Trang 1 NGUYỄN THỊ MINH UYÊNCHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THỤ SINH NHIỆT CỦAVẬT LIỆU TITANNIUMOXYNITRIDETiONĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG PHƠI SẤY NÔNG SẢNĐỀ ÁN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Trang 2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ MINH UYÊN CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THỤ SINH NHIỆT CỦA VẬT LIỆU TITANNIUM(OXY)NITRIDE(Ti(O)N) ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG PHƠI SẤY NÔNG SẢN ĐỀ ÁN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Bình Định – Năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ MINH UYÊN CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THỤ SINH NHIỆT CỦA VẬT LIỆU TITANNIUM(OXY)NITRIDE(Ti(O)N) ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG PHƠI SẤY NÔNG SẢN Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: PGS.TS LÊ THỊ NGỌC LOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả của đề tài “Chế tạo và khảo sát khả năng hấp thụ sinh nhiệt của vật liệu Titanium(oxy)Nitride(Ti(O)N) định hướng phơi sấy nông sản” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Thị Ngọc Loan, tài liệu tham khảo đã được trích dẫn đầy đủ Tác giả luận văn Nguyễn Thị Minh Uyên LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu là hoàn thành đề án, tôi đã nhận được rất nhiều sự góp ý, hỗ trợ, chỉ bảo nhiệt tình của quý thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Lê Thị Ngọc Loan - người đã hướng dẫn trực tiếp tôi trong suốt quá trình học tập, động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi được tiếp cận các cơ hội học tập, trải nghiệm và thực hiện đề án Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Vật lý – Khoa học vật liệu, Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn Những kiến thức mà các thầy cô đã truyền đạt là nền tảng tri thức vững chắc cho tôi trong quá trình học tập cũng như sau khi ra trường Tôi nhận được rất nhiều sự quan tâm,giúp đỡ, ân cần chỉ bảo và nhiệt tình giảng dạy của quý thầy cô Xin được gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Trường Đại học Quy Nhơn, đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm thí nghiệm, khảo sát, hoàn thành đề án Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân của mình đã luôn bên cạnh, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành đề án tốt nghiệp Cảm ơn tập thể lớp Cao học Vật lý chất rắn Khóa 24B đã đồng hành cùng tôi trong hai năm học vừa qua Xin trân trọng cảm ơn! Học viên Nguyễn Thị Minh Uyên MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục đích của đề tài 4 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 4 Phương pháp nghiên cứu: 4 5 Cấu trúc luận văn 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 6 1.1 Tổng quan về vật liệu titanium oxide, titanium nitride 6 1.1.1 Tổng quan về vật liệu titanium oxide 6 1.1.2 Tổng quan về vật liệu titanium nitride 10 1.1.2.1 Tính chất vật lý của titanium nitride: 10 1.1.2.2 Tính chất hóa học của titanium nitride: 12 1.1.3 Một số phương pháp chế tạo vật liệu titanium nitride 13 1.1.4 Một số ứng dụng của vật liệu titanium nitride 17 1.1.4.1 Ứng dụng của vật liệu khối TiN 17 1.1.4.2 Ứng dụng của vật liệu TiN kích thước nano 18 1.2 Một số tính chất đặc trưng của vật liệu có kích thước nano 20 1.2.1 Hiệu ứng bề mặt 20 1.2.2 Kích thước tới hạn 21 1.3 Phương pháp khảo sát vật liệu kích thước nano 22 1.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 22 1.3.2 Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) 24 1.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26 1.3.4 Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) 27 1.4 Tổng quan về tình hình phơi sấy 27 1.4.1 Tổng quan về tình hình phơi sấy sử dụng năng lượng mặt trời.27 1.4.2 Tổng quan ứng dụng vật liệu và công nghệ nano trong phơi sấy nông sản 27 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 30 2.1.Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 31 2.1.1 Thiết bị thí nghiệm .31 2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 32 2.2 Hóa chất 33 2.3.Quy trình tổng hợp mẫu .33 2.3.1 Quy trình tổng hợp TiN .33 2.4.Quy trình khảo sát khả năng hấp thụ sinh nhiệt của vật liệu TiN 35 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết quả tổng hợp vật liệu TiN 42 3.1.1 Khảo sát bằng hình ảnh quang học 42 3.1.2 Khảo sát bằng phổ UV-Vis 44 3.1.3 Khảo sát bằng phổ XRD 46 3.2 Khảo sát khả năng hấp thụ sinh nhiệt của vật liệu TiN và sơn đen 47 3.2.1 Kết quả khảo sát 47 3.2.2 So sánh khả năng hấp thụ sinh nhiệt của vật liệu TiN và sơn đen 50 3.2.3 Xây dựng và khảo sát nhà kính phơi nông sản 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 1 Kết luận 58 2 Kiến nghị 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt CMOS Complementary Metal-Oxide- Công nghệ vi mạch tích Semiconductor hợp CVD Chemical Vapor Deposition Phương pháp lắng đọng hơi hóa học DMF Dimethylformamide EDX Energy dispersive X-ray Phổ tán sắc năng lượng Spectroscopy tia X LSPR Localized Surface Plasmon Sự cộng hưởng Resonance plasmonic bề mặt PLD Pulse laser deposition Lắng đọng xung laze PVD Physical vapor deposition Phương pháp lắng đọng hơi vật lý PVP Polyvinylpyrrolidone SEM Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét SERS Surface-enhanced Raman Tăng cường tính hiệu scattering Ramman bề mặt SPP Surface plasmon polariton Dao động điện tử tự do bề mặt SPR Surface Plasmon Resonance Cộng hưởng plasmon bề mặt UV-VIS UltraViolet - Visible Phổ hấp thụ quang học XRD Spectroscopy Nhiễu xạ tia X X-ray Diffraction DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số vật lý của TiO2 [14] 7 Bảng 2.1 Các giai đoạn cho máy Spin coating quay phủ mẫu lên đế kính 39 Bảng 2.2 Các mẫu khảo sát khả năng hấp thụ sinh nhiệt của vật liệu TiN 41 Bảng 3.1: Nhiệt độ trên bề mặt mẫu trước và sau chiếu đèn 1h 50 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bột TiO2 6 Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể của các pha titanium [15], [16] 7 Hình 1.3 Phổ hấp thụ của TiO2 (a), phổ XRD của TiO2 (b) [17] 8 Hình 1.4 TiN ở dạng khối (a) và dạng nano (b) 10 Hình 1.5 Cấu trúc mạng tinh thể TiN [10] 11 Hình 1.6 Phổ hấp thụ của TiN (a) Phổ XRD của TiN (b) [10] 12 Hình 1.7 Sơ đồ lò phản ứng plasma nhiệt [12] 13 Hình 1.8 Dụng cụ phủ lớp TiN tăng độ bền cơ và chống ăn mòn [27] 18 Hình 1.9 Sự tạo thành dao động plasmon bề mặt trên các hạt nano 20 kim loại [38] 20 Hình 1.10 Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể chất rắn [11] 23 Hình 1.11 Mô tả định luật Lambert-Beer 25 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét (nguồn internet) 26 Hình 1.13 Nguyên lý của phép phân tích EDX: Nguồn: Internet 27 Hình 1.14 Bố trí thí nghiệm dùng để đo sự thay đổi nhiệt độ trong khi được chiếu xạ 30 Hình 2.1 Hệ CVD Đại học Quy Nhơn 31 Hình 2.2 a) Hệ Spin coating; b) Máy khuấy từ; c) Lò nung 32 Hình 2.3 a) Hệ đèn chiếu Xe và hộp đựng mẫu, b)Máy đo photon, c)Thiết bị đo nhiệt độ, d)Nhiệt kế, 33 e)Thiết bị đo nhiệt độvà độ ẩm bên trong, bên ngoài 33 Hình 2.4 Sơ đồ lò ống LTF dùng để chế tạo TiN 35 Hình 2.5 Đế kính và đế nhôm 37 Hình 2.6 Dung dịch A gồm PVP và DMF 37 Hình 2.7 Dung dịch B gồm PVP, DMF và TiN 38 Hình 2.8 Đế kính, đế nhôm sau các lần quay phủ 38 Hình 2.9: Đế nhôm và đế kính sau các lần quét 41 Hình 3.1 a) TiN được tổng hợp ở 900oC; b) TiN thương mại; 43 c) TiO2 thương mại 43 Hình 3.2 a) TiN được tổng hợp ở 10500 C; b) TiN thương mại; 44 c) ảnh SEM (TiO2) thương mại và d) ảnh SEM của TiN tại 900oC 43 Hình 3.3 So sánh phổ hấp thụ của mẫu TiN tổng hợp tại 700oC và 900oC trong 30 phút với TiO2 thương mại 45 Hình3.4 Khảo sát sự oxy hóa của TiN 46 Hình 3.5 Kết quả phổ TiN-9000C và TiO2 47 Hình 3.6 Trước khi chiếu đèn 49 Hình 3.7: Sau khi chiếu đèn 49 Hình 3.8:Biểu đồ cột nhiệt độ trên bề mặt mẫu trước và sau chiếu đèn 1h 51