngay ở vùng
khả kiến, tính chất này không có ờ vật liệu riêng rẽ. Với tính chất mới nhận được
này vật liệu hồn hợp Ti-In-O có thể tìm được nhiều ứng dụng trong lĩnh vực pin
mặt trời, cảm biến quang điện và quang xúc tác hoạt động trong vùng khả kiến.
Bản luận văn có cấu trúc chia làm ba chương như sau :
Chương 1 : Tổng quan về T 1O 2 và ImOỉ
Chương 2: Xây dựng thiết bị và thực nghiệm hỗ trợ
Chương 3: Ket quả chế tạo và khảo sát tính chất của màng T 1O 2 pha tạp In
CHƯƠNG 1: TÓNG QUAN VẺ T i 0 2 VÀ ỉn20 3
1 . Một số tính chất lý – hoá của T i0 2.
1 . 1 . Cấu trúc của T i0 2 :
T i0 2 có thể kết tinh dưới 3 dạng thù hình là anatase, rutile và brookit. Mồi
dạng kết tinh có những đặc trưng phổ nhiễu xạ tia X và phổ Raman nhất định.
Tuỳ theo các điều kiện chế tạo mà người ta có thể thu được các pha khác nhau
hoặc cả 3 pha cùng tồn tại. Hai cấu trúc của T i0 2 thường gặp hơn là anatase và
rutile. Chúng có thể được mô tả bàng chuỗi T i0 6 octahedra ( 8 mặt).
Hai cấu trúc này khác nhau bởi sự biến dạng của mồi hình 8 mặt và cách
liên kết giữa các octahedra. cấu trúc ô cơ bản của tinh thể Rutile và Anatase
được đưa ra ở (Hình 1). Mồi ion Ti4+ nằm trong hình tám mặt được bao bọc bởi
6 ion o 2’. Hình tám mặt của pha rutile là không đồng đều do có sự biến dạng
orthohombic (hệ thoi) yếu. Các octahedra của pha antase bị biến dạng mạnh. Vì
vậy, mức đổi xứng của hệ này thấp hơn hệ thoi.
Khoảng cách Ti – Ti trong anatase (3,79 A° và 3,03A°) là lớn hơn trong
rutile(3,57 A° và 2,96 A°). Khoảng cách Ti – o trong anatase (1,394 A° và
1,98A°) là nhỏ hơn trong rutile (1,949 A° và ỉ ,98 A°).
In (N03)3
hoặc InCl3
a = 3.784 A
c = 9.159 °A
Hình 8: Q uy trình
chế tạo và p h a tạp
indium cho vật liệu
Rutiỉ Anatasc
l ỉ ìn h I : c ‘âu trú c ô m ạ n g c ơ han cù a TiOy. ru liìc và
Trong cấu trúc Rutile mỗi octahedra tiếp giáp với mười octahedra lân cận
(hai octahedra chung một cặp oxy ờ góc), ở cấu trúc anatase mỗi octahedra tiếp
xúc với tám octahedra lân cận khác (bổn octahedra chung ở cạnh và bổn
octahedra chung ở góc). Những sự khác nhau này trong cấu trúc mạng của TĨƠ2
là nguyên nhân dẫn tới sự khác nhau về mật độ và cấu trúc vùng điện tử giữa hai
pha anatase và rutile. Điều này rất quan trọng khi chế tạo T 1O2 đơn pha.
Từ những kết luận về cấu trúc tinh thể của anatase và rutile ở trên ta có thể
nhận thấy mật độ xếp chặt của các nguyên tử trong cấu rutile lớn hơn so với cấu
trúc anatase. Như vậy năng lượng cần thiết để hình thành cấu trúc rutile cao hơn
so với anatase hay để chuyển hoá thành rutile thì vật liệu T 1O2 phải trải qua dạng
anatase trước. Sự khác biệt về cấu trúc tinh thể đã tạo nên sự khác biệt về hoạt
tính quang xúc tác của 2 pha.
1.2. Tính chất Vật lý:
– T 1O2 tinh khiết không có màu. Khi chứa tạp chất, T 1O2 có màu sắc đa
dạng, thường là màu nâu đỏ, chuyển dần thành đỏ, đôi khi nó có màu vàng, màu
xanh nhạt hoặc màu tím… Khi làm lạnh, TÌO2 chuyển thành màu trẳng. Khi tăng
nhiệt độ lên cao thì nó chuyển dần thành màu vàng và màu nâu [ 1 1 ].
– Điểm sôi của T 1O2 là ở dưới 3000° c , nóng chảy của T 1O2 là cỡ từ 1560°
c đến 1900°c.
– Nhiệt lượng tạo TÌO2 vô định hình cỡ 215.6 Cals. Nhiệt lượng cúa quá
trình ôxy hoá kim loại cỡ 218.4 Cals.
– Do đặc tính quang học của Anatase là âm trong khi của Brookite và Rutile
là dương nên tinh thể T 1O2 có thể chỉ ra một sự dị thường quang học. Nghiên
cứu Rutile, E. Mallard thấy xuất hiện hai trục dị thường, như đã chỉ ra ờ trên,
ông cho ràng tinh thể thường có dạng đơn tà hoặc hình thoi.
– ơ nhiệt độ thường cả 3 pha cua TÌO2 là Anatase, Rutile, Brookite hau như
khòng dần điện.
– Nhiêu thí nghiệm được thực đê xác định nhiệt độ tạo pha của TiO; đã cho
kôt quả như sau:
+ Trẽn 1040°c thì hình thành pha Rutile
4
+ Trong khoảng 800°c và 1040°c hình thành nên pha Brookite
+ Dưới 800°c hình thành pha Anatase
1.3. Tính chất hoá hoc:
T i 0 2 là vật liệu khá trơ về mặt hóa học [5]. Chúng không tác dụng với nước
và dung dịch loãng của axit (trừ HF) và kiềm. T 1O2 chỉ tác dụng với axit khi đun
nóng lâu và tác dụng với kiềm nóng chảy.
TÌO2 + 6 HF = H2TiF6 + 2 H 20 (10)
T i0 2 + 2 NaOH = Na2T i0 3 + H20 (11)
TÌO2 + Na2C 0 3 = Na2T i0 3 + C 0 2 ( 1 2 )
Do trơ về hóa học, nên TÌO2 được sử dụng làm chất độn cho cao su, bột
màu cho chất dẻo và sơn. T i0 2 được tạo nên khi đốt cháy kim loại Ti trong
không khí hoặc thủy phân hidroxit của Ti (IV) ở nhiệt độ cao.
♦> TÌO2 được nung nóng trong hơi Clo sẽ tạo T1CI3 và khí Oxy.
♦> Không hoà tan trong axit Percloric.
♦> Khi TÌO2 bị đốt cháy trong kiềm Clorua với sự có mặt của Oxy, thì
có sự phân huỷ không đáng kể và khi không có Oxy thì T 1O 2 không có tác dụng
lên Kalyiorua.
❖ Khi nung trong Hydrosunphít thì T 1O2 bị làm toi lại, nhưng màu sê
được phục hôi khi xây khô.
*l* T 1O2 được nung nóng trong Sunphuaclorit sẽ tạo T1CI4
*> Cho hơi Cacbon đisulphide qua T 1O2 nóng sẽ sinh ra c o , CO2 và
TiSOv
*!* Có tác dụng như chât xúc tác trong qúa trình Oxy hóa sulphua
đioxide thành Trioxide.
Trong công nghiệp người ta điêu chế T 1O 2 băng cách đôt cháy T1CI4 trong
khí oxi ờ nhiệt độ 900°c – 1000°c.
T 1CI4 + o 2 = TiO: + 2C Ị (13)
Hoặc băng cách thuy phân Titanvl suníat.
5
1.4. Một số ứng dụng ticu biểu của vật liệu T i0 2
Các khám phá về Ti đã có từ rất lâu, năm 1791 w. Gregor khám phá ra sự
có mặt của Ti nhưng phải hơn ba năm sau, năm 1795, nó mới được M. H.
Klaproth gọi là Titan. Titan có hợp chất bền là T i0 2. Với các tính chất vật lý và
hoá học lý thú đa dạng nên TÌO2 có khả năng ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực từ khoa học, công nghệ môi trường đến những ứng dụng trong cuộc
sổng .
1.4.1 Vật liệu TÌO2 ứng dụng trong quang xúc tác
Năm 1930, khái niệm quang xúc tác ra đời. Trong hóa học dùng để nói
những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng,
hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tổ kích hoạt chất xúc tác, giúp cho
phản ímg xảy ra. Khi có sự kích thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra
cặp điện tử – lồ trống và có sự trao đổi electron giữa các chất hấp phụ thông qua
càu nối là chất bán dẫn.
Có rât nhiêu chât bán dân khác nhau được sử dụng làm chât xúc tác quang
như: T 1O2, ZnO, ZnS, CdS… khi được chiêu sáng có năng lượng photon (hf)
thích hợp, bằng hoặc lớn hơn náng lượng vùng cấm Eg thì sẽ tạo ra các cặp
electron và lỗ trống. Các electron được chuyển lên vùng dẫn (quang electron)
còn các lỗ trổng ở lại vùng hóa trị (hình 2 ).
Các phân tư của chât tham gia phan ứng hâp phụ lên hè mặt chãt xúc tác
• 0 Ti*(3d) Vùng dẫn
E = 3.2 eV Anatase
3.0 eV RutileIV – ray X. < 380 nm Anatase Ầ.<4IOnrn Rutile V t ) ’-(2p) Vùng hoá trị //ìn/ỉ 2: Sơ đô chuyên mức e của TiOj. [13] gồm hú loại: 6 Các phân tử có khả năng nhận e (Acceptor). Các phân tử có khả năng cho e (Donor). Quá trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn nếu các phân tử chất hữu cơ và vô cơ bị hấp thụ trước trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC). Khi đó, các quang electron ở vùng dẫn sẽ chuyển đen nơi có các phàn tử có khả năng nhận electron (A), và quá trình khử xảy ra, còn các lỗ trống sẽ chuyên đến nơi có các phân tử có khả năng cho electron (D) để thực hiện phản ứng oxy hóa: h v + (S C )-*e~ + h * A(ads) + e" —>A“(ads)
D(ads)+h* —>D+(ads)
Hình 3: Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn
Các ion A-(ads) và D+(ads) sau khi được hình thành sẽ phán ứng với nhau
qua một chuồi các phản ứng trung gian và sau đó cho ra các san phẩm cuôi
cùng. Như vậy quá trinh hấp phụ photon của chất xúc tác là giai đoạn khởi đầu
cho toàn bộ chuỗi phán ứng. Trong quá trình xúc tác quang, hiệu suât lượng tử
có thè bị giam bời sự tái kêt hợp cua các electron và lô trông.
7
e“ + h + —> (SC) + E
Trong đó (SC) là tâm bán dẫn trung hòa và E là năng lượng được giải
phóng ra dưới dạng bức xạ điện từ hoặc nhiệt.
Theo đó, khi TÌO2 được hoạt hóa bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp thi
xảy ra sự chuyên điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dần, tại vùng hóa trị có sự hình
thành gốc OH* và R X
Ti02(h + ) + H20 -> OH* +H+ +TiOj
Ti02(li+) + 0H’ ->0H*+Ti02
Ti02(h+)+RX —>RX+ + Ti02
Tại vùng dẫn có sự hình thành của các gốc Ơ 2* và HO2 .
T Í Õ 2 (c ) + 0 2 — ^ ^ 2
o 2~ + h + -> h o *2
2HO*2 ->H20 2 + 0 2
TìG2(e~) + H20 2 —»HO*+HO~ +Ti02
H2O 2 o 2 —̂ O2 + HO * +HO
Tinh thế TÌO2 pha anatase dưới tác dụng của ánh sáng từ ngoại dỏng vai trò
như một câu nôi trung chuyên điện tử từ H?0 sang O 2, chuyên hai chât này
thành dạng O) và OH* là hai dạng có hoạt tính oxy hóa cao có khả năng phân
huy chất hữu cơ thành H20 và C 0 2.
Với đặc tính quang xúc tác như vậy, T 1O2 có thê được ứng dụng đê làm vật
liệu tự làm sạch, xử lý nước và không khí bị ô nhiễm, diệt khuân, nàm, các tê
bào ung thư ….
8
1.4.2. Vật liệu T 1O2 ứng dụng để làm cảm biến
Do có độ rộng vùng cấm lớn Eg= 3,2 eV nên màng T 1O2 được sử dụng như
một cổng cách điện trong transistor trường (FET), hoặc để làm detector đo bức xạ
hạt nhân. TiOo pha tạp SnƠ2 được sử dụng làm cảm biến tia tử ngoại [28].
Khi được pha tạp với một sổ kim loại chuyển tiếp thì vật liệu màng mỏng
với nền là T 1O 2 có năng lượng dị hướng từ cao mô men từ vuông góc với mặt
phẳng. Đây là tính chất rất quý báu của vật liệu ghi từ vuông góc với vật liệu
này có khả năng lưu trừ thông tin với mật độ rất lớn. Màng mỏng từ đa lớp có từ
trở khổng lồ được sử dụng để đo từ trường thấp [26].
Đặc tính xốp của màng T 1O2 làm cho nó có khả năng hấp thụ khí rất tốt và
đã được nhiều nhóm nghiên cứu để làm sensor khí xác định nồng độ hơi rượu.
Màng TÌO2 với cấu trúc pha rutile nhạy khí O2 nên được sử dụng để xác định
nồng độ O2 trong các lò luyện kim.
Ngoài ra, TÌO2 còn được sử dụng để xác định nồng độ các chất khí độc có
trong môi trường như c o , NO…
1.4.3. Vật liệu T 1O2 ứng dụng để làm pin mặt tròi:
Con người sổng trong kỷ nguyên của công nghiệp đã phủi sử dụng rất nhiều
năng lượng từ các nguồn khác nhau nhưng chủ yếu vẫn là khai thác và sử dụng
các dạng năng lượng hoá thạch. Các dự báo cho biết năng lượng cần cho cả hành
tinh sẽ tăng gấp đôi trong vòng 50 năm tới lúc đó nguồn dự trừ dưới dạng hoá
thạch sẽ bị cạn kiệt. Thời gian để tìm kiếm một nguồn năng lượng mới còn rất
ngắn. Mặt khác do việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch đã tạo ra hiệu
ứng nhà kính với những hệ quả tai hại không thê lường trước được.
Đe có thê phát triên bền vừng, chúng ta cần phải thoát khỏi sự lệ thuộc vào
nguồn năng lượng hoá thạch sẽ cạn kiệt sau 50 năm nữa. Giới khoa học trông
cậy vào nguồn năng lượng tái tạo.Trong đó quan trọng nhât là năng lượng mặt
trời. Chúng ta rất may mẩn là hàng năm Trái đất luôn nhận được một nguồn
năng lượng từ Mặt trời là 3.10 J, nhiều hơn khoảng 10.000 lần tổng số năng
lượng con người tiêu thụ hiện nay. Chi cân thu lây năng lượng mặt trời chiêu
xuống 0 , 1% diện tích bề mặt trái đất và chi cần một hiệu suất chuyển đổi khiêm
tổn là 1 0 % thành điện năng chúng ta đã thoả màn hoàn toàn nhu cầu năng lượng
cua toàn thể loài người. Đâv là nguồn năng lượng tại chồ, vô tận và siêu sạch,
9
không làm mất cân bằng sinh thái ở quy mô toàn cầu. Đây chính là cứu cánh cho
mục tiêu phát triển bền vừng và trường tồn của nhân loại trên trái đất.
Có nhiều cách sử dụng và chuyển hóa năng lượng mặt trời, nhưng chỉ có
pin mặt trời là dụng cụ chuyển hoá trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện và là
phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời ưu việt nhất, tiện lợi nhất. Tuy nhiên
pin mặt trời truyền thống được chế tạo từ chất Silic tinh khiết với một quy trình
công nghệ phức tạp và tốn kém. Vì vậy chúng chỉ được sử dụng trong phạm vi
rất hạn chế như trong các con tàu vũ trụ, trong các ngôi nhà đắt tiền,…mà không
thể tham gia vào việc giải bài toán năng lượng như đã nêu. Việc tìm kiếm các
giải pháp thay thế đã và đang được tiến hành rộng dãi trên quy mô toàn cầu,
trong đó trọng tâm là tìm kiếm các hệ vật liệu dùng làm pin cho hiệu suất
chuyên đôi cao, dễ chế tạo và giá thành rẻ. Một trong những loại vật liệu như
vậy đang thu hút được nhiều sự quan tâm hiện nay đó là vật liệu nano T i0 2.
Màng mỏng T i0 2 nano xốp có bề mặt hấp thụ tăng lên đến khoảng 1000 lần, sử
dụng làm điện cực của pin mặt trời quang điện hóa. c ấ u tạo đơn giản, dễ chế
tạo giá thành thấp, dễ phổ cập rộng rãi, đây là một giải pháp đầy hứa hẹn về
năng lượng môi trường cho tương lai.
Cấu tạo pin quang điện hóa
Cực âm gồm 1 lớp m àng T i 0 2 dầy 1 0 |im, được chế tạo trên màng
dan điện trong suốt S n ơ 2 hoặc ZnO.
Cực dương gồm có lớp m àng Pt dầy khoảng 10 nm, được chế tạo
trên màng dẫn điện trong suốt SnƠ 2 hoặc Z nO … không gian giữa hai
điện cực được lấp đầy bàng dung dịch điện ly với cặp Oxy hóa khử r/I3
Hai cực trong suốt được nối với mạch ngoài tạo thành pin quang điện
(hình 4).
10
P h o t o n
ptiù ueii
ítiiiv nali
pb.il (ten
tb.il> tiuli
Cliu iLllcLl
/ V *N
1 I • ‘■ « v m ‘ ******
Ị Ti<>? [Hatiuau *< .V 1 clcctron Hình 4: cấ u trúc của pin quang điện hóa[25] N guyên lý hoạt động Điện cưc thu Khuyếch tán 0 Lớp dàn điêa troag suốt Ti02 đả hoat hóa màu Chất đíôa ly Hỉnh 5: Sơ đồ nguvên lý hoạt động cùa pin mặt trời quang điện Khi chiếu ánh sáng vào, chất màu sẽ phát sinh điện từ và lỗ trống. Dưới tác dụng của điện trường nội tại Ej sinh ra ở mặt tiếp xúc giữa ỉ 1 m àng T iO : và dung dịch điện ly, điện tử sẽ chuyên động ngược chiều với từ trường E, ra mạch ngoài. Lỗ trống sẽ kết hợp với chất khử của dung dịch chất điện ly để tạo thành chất Oxy hóa. Chính chất Oxy hóa này sẽ bị khử trở bởi các điện tử từ mạch ngoài ở cực góp thành chất khử, tạo thành mạch kín theo sơ đồ như hình 5. 2. Một số tính chất lý - hoá của ln 20 3 [14). 2.1. Các tính chất vật lý: ln20 3 dạng bột có màu vàng sáng; tinh thể lập phương, tồn tại cả hai dạng tinh thể và vô định hình, dạng vô định hình có màu vàng nhạt và có thể chuyển thành dạng tinh thể khi nung ờ các nhiệt độ cao, khổi lượng riêng là 7.18g/cm3, nóng chảy ờ khoảng 2 0 0 0 °c, không tan trong nước, dạng vô định hình tan trong các axit vô cơ, Dạng tinh thể tan ít trong các axit. 2.2. Các tính chất hóa hoc: Khi nung ở nhiệt độ từ 450°c đến 500°c trong điều kiện dư hydro, In2Ơ3 biến đổi thành Indium kim loại: ln20 3 + 3H2 —» 2In + H20 In2Ơ3 tan trong H2SO4: In203 + 2H2SƠ4 -> In2 (S 0 4)3 + 3H20
2.3. Điều chế:
I112O3 có thể thu được bằng cách nung In trong không khí hoặc oxi:
4ỉn + 3 0 2 -> 2 In2Oj
Hoặc bàng cách nung khô indium hydroxide, nitrate, hoặc earbonate ờ nhiệt
độ cac:
2ỉn (OH) 3 —» ln20 3 + 3H20
2In (N 03), -> ln20 3 + 6 NO:
I r 1 (c 03)-Ị —> I n 1O3 + 3 c 0″»
12

Tác giả

Dương Đình Thuận

Nhà xuất bản

ĐHCN

Năm xuất bản

2008

Người hướng dẫn

Phạm Văn Nho

Định danh

V_L0_01620

Kiểu

text

Định dạng

text/pdf

Chủ đề

Khoa học vật liệu,Màng Nano TiO2,Thành phần In,Vật liệu Nanô

Nhà xuất bản

Khoa vật lý kỹ thuật và công nghệ nano,

Trường đại học Công nghệ

Các đánh giá

Hiện chưa có đánh giá cho sản phẩm.

Hãy là người đầu tiên đánh giá “Ảnh hưởng của thành phần In đến tính chất của màng Nano TiO2”

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *