Luân văn nghiên cứu về vật liệu compozit và nanocompozit

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung vật liệu compozit nanocompozit 1.1.1 Vật liệu compozit (VLC) 1.1.1.1 Định nghĩa VLC vật liệu tạo thành từ hai vật liệu trở lên có chất khác Vật liệu tạo thành có đặc tính ưu việt đặc tính vật liệu thành phần xét riêng rẽ Có thể định nghĩa vật liệu compozit vật liệu gồm nhiều pha khác mặt hoá học không tan vào phân cách với ranh giới pha, kết hợp lại nhờ khoa học kỹ thuật theo sơ đồ thiết kế trước nhằm tận dụng tính chất tốt pha vật liêu Trong thực tế compozit phần lớn loại pha gồm pha pha liên tục toàn khối, cốt pha phân tán Trong compozit đóng vai trị chủ yếu mặt sau: liên kết toàn phần tử cốt thành khối compozit thống nhất, tạo khả để tiến hành phương pháp gia công compozit thành chi tiết theo thiết kế che phủ, bảo vệ cốt tránh hư hỏng tác động hố học, học mơi trường Ngồi phải nhẹ có độ dẻo cao Cốt đóng vai trò tạo độ bền modun đàn hồi cao cho compozit, đồng thời cốt phải nhẹ để tạo độ bền riêng cao cho compozit [3] Đối với compozit liên kết tốt cốt vùng ranh giới pha yếu tố quan trọng đảm bảo cho kết hợp đặc tính tốt pha Tính chất compozit phụ thuộc vào chất nền, cốt, khả liên kết cốt q trình cơng nghệ sản xuất Nền compozit nói chung sử dụng từ polyme, kim loại, gốm hỗn hợp nhiều pha Nhưng phạm vi luận văn này, đề cập đến compozit có polyme, polyme làm cho compozit loại nhựa nhiệt dẻo: PP, PE, PS, ABS, PVC…độn trộn với nhựa, gia công máy ép phun trạng thái nóng chảy Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công áp suất nhiệt độ cao, riêng với epoxy polyester khơng no tiến hành điều kiện thường, gia công tay (hand lay- up method) Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có tính cao nhựa nhiệt dẻo Ngồi cịn có elastome vật liệu tổ hợp polyme ( polyme blend) Compozit cốt sợi loại compozit có độ bền riêng mơ đun đàn hồi riêng cao Tính chất compozit cốt sợi phụ thuộc vào phân bố định hướng sợi kích thước hình dạng sợi Những loại sợi thường dùng để chế tạo compozit cốt sợi sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi polyme sợi kim loại Ngoài người ta dùng hay nhiều loại sợi (cốt sợi pha) 1.1.1.2 Một số chất gia cường phổ biến Các polyolefin không phân cực, kỵ nước, có tính chất lý ban đầu không cao nên việc ứng dụng thực tế gặp khó khăn Do sản phẩm từ nhựa PP, HDPE, LDPE, LLDPE thường sản suất dạng compozit phối hợp pha nhựa polyolefin vật liệu gia cường vô phối trộn q trình gia cơng Mỗi loại chất gia cường với hàm lượng thích hợp nâng cao số tính vật liệu Các chất gia cường thường sử dụng giới thiệu [15] a Than hoạt tính Than hoạt tính kỹ thuật sản phẩm cháy khơng hồn tồn hợp chất hyđrocacbon, phân thành nhóm chính: than lị, than nhiệt phân, than máng Than hoạt tính chất gia cường chủ yếu công nghiệp, có mặt than hoạt tính hợp phần với hàm lượng cần thiết làm tăng tính chất lý vật liệu: độ bền kéo đứt, xé rách, khả chống mài mịn, độ cứng… Than hoạt tính sản xuất đa dạng Khả tăng cường tính chất cho vật liệu định cấu trúc hoá học, mức độ phân tán khối lượng riêng than b Silic đioxit (SiO2) Trong loại chất gia cường vô sử dụng công nghiệp, SiO chất gia cường tăng cường có hiệu cao SiO đưa vào vật liệu dạng bột mịn, điều chế phương pháp ướt phương pháp sương mù Kết số cơng trình nghiên cứu sử dụng SiO gia cường vật liệu polyme cho thấy tính chất lý khả cách điện vật liệu cải thiện đáng kể [11] Bột SiO2 sử dùng chất tăng cường độ trắng tốt cho vật liệu polyme nói chung c Một số chất gia cường khác Ngoài số chất gia cường trên, có số chất gia cường như: sợi carbon, sợi thủy tinh (glass fiber) sợi Kevlar ba loại sợi gia cố thơng dụng dùng để tăng tính composite mà tiêu biểu độ cứng (stiffness), độ bền (strength) độ dài (toughness) Ba loại sợi có tính khác loại có tỷ trọng nhẹ thép 1.1.2 Vật liệu polyme nanocompozit (PNC) 1.1.2.1 Định nghĩa Vật liệu PNC có loại polyme cốt hạt độn khoáng thiên nhiên hạt tổng hợp nhân tạo có kích thước hạt khoảng 1- 100 nm (kích thước nano) Nền sử dụng chế tạo PNC đa dạng, phong phú, bao gồm nhựa nhiệt dẻo nhựa nhiệt rắn Các polyme thường sử dụng chế tạo PNC là: nhựa polyetylen( PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyester, nhựa epoxy, nhựa polystyrene (PS), cao su thiên nhiên, cao su butadiene… Trong chế tạo PNC nay, đa phần cốt dùng dạng hạt Sau số loại hạt thường sử dụng: Khoáng thiên nhiên: chủ yếu đất sét vốn hạt silicat có cấu tạo dạng lớp montmorillonite, vermiculite, fluoromica, bentonit kiềm tính, hạt grafit,… Các hạt độn thu từ đường nhân tạo: thường hạt tinh thể CdS, PbS, CaCO3, bột than, … 1.1.2.2 Đặc điểm vật liệu PNC Với pha phân tán loại bột có kích thước nano nên chúng phân tán tốt vào polyme, tạo liên kết mức độ phân tử pha với nên chế tương tác khác hẳn với compozit thông thường Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào pha tác dụng lực bên tác động, làm tăng độ bền cuả vật liệu, đồng thời làm cho vật liệu ổn định nhiệt độ cao [34] Do kích thước nhỏ mức độ phân tử nên kết hợp với pha tạo liên kết vật lý tương đương với liên kết hố học, cho phép tạo vật liệu có tính chất mới, ví dụ tạo polyme dẫn có nhiều ứng dụng thực tế Vật liệu độn có kích thước nhỏ nên phân tán pha tạo cấu trúc đặc, có khả dùng làm vật liệu bảo vệ theo chế che chắn tốt Hầu hết vật liệu PNC có tính chống cháy cao so với vật liệu polyme compozit tương ứng Cơ chế khả chống cháy toàn vật liệu cấu trúc than hình thành trình cháy, lớp than trở thành hàng rào cách nhiệt tốt cho polyme, đồng thời ngăn cản hình thành thất chất bay q trình cháy Tóm lại, nhờ kích thước nhỏ hạt phân tán pha vật liệu PNC tạo vật liệu có tính chất tốt hẳn so với vật liệu compozit thông thường 1.1.2.3 Các phương pháp chế tạo a Phương pháp chế tạo dung dịch - Là trình phản ứng tiến hành dung môi - Ưu điểm phương pháp: + Phản ứng xảy dung dịch nên nhiệt phản ứng điều hòa, tránh tượng nhiệt cục + Khi phản ứng kết thúc sản phẩm tạo thành dung mơi nên dễ dàng xử lí tiếp + Phương pháp thuận tiện cho trình nghiên cứu động học chế phản ứng - Nhược điểm: + Giá thành sản phẩm cao + Gây ô nhiễm môi trường + Không tạo sản phẩm có kích thước lớn, tốn dung mơi b Phương pháp tổng hợp từ monome Nguyên liệu ban đầu monome monome hóa ghép vào mạch đại phân tử lớn khác thiết bị phản ứng - Nhược điểm: trình trùng hợp diễn phức tạp nên khó kiểm sốt - Ưu điểm: có nhiều phương pháp dùng monome để chế tạo vật liệu phương pháp trùng hợp khối, trùng hợp nhũ tương… c Phương pháp trộn nóng chảy Là trình chất ban đầu trộn khoảng nhiệt độ gia công polyme thiết bị gia công polyme: máy trộn, máy cán ép… - Ưu điểm: + Hạn chế ô nhiễm môi trường sử dụng dung mơi + Giảm chi phí sản xuất + Dễ dàng tiến hành thiết bị gia cơng chất dẻo sẵn có nhà máy - Nhược điểm: + Phản ứng xảy trạng thái nóng chảy nên nhiệt phản ứng khơng nhanh + Áp suất monome độ sâu khối polyme nhiệt tạo nên ứng suất nội làm cho tính đồng tính chất lý giảm có tạo nên nhiều bọt rạn nứt [17] Phương pháp trộn nóng chảy đánh giá phương pháp hiệu sử dụng kỹ thuật gia công chất dẻo (trộn, đùn) thông thường, dễ điều khiển chất lượng sản phẩm theo yêu cầu định trước thân thiện với môi trường không cần sử dụng dung môi giảm độ lớn pha thành phần Trong luận văn sử dụng phương pháp để chế tạo vật liệu nanocompozit PP/TiO2 1.2 Vật liệu nanocompozit PP/TiO2 1.2.1 Polypropylen (PP) PP polyme sản xuất tiêu thụ với tốc độ lớn giới Nhu cầu PP giới tăng với tốc độ 6,8%/năm Tỷ lệ vận hành công suất đạt mức cao (90%) Năm 2007, công suất PP toàn cầu đạt 49 triệu tấn, với nhu cầu 44 triệu Các nước Đông Bắc Á, Tây Âu Bắc Mỹ chiếm 70% nhu cầu toàn cầu Nhu cầu PP thị trường Ấn Độ tăng 13%, nước SNG Ban Tích tăng 11%, nước Đông Bắc Á tăng 9% [30] Trong năm 2008, tiêu thụ PP chiếm 24% nhựa nhiệt dẻo giới Trong năm tài 2008 - 2009, 4,4 triệu công suất PP vào vận hành giới, riêng khu vực Trung Mỹ chiếm 2,8 triệu Một báo cáo nghiên cứu thị trường gần cho biết, năm 2010 dự kiến tiêu thụ PP đạt 51 triệu Đúc áp lực lĩnh vực tiêu thụ lớn lượng PP ngày phát triển nhanh với tốc độ 6,4%/ năm Khu vực châu Á - Thái Bình Dương có thị trường PP lớn Năm 2007 khu vực tiêu thụ khoảng 16,8 triệu tấn, Mỹ châu Âu Ước tính chung khu vực chiếm khoảng 75% lượng tiêu thụ PP giới Trung Quốc nhà nhập PP lớn thúc đẩy thị trường PP, Ấn Độ Ngành công nghiệp PP chứng kiến xuất nhà sản xuất mới, chân nhà sản xuất Đa số nhà sản xuất có công ty riêng Trung Đông, đặc biệt Ả Rập Xêút Theo dự báo, tốc độ sử dụng cơng suất sản xuất PP tồn cầu 80 - 85% Các nhà sản xuất PP lớn thị trường gồm: Basell Polyolefins, Borealis A/S, Innovene, Cơng ty Hóa chất Dow, Equistar Chemicals, Cơng ty Hóa chất Exxon Mobil, Reliance Industries Ltd., Saudi Basic Industries Corporation (SABIC), Sunoco Chemicals… Nhựa ngành cơng nghiệp non trẻ Việt Nam có tốc độ tăng trưởng cao kinh tế Theo thống kê, tốc độ tăng trưởng ngành 10 năm qua mạnh với tốc độ tăng trưởng bình quân 15-20 %, đặc biệt giai đoạn từ 2006- 2008 tốc độ tăng trưởng bình quân ngành nhựa Việt Nam 30 % Do ảnh hưởng khủng hoảng kinh tế giới, tốc độ tăng trưởng ngành nhựa năm 2009 đạt 15 % so với năm 2008 năm 2010 tốc độ tăng trưởng đạt 15 % Tuy nhiên so với nước khác, số chất dẻo đầu người Việt Nam thấp Mức tiêu thụ đầu người năm 2005 đạt 25 kg, mục tiêu phấn đấu đến năm 2010 đạt 40 kg/người Ngành nhựa Việt Nam tập trung đầu tư phát triển vào nhóm ngành chính: nhóm sản phẩm nhựa bao bì (chiếm 39 %), sản phẩm nhựa dùng vật liệu xây dựng (chiếm 21 %), nhựa gia dụng (21 %) nhóm sản phẩm nhựa kỹ thuật cao chiếm 19 % Việt Nam phấn đấu đưa sản lượng toàn ngành năm 2010 lên 4,2 triệu tấn/năm [2, 37, 39] Mặc dù tốc độ xuất hàng nhựa Việt Nam phát triển mạnh, xếp số nước Đông Nam Á Philipine, Indonesia… ngành nhựa Việt Nam phải nhập 80- 90 % nguyên liệu đầu vào Các nguyên liệu thường sử dụng: PP, PE, PVC, PET, ABS…Trong đó, PE PP sử dụng chủ yếu cho bao bì đồ gia dụng PVC sử dụng cho ngành công nghiệp vật liệu xây dựng như: ống nước, ốp tường, vải giả gia, áo mưa… Trong nước có doanh nghiệp sản xuất nguyên liệu đầu vào cho ngành nhựa: Công ty TPC Vina, Cơng ty Nhựa & hóa chất Phú Mỹ nhà máy Cơng ty hóa chất LG Vina với tổng công suất đạt khoảng 400.000 tấn/năm, tồn phần ngun liệu cịn lại phụ thuộc vào nhập Hiện nay, nhiều dự án nguyên vật liệu cho ngành nhựa đầu tư sản xuất nhà máy sản xuất PP1, PP2, nhà máy sản xuất PE… dự án đạt tiến độ đến hết năm 2010 nâng tổng cơng suất lên thêm 1,2 triệu tấn/năm Đặc biệt ngày 25/8/2010 nhà máy sản xuất PP với công suất 150000 tấn/năm tỏ hợp lọc hóa dầu Dung Quất vào hoạt động Việc nhà máy sản xuất PP hoạt động giúp Việt Nam chủ động nguồn nguyên liệu góp phần vào phát triển chung ngành nhựa Việt Nam Bảng 1.1 Các dự án sản xuất nguyên liệu giai đoạn 2001-2010 1.2.1.1 Định nghĩa [11] PP nhựa nhiệt dẻo sản xuất q trình polyme hóa phân tử PP để tạo thành mạch phân tử polyme dài Có nhiều cách khác để liên kết monome lại, sản phẩm thương mại PP, cách phổ biến sử dụng hệ xúc tác để chế tạo mạch polyme tinh thể Điều tạo sản phẩm dạng bán tinh thể có tính chất vật lý, học, tính chất nhiệt tốt, tương ứng với dạng isoatactic PP (dạng tinh thể) Ngoài q trình sản xuất PP, cịn xuất dạng PP có độ mềm, sử dụng chất bám dính, chúng có tính chất nhiệt tính chất Đó dạng atactic PP (khơng tinh thể) (a-PP) Cấu tạo: 1.2.1.2 Tính chất a Tính chất lý nhiệt (độ bền nhiệt) - Nhiệt độ nóng chảy cao tnc= 160 ÷170 oC - Ổn định 150 oC tác dụng ngoại lực - Chịu nước sôi lâu, không biến dạng - Ở 155 oC, PP thể rắn, đến gần nhiệt độ nóng chảy PP chuyển sang trạng thái mềm (như cao su) - Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy đến 120 oC, PP bắt đầu kết tinh nhiệt độ kết tinh cao b Khả chịu ánh sáng mặt trời Do có nguyên tử H C bậc linh động nên PP dễ bị oxi hóa, lão hóa Với PP khơng có chất ổn định ánh sáng khuếch tán ổn định tính chất năm Tuy nhiên có ánh sáng trực tiếp sau vài tháng bị giịn phá hủy Với PP có chất ổn định (hoặc dùng muội than %) ánh sáng trực tiếp (tia cực tím) sau năm tính chất không thay đổi, bền 20 năm c Độ bền hóa học Ở nhiệt độ thường, PP khơng tan dung môi hữu cơ, tiếp xúc lâu, mà cacbuahydro thơm clo hóa Nhưng nhiệt độ 80 oC PP bắt đầu tan loại dung môi Polyme có độ kết tinh lớn bền hóa chất polyme có độ kết tinh bé 1.2.1.3 Các dạng PP điển hình [11]  Các dạng cấu trúc điển hình mạch PP Đặc trưng trạng thái rắn PP xuất monome propylen bất đối xứng hình dạng Điều khác biệt monome etylen có nhóm methyl gắn vào cacbon olefin Bản chất bất đối xứng monome propylen tạo nhiều khả cho việc liên kết chúng lại với mạch polyme làm tăng đồng phân cấu trúc đồng phân lập thể mạch PP Hiện tượng đồng phân lập thể xảy PP propylen liên kết với nhiều cách khác nhau, nhóm methyl đặt kiểu xếp không gian theo cách theo cách khác mạch polyme Isotactic polyme PP (i-PP): Là PP có nhóm metyl nằm phía mạch Cách xếp gọi xếp “đẳng cấu” PP có dạng mạch thường dạng bán tinh thể Syndiotactic polyme PP (s-PP): Là PP có nhóm metyl xếp luân phiên phía mạch chúng kiểu xếp gọi kiểu xếp “syndiotactic” Mỗi mạch có cách xếp đồng lặp lại cách đối xứng nhóm metyl điều tạo nên dạng ô tinh thể đơn vị khác trạng thái rắn Atactic polyme PP (a-PP): Là PP có nhóm metyl xếp ngẫu nhiên dọc theo mạch tạo đối xứng nhỏ khơng có polyme với dạng xếp biết đến dạng polypropylen “atactic” (bất đẳng cấu- không điều hịa)  Các dạng PP điển hình Là dạng điển hình nhựa nhiệt dẻo, tính chất chủ yếu PP có liên quan đến độ dài trung bình mạch polyme khoảng phân bố độ dài mạch polyme sản phẩm nhận Ở trạng thái rắn, tính chất chủ yếu vật liệu polyme phản ánh dạng số lượng vùng kết tinh vơ định hình hình thành từ mạch polyme PP bán tinh thể nhựa nhiệt dẻo bao gồm pha tinh thể pha vô định hình Lượng tương đối pha phụ thuộc vào đặc trưng cấu trúc hình học lập thể mạch polyme điều kiện khác mà chuyển hóa thành thành phẩm sợi, màng dạng hình học khác trình sản xuất q trình đùn, ép nóng… PP có tính chất vật lý, tính chất tính chất nhiệt tốt sử dụng nhiệt độ phòng PP tương đối cứng, có điểm nóng chảy cao, tỉ khối thấp, có khả chống va đập tương đối tốt Những tính chất thay đổi cách đơn giản, việc Hình 1.1 Cấu trúc n-TiO2 dạng anatase rutile Cấu trúc dạng tinh thể anatase rutile thuộc hệ tinh thể tetragonal (tinh thể bốn phương) Cả dạng tinh thể tạo nên từ đa diện phối trí TiO6 cấu trúc theo kiểu bát diện (hình 1.1), đa diện phối trí xếp khác khơng gian Tuy nhiên tinh thể anatase đa diện phối trí mặt bị biến dạng mạnh so với rutile, khoảng cách Ti-Ti ngắn khoảng cách Ti-O dài Điều ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử hai dạng tinh thể, kéo theo khác tính chất vật lý hóa học Đa diện phối trí TiO2: Hình 1.2 Tinh thể n-TiO2 Ngay hệ tetragonal, gắn kết khác đa diện phối trí mà tính chất anatase rutile có khác nhau, bảng 1.2 cho ta thông số vật lý hai dạng thù hình 1.2.2.2 Một số tính chất vật lý TiO2 [14] Bảng 1.2: Thông số vật lý anatase rutile Thông số vật lý Anatase Rutile Hệ tinh thể Tetragonal Tetragonal Thông số mạng a,b (Ao) 3,758 4,58 c (Ao) Khối lượng riêng (g/cm3) 9,5 3,895 2,95 4,25 Độ khúc xạ 2,52 2,71 5,5 – 6,0 6,0- 7,0 31 114 Ở nhiệt độ cao chuyển 1858 Độ cứng ( Thang Moh) Hằng số điện mơi Nhiệt độ nóng chảy (oC) sang dạng rutile a Độ bền nhiệt Rutile có độ bền nhiệt động học số dạng tinh thể điển hình TiO2 Điều thấy, với anatase brookite có xếp nâng nhiệt độ lên 750oC 915 oC tương ứng để chuyển thành rutile Cách biến đổi ổn định để đạt đến điểm nóng chảy xấp xỉ 1830 oC 1858 oC Quá trình tái xếp từ anatase sang rutile xác định nhiệt sinh 12,6 kJ/mol Tuy nhiên dạng thù hình TiO có dạng anatase thể tính hoạt động có mặt ánh sáng mặt trời Đó khác biệt cấu trúc vùng lượng anatase so với rutile, dẫn đến số tính chất đặc biệt anatase b Độ cứng Trong thang Moh, vật liệu TiO có độ cứng tương đối cao So với rutile, anatase có độ cứng theo thang Moh thấp Trong trường hợp này, anatase sử dụng chủ yếu lĩnh vực đòi hỏi độ cứng thấp Đặc biệt ngành công nghiệp dệt nơi mà bột màu anatase sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp sợi Tuy nhiên, số lĩnh vực chất dẻo, TiO dạng rutile có độ cứng cao coi lợi Rutile thường đưa vào polyme để cải thiện số tính chất độ bền va đập, độ bền kéo đứt… c Chỉ số khúc xạ Chỉ số khúc xạ cao liên quan đến khả không hấp phụ vùng ánh sáng khả kiến vùng phổ từ bước sóng 380 nm đến 700 nm, lí giải thích cho khả TiO2 sử dụng chất tạo màu trắng Cả rutile anatase có dạng tinh thể lưỡng chiết quang, số khúc xạ tia thông thường (no) tia bất thường (ne) phụ thuộc vào bước sóng Trong dạng rutile có số khúc xạ cao tia khác thường, điều trái ngược với anatase Rutile gọi tinh thể thuận (n o< ne) (positive crystal) anatase tinh thể nghịch (no> ne) Trong trường hợp anatase, số khúc xạ hai tia nhỏ rutile 1.2.2.3 Tính chất khác TiO2 a Khả hấp phụ vật liệu TiO2 Cấu trúc ba chiều TiO2 bị gián đoạn bề mặt hạt tinh thể Trong trường hợp mạng tinh thể ion, kết xuất liên kết khơng bão hịa bề mặt Các liên kết có khả liên kết chặt chẽ phân tử, nguyên tử ion (về chất thường gọi hấp phụ hóa học) Bên cạnh hấp phụ hóa học, tính hấp phụ vật lý xuất bề mặt lực tương tác yếu van der Waals Hầu hết hạt rắn thường bao phủ với bề mặt oxit hyđroxyt, điều ảnh hưởng mạnh mẽ đến tính chất bề mặt hạt oxit kim loại Bề mặt TiO2 bao phủ lớp hydroxyl bề mặt Sự hấp phụ nước dẫn tới việc hình thành nhóm hydroxyl bề mặt đơn tinh thể anatase hình 1.3 Kỹ thuật quan trọng sử dụng để xác định chất hydroxyl bề mặt hạt TiO2 phổ FTIR Nhóm hydroxyl bề mặt loại bỏ khỏi TiO2 nung mẫu đến 600 0C môi trường oxy Hình 1.3 Sự hình thành nhóm hydroxyl bề mặt bề mặt anatase: (a) bề mặt không bị bao phủ, (b) liên kết cộng hóa trị Ti4+ với phân tử nước, (c) hình thành ion hydroxyl bề mặt b Tính bán dẫn vật liệu TiO2 TiO2 chất bán dẫn ngoại lai dạng n Khoảng cách vùng hóa trị vùng dẫn cho anatase 3,29 eV (385 nm) cho rutile 3,05 eV Với khả hấp phụ lượng tử lượng cao 3,3 eV 3,05 eV, electron dịch chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, hình thành nên exiton Thực tế rutile có độ bền anatase, điều giải thích liên kết bền nhóm hydroxyl bề mặt Mặc dù rutile dễ dàng hình thành nên exciton, lỗ mang điện tích dương phản ứng chậm với anion OH- Năng lượng đo cặp lỗ trống/electron liên quan đến việc nghiên cứu phát xạ, bước sóng phát xạ tương ứng với lượng giải phóng tái tổ hợp cặp lỗ trống/electron Việc nghiên cứu phát xạ báo cáo phân tử TiO2 môi trường neon K, đơn tinh thể rutile 77 K anatase đa tinh thể bột rutile 77 K ( bảng ) Kết rằng, lượng sẵn có cặp lỗ trống/điện tử anatase kích thích quang chất lớn so với rutile [13] Hình 1.4 Mơ hình vùng lượng TiO2 dạng tinh thể rutile c Tính chất xúc quang hóa TiO2 Năm 1930, khái niệm xúc tác quang đời Trong hố học, dùng để nói đến phản ứng xảy tác dụng đồng thời chất xúc tác ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy Khi có kích thích ánh sáng, chất bán dẫn tạo cặp điện tử- lỗ trống có trao đổi electron chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối chất bán dẫn + Xét xúc tác quang hố, rõ ràng anatase có hạt tính cao rutile (khơng kể dạng thù hình khác), rutile điều chế nhiệt độ cao nên xảy dehydrat hố triệt để tồn bề mặt Trong anatase điều chế nhiệt độ thấp nên bề mặt gốc -OH [-Ti