Chuyên đề vật lí ỨNG DỤNG MÀNG QUANG học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHTN BỘ MƠN VẬT LÍ ỨNG DỤNG Seminar: MÀNG QUANG HỌC GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU HVTH: NGUYỄN ĐỨC AN NGUYỄN ĐỨC THỊNH 6/20/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nội dung trình bày • • • • • • A Thịnh trình bày: I Giới thiệu chung màng quang học II Phổ UV – Vis III UV – Vis spectrophotometer IV Phương pháp Swanepoel B An trình bày: V Phương pháp Stylus VI Phương pháp xác định tính chất quang xúc tác 6/20/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I Giới thiệu chung màng mỏng quang học • Khái niệm “mỏng” màng mỏng quang bề dày màng tương đương với bước sóng ánh sáng mà ta quan tâm • Nhóm 1: ánh sáng truyền tới song song với mặt phẳng đế, màng mỏng quang học trường hợp đóng vai trị dẫn sóng quang Tín hiệu ánh sáng thay tín hiệu điện thơng tin máy vi tính • Nhóm 2: ánh sáng truyền vng góc với mặt phẳng phản xạ quang Các ứng dụng gồm màng chống phản xạ AR, kính lọc filter, gương hiệu suất cao, phận tách chùm tia… Đây màng mà 6/20/2011 quang tâm seminar LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một số vật liệu tạo màng thông dụng 6/20/2011 Vật liệu Chiết suất MgF2 SiO2 ThF4 Al2O3 CeF3 PbF2 MgO Y2O3 SiO HfO2 ZrO2 Ta2O5 CeO2 TiO2 1.38 550 nm 1.46 550 nm 1.52 400 nm 1.59 – 1.63 600 nm 1.63 550 nm 1.70 1000 nm 1.70 550 nm 1.82 550 nm 2.00 550 nm 2.00 550 nm 2010 550 nm 2.16 550 nm 2.18 – 2.42 550 2.20 – nm 2.70 550 nm Vùng truyền suốt 0.210 – 10 µm 0.2 – µm 0.2 – 15 µm 0.2 – µm 0.3 – µm 0.24 – 20 µm 0.2 – µm 0.25 – µm 0.5 – µm 0.220 – 12 µm 0.340 – 12 µm 0.300 - 10µm 0.400 – 16 µm 0.350 – 12 µm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II.Phổ UV - Vis II.1 Thang sóng điện từ: 6/20/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II.2 Nguồn gốc phổ UV – Vis 6/20/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II.3 Định luật Lambert – Beer 6/20/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III Thiết kế hệ spectrophotometer 6/20/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III.1 Nghuồn kích thích 6/20/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III.2.Hệ đơn sắc 6/20/2011 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mẫu 45 Tmax= 90.2% Tmin= 68.9% Hình 2.4: Phổ truyền qua màng mỏng TiO2 chế tạo với thông số:h=4cm, Ip=0.5A, p=13 mtorr, tỉ lệ O2/Ar 0.06 d=544nm, n=2.29 6/20/2011 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V.PHƯƠNG PHÁP STYLUS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP STYLUS I Sơ lược cấu tạo II Nguyên lý hoạt động II Ưu nhược điểm phương pháp STYLUS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP STYLUS CẤU TẠO Bộ phận •camera •đầu dò •cảm biến •đế LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP STYLUS NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER biến áp biến thiên tuyến tính thẳng TÍN HIỆU AC LVDT MẪU CHUYỂN ĐỔI A/D ĐẾ MÁY TÍNH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP STYLUS LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐO ĐỘ DÀY MÀNG MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP STYLUS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP STYLUS a.Ưu điểm: - Đây phương pháp phổ biến để đo độ dày màng - Phương pháp đo cách trực tiếp độ dày màng không thông qua việc đo độ truyền qua…Do xác định độ dày màng cách nhanh chóng, tiết kiệm thời gian cơng sức - Tính độc lập bề mặt: Trên sở lập luận mũi dò phải tiếp xúc với bề mặt, phương pháp không bị ảnh hưởng hệ số phản xạ hay màu sắc bề mặt b Nhược điểm: - Rõ ràng việc tiến hành q trình đo với lực tác động nhỏ đầu dò điều đáng mơ ước Việc sử dụng lực mũi dị q nhỏ tiếp xúc mũi dị với bề mặt q nhỏ khơng đủ để mũi dị cảm ứng bề mặt làm cho kết đo khơng xác Và tất nhiên dẫn đến việc làm giảm độ tin cậy giá trị đo Để giải vấn đề địi hỏi phải có mơi trường “tĩnh”: khơng nhiễm bẩn, khơng tiếng ồn - Ngược lại sử dụng lực đầu lớn gây hao tổn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com GIỚI THIỆU VI.Phương pháp xác định tính quang xúc tác ° Đặc điểm: không độc hại, xúc tác rẻ tiền, oxi hoá hoàn toàn chất hữu cơ, tái sử dụng…… ° Cơ chế e  O2  O2 H2O  H   OH h  OH OH  OH  RH  CO2  H2O Hình 2: Cơ chế phản ứng quang xúc tác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI.Phương pháp xác định tính quang xúc tác Cách đo -Màng mỏng TiO2 cắt thành mẫu đo theo kích thước 23 x mm Đánh dấu vị trí đo màng -Đo độ truyền qua ban đầu màng máy quang phổ kế -Ngâm mẫu vào dung dịch MB nồng độ 1mM pha trước 1h Chú ý để mặt có màng phía để tiếp xúc tốt với dung dịch MB Hình 2.3 Máy quang phổ kế Máy sử dụng để đo độ truyền qua, độ hấp thụ,nồng độ dung dịch hay độ truyền qua, độ hấp thụ màng mỏng -Sau 1h lấy mẫu ra, dùng vải lau nhẹ dung dịch đọng lại màng để màng vào hộp, đậy kín lại 30 phút LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cách đo -Sau 30 phút, tiến hành đo mẫu Chú ý bật đèn UV khởi động máy đo trước 10 phút để flux đèn giá trị máy ổn định -Đo độ truyền qua màng (sau để khơ) giá trị Ti Sau để màng vào đèn tử ngoại để chiếu UV, cách quãng phút lấy màng đo độ truyền qua gia trị Tf Để hướng mặt có màng TiO2 vào bên khe chiếu để nhận trực tiếp ánh sáng tử ngoại -So sánh độ truyền qua ánh sáng 650 nm trước (Ti) sau (T­f) chiếu xa UV ta thu lượng MB bị phân hủy: ABS  ln T f / Ti  ΔABS : lượng MB bị phân hủy Ti : độ truyền qua màng trước chiếu UV Tf : độ truyền qua màng sau chiếu UV LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI.Phương pháp xác định tính quang xúc tác Máy quang phổ Biến Đèn Kết đo Mẫu ngâm MB Sơ đồ bố trí hệ đo quang xúc tác Hình Mạch đo gồm đèn máy biến LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ứng Dụng Các Phép Đo Tìm bề dày tối ưu màng TiO2 để màng có tính quang xúc tác tốt Bảng Tên Mẫu Bề dày (nm) Kích thước hạt (nm) N18 200 Vơ định hình 0.03 M45 335 0.140, A(101) 0.16 M47 360 0.138, A(101) 0.2 M35 450 0.178, A(101) 0.12 M37 600 A(004),A(101) 0.09 M32 750 A(004),A(101) 0.08 ABS khảo sát phân hủy MB phụ thuộc vào bề dày màng tìm kết bảng Hình 1:Phổ nhiễu xạ tia X màng TiO2 với bề dày khác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tìm bề dày tối ưu màng TiO2 để màng có tính quang xúc tác tốt • • Từ bảng ta nhận thấy, màng có bề dày khoảng 360nm có độ phân hủy MB cao Kết hợp phổ nhiểu xạ Tia X-hình 1, ta rút kết luận rằng, màng có bậc tinh thể anatase thấp ứng với bề dày ngưỡng ~360nm có tính quang xúc tác tốt – Điều giải thích rằng: màng có cấu trúc tinh thể vơ định hình bề dày nhỏ bề dày ngưỡng, diện tích hiệu dụng bề mặt nhỏ nên quang xúc tác – Khi bề dày lớn bề dày ngưỡng, chiều dài khuyếch tán bị giới hạn, cặp điện tử lỗ trống độ sâu khơng có hội tới bề mặt trước bị tái hợp Vì vậy, màng đạt bề dày ngưỡng, giảm tối đa số điện tử, lỗ trống bị tái hợp trước khuyếch tán đến bề mặt Ngoài ra, bề dày ngưỡng đủ lớn để hình thành nên tinh thể Anatase LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... chung màng mỏng quang học • Khái niệm “mỏng” màng mỏng quang bề dày màng tương đương với bước sóng ánh sáng mà ta quan tâm • Nhóm 1: ánh sáng truyền tới song song với mặt phẳng đế, màng mỏng quang. .. quang học trường hợp đóng vai trị dẫn sóng quang Tín hiệu ánh sáng thay tín hiệu điện thơng tin máy vi tính • Nhóm 2: ánh sáng truyền vng góc với mặt phẳng phản xạ quang Các ứng dụng gồm màng. .. cao, phận tách chùm tia… Đây màng mà 6/20/2011 quang tâm seminar LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một số vật liệu tạo màng thông dụng 6/20/2011 Vật liệu Chiết suất MgF2 SiO2