NGHIÊN cứu CHẾ tạo MÀNG GƯƠNG NÓNG TRUYỀN QUA q

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN [\ NGÔ HÙNG CƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG GƯƠNG NÓNG TRUYỀN QUA QUANG XÚC TÁC TiO2/TiN/TiO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON D.C CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ ĐIỆN TỬ Mà SỐ: 60.44.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HƯỚNG DẪN : PGS TS TRẦN TUẤN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2009 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Tuấn tận tình hướng dẫn em trình nghiên cứu thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Trấn, thầy tận tình hướng dẫn định hướng cho em trình làm thực nghiệm Thầy giúp cho em hiểu nghiên cứu khoa học Em xin chân thành cảm ơn dẫn nhiệt tình GS.TS Nguyễn Hữu Chí, Thầy Văn Hồng Khôi thầy cô môn vật lý ứng dụng, quý thầy cô khoa Vật Lý Em xin chân thành cảm ơn chị Lê Thụy Thanh Giang, bạn Trần Quang Trung tận tình giúp đỡ công việc đo đạc Tôi xin cảm ơn người bạn lớp cao học khóa 15 bên cạnh, giúp đỡ ủng hộ suốt thời gian thực đề tài Em xin cảm ơn thầy cô Ban Giám Hiệu trường THPT Trần Khai Nguyên, quý thầy cô tổ Vật Lý tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài Cuối xin gửi lời cảm ơn tới bố,mẹ người thân gia đình động viên trình học tập hoàn thành đề tài Ngô Hùng Cường MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN 1.1 màng TiO2 1.1.1 Đặc điểm cấu trúc tinh thể vật liệu titanium đioxide, TiO2 .1 1.1.2 Tính chất quang màng TiO2 .4 1.1.3 Tính chất quang xúc tác .7 1.1.3.1 Đặc điểm .7 1.1.3.2 Tính chất phân hủy hợp chất hữu 1.1.3.3 Tính chất quang siêu dính ướt nước .9 1.1.4 Các yếu tố ảnh hường lên tính chất quang xúc tác 10 1.1.4.1 Diện tích bề mặt hiệu dụng 10 1.1.4.2 Bậc tinh thể 10 1.2 Màng TiN 11 1.2.1 mở đầu: 11 1.2.2 Cấu trúc màng TiN 12 1.2.3 Các tính chất màng TiN 14 1.2.3.1 Tính chất - Độ cứng 14 1.2.3.2 Tính chất điện 15 1.2.3.3 Tính chất Quang 16 1.3 BÀI TOÁN MA TRẬN MÀNG ĐA LỚP 16 1.3.1 Hệ số Fresnel Hệ số phản xạ hệ số truyền qua 16 1.3.2 Hệ màng điện môi đa lớp Phương pháp ma trận 22 1.3.3 Phương pháp ma trận áp dụng cho hệ màng đa lớp môi trường hấp thụ 25 1.4 Các phương pháp xác định tính chất cấu trúc màng .27 1.4.1 Xác định độ phản xạ màng 27 1.4.2 Xác định độ dày chiết suất màng TiO2 phương pháp giao thoa Swanepeol 28 1.4.3 Nhiễu xạ tia X 28 1.4.4 Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) 30 1.4.5 Phương pháp Ellipsometry 31 1.5 Các phương pháp tạo màng 32 1.5.1 Phương pháp phún xạ magnetron ( Magnetron sputtering ) 32 1.5.2 Phún xạ magnetron phẳng 33 1.5.3 Đặc trưng phún xạ magnetron 36 Chương - THỰC NGHIỆM 40 2.1 Mục đích đề tài 40 2.2 Hệ chân không qui trình tạo màng .40 2.3 Xác định độ dày chiết suất màng TiO2 .44 2.4 Phương pháp đo quang xúc tác màng 45 2.4.1 Phương pháp Zeman .45 2.4.2 Thiết lập hệ đo 48 2.4.3 Cách đo 50 2.5 Phương pháp đo góc tiếp xúc giọt nước 50 Chương - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .53 3.1 Khảo sát tính chất quang xúc tác màng TiO2 53 3.2 Khảo sát tính chất siêu dính ướt màng TiO2 .56 3.2.1 Cấu tạo hệ đo 56 3.2.2 Cách đo 57 3.3 Thông số quang màng TiO2, TiN .59 3.3.1 Tính chất quang màng TiO2 .59 3.3.2 Xác định độ dày chiết suất màng TiN 60 3.4 Tính toán lý phổ truyền qua phản xạ màng đa lớp 60 3.5 Phổ truyền qua phản xạ màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 tạo từ thực nghiệm 62 3.6 Tính quang xúc tác số màng đa lớp 64 3.7 Một số màng đa lớp khác tạo .67 KẾT LUẬN 69 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 70 DANH MỤC CÁC BẢNG Chương - TỔNG QUAN Bảng I.1 Một số tính chất chủ yếu dạng tinh thể TiO2…………….3 Bảng I.2: Tính chất vật lý màng TiN 13 Bảng I.3: Các mặt mạng TiN theo góc 2θ………………………………………….13 Chương - THỰC NGHIỆM Chương - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Bảng III.1 Độ dày màng xác định phương pháp Swanapoel 53 Bảng III.2 Độ phân hủy MB theo bề dày màng TiO2…………………………….54 Bảng III.3 Góc tiếp xúc giọt nước màng TiO2 58 Bảng III.4 Chiết suất hệ số tắt màng TiO2 TiN .60 Bảng III.5 Kết mô độ dày lớp màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 …………………………………………………………………………………… 61 Bảng III.6 Độ phân huỷ MB tương ứng màng……………………………….64 Bảng III.7 Độ phân huỷ MB tương ứng màng khác……………………… 68 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương - TỔNG QUAN Hình 1.1 Cấu trúc vùng TiO2…………………………………………………… …… Hình 1.2 Dạng vùng lượng nguyên tử tập hợp lại… Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể anatase màng TiO2………………………………… Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể Rutile TiO2……… ……………………………… ….4 Hình 1.5 Cấu trúc tinh thể brookite TiO2………………………………………… Hình 1.6 Phản ứng quang xúc tác TiO2………………………………………… Hình 1.7 Các mức ôxy hóa – khử TiO2…………………………………………8 Hình 1.8 Góc tiếp xúc nước bề mặt màng………………………………….…9 Hình 1.9 a) Cấu trúc tinh thể TiN 12 b) Vị trí bát diện nguyên tử N .12 c) Vị trí bát diện nguyên tử N .12 Hình 1.10 Đường sóng điện từ ……………… 18 Hình 1.11 Các thành phần điện trường sóng điện từ .19 Hình 1.12……………………………………………………….……………………… 22 a) Sự chồng chập lớp thứ m b) hệ màng đa lớp Hình 1.13 Sự biến đổi thành phần Rs Rp theo góc tới 28 Hình 1.14 Sơ đồ máy đo hệ số phản xạ 28 Hình 1.15 Nhiễu xạ tia X……………………………………………………………… 29 Hình 1.16 Hình học nhiễu xạ tia X…………………………………………………… 29 Hình 1.17 Sơ đồ nguyên tắc AFM…………………………………………………… 30 Hình 1.18 Nguyên lý phương pháp ellipsometry…………………………………… 31 Hình 1.19 Sơ đồ minh họa phương pháp phún xạ magnetron …………………….32 Hình 1.20 Sơ đồ cấu tạo hệ magnetron phẳng… …………………… 33 Hình 1.21 Sơ đồ hoạt động hệ magnetron phẳng… ………………………… 34 Hình 1.22 Sự phân bố phún xạ magnetron… 36 Chương - THỰC NGHIỆM Hình 2.1 Hệ chân không tạo màng………………………………………………… 40 Hình 2.2 Cấu tạo hệ magnetron vuông……………………….………………………41 Hình 2.3 màu xanh Plasma phún xạ tẩy bia khí Ar 43 Hình 2.4 Phổ truyền qua màng TiO2 dùng để xác định độ dày phương pháp Swanapeol………………………………………………………………………….45 Hình 2.5 Phổ hấp thụ Methylen………………………………………………… 47 Hình 2.6 Đèn tử ngoại Radium chiếu vào mẫu ngâm MB…………………… 48 Hình 2.7 Máy quang phổ kế …………………………………… ………… …… 49 Hình 2.8 Cuvét đo màng mỏng ………………………………………… ………………… 49 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí hệ đo quang xúc tác……………………………………………50 Hình 2.10 Cơ chế siêu dính ướt nước màng TiO2……………………………….51 Hình 2.11 Vị trí hạt ôxy bắc cầu mặt R(110)…………………………………… 52 Chương - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Hình 3.1 Phổ truyền qua theo bề dày…………………………………….………… 53 Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X màng TiO2 theo bề dày màng……….…… 55 Hình 3.3 Ảnh AFM màng thay đổi theo bề dày 55 Hình 3.4 Ảnh AFM thay đổi theo áp suất……………………………… ………… 56 Hình 3.5 Camara đo góc tiếp xúc giọt nước với mẫu…………………… .57 Hình 3.6 Sơ đồ bố trí hệ đo quang xúc tác…………………………… ………… 57 Hình 3.7 Góc tiếp xúc giọt nước màng TiO2…………… ………… 58 Hình 3.8 Chiết suất n màng TiO2 thay đổi theo bước sóng…………… 59 Hình 3.9 Chiết suất hệ số tắt màng mỏng TiN (mẫu L1), xác định phương pháp Ellipsometer…………………………………………………………… 60 Hình 3.10 Phổ truyền qua phản xạ màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 mô từ lý thuyết……………………………………………………………………… 61 Hình 3.11 Màng đa lớp DL71 chế tạo từ thực nghiệm, theo mẫu m3 mô từ lý thuyết……………………………………………………………….63 Hình 3.12 Màng đa lớp DL85 chế tạo từ thực nghiệm, theo mẫu m3 mô từ lý thuyết……………………………………………………….………63 Hình 3.13 Phổ nhiễu xạ tia X màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2……………………….… 65 Hình 3.14 Độ phản xạ màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 (mẫu DL85) đo từ bước sóng 1395 nm đến 25000 nm………………………………………………… 66 Hình 3.15 Phổ xạ mặt trời…………………………………….……………………….….66 Hình 3.16 Phổ phản xạ màng DL85 bước sóng 700nm tới 1100nm….…… 67 Hình 3.17 Màng đa lớp DL66 chế tạo từ thực nghiệm, theo mẫu m3 mô từ lý thuyết……………………………………………………… 67 Hình 3.18 Màng đa lớp DL69 chế tạo từ thực nghiệm, theo mẫu m3 mô từ lý thuyết……………………………………………………… 67 MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ kinh tế, nhu cầu lượng ngày cao nguồn lượng tự nhiên dầu khí đốt ngày cạn kiệt Nhiệm vụ đặt cho nhà khoa học toàn giới chế tạo thiết bị để sử dụng nguồn lượng có cách hiệu nhất, tiết kiệm lượng tối đa, bên cạnh thân thiện với môi trường công nghệ màng gương nóng truyền qua quang xúc tác Màng có độ truyền qua cao vùng ánh sáng khả kiến ( bước sóng 380nm ≤ λ ≤ 760nm ) phản xạ cao vùng hồng ngoại ( bước sóng λ ≥ 760nm) Ngoài màng có thêm tính chất quang xúc tác, tính chất lớp TiO2 Do vấn đề nghiên cứu chế tạo màng gương nóng truyền qua quang xúc tác năm gần trở nên hấp dẫn nhà khoa học ngành công nghiệp, tính chất ưu việt khả tiết kiệm lượng tính chất quang xúc tác Điều thuận lợi khí hậu Việt Nam, khí hậu nhiệt đới, lượng xạ mặt trời lớn Màng gương nóng truyền qua chế tạo theo ba hướng (a) Màng đa lớp “điện môi/kim loại” “điện môi/kim loại/điện môi” (b) Màng mỏng kim loại có độ phản xạ hồng ngoại cao màng kim loại Ag, Au, Cu… (c) Màng vật liệu bán dẫn có đặc tính phản xạ hồng ngoại cao ZnO; SiN; PbO; Bi2O3; SnO2; In2O3…Hoặc chất bán dẫn pha tạp SnO2:F; SnO2:Sb; AZO; GZO; ITO Tuy nhiên,màng kim loại thường không bền nhiệt, hóa học Màng bán dẫn phản xạ cao vùng bước sóng λ> 1200 nm, xa so với cực đại phổ xạ lượng mặt trời Màng đa lớp có khả khắc phục nhược điểm màng bán dẫn pha tạp có vùng bước sóng phản xạ rộng λ> 800 nm bền Như mẫu M47 ứng dụng làm lớp màng gương nóng truyền qua quang xúc tác TiO2/TiN/ TiO2 3.3 thông số quang màng TiO2, TiN 3.3.1 Tính chất quang màng TiO2 Ngoài tính chất quang xúc tác màng TiO2 trình bày phần (3.1), tính chất quang màng khảo sát, cụ thể tìm chiết suất n màng TiO2 thay đổi theo bước sóng, để ứng dụng cho việc tính toán toán ma trận màng đa lớp Trong màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2, lớp TiO2 Hình 3.8: Chiết suất n màng TiO2 thay đổi theo bước sóng ngoài tính chất khử phản xạ có thêm tính chất quang xúc tác, nên lắng đọng áp suất cao Lớp có chiết suất n thay đổi theo bước sóng trình bày hình (3.6), kết có từ phương pháp Swanapoel Từ hiệu chuẩn chiết suất màng theo bước sóng có dạng Cosin hình 3.8 Lớp TiO2 màng đa lớp, không cần có tính chất quang xúc tác, nên lắng đọng áp suất thấp với mục đích tăng chiết suất nó, chiết suất lớn màng có tính khử phản xạ cao Kết chiết suất lớp TiO2 thay đổi theo bước sóng trình bày hình 3.8 Như ứng với bước sóng λ=550nm có chiết suất lớp TiO2 sau: + TiO2 lớp : 2.5 + TiO2 lớp dưới: 2.2 46 3.3.2 Xác định độ dày chiết suất màng TiN Độ dày, chiết suất n hệ số tắt k màng TiN xác định phương pháp Ellipsometry Trong chiết suất hệ số tắt hiệu chuẩn theo bước sóng có dạng Cosin hình 3.9 Hình 3.9: Chiết suất hệ số tắt màng mỏng TiN (mẫu L1), xác định phương pháp Ellipsometer 3.4 Tính toán lý thuyết phổ truyền qua phản xạ màng đa lớp Từ kết phần 3.2.1 3.2.2, tìm chiết suất n, k lớp màng TiO2 cùng, lớp TiN lớp TiO2 bước sóng 550nm trình bày bảng 3.4: TiO2 TiN TiO2 N 2.3 1.13 2.5 K 2.18 Bảng 3.4: Chiết suất hệ số tắt màng TiO2 TiN 47 Dựa vào kết thực nghiệm từ bảng 3.4 sử dụng lý thuyết ma trận O.S.HEAVENS tính toán để tìm bề dày thích hợp lớp cho độ truyền qua cao bước sóng 550 nm trình bày bảng 3.5 phần mềm máy tính Màng TiO2 Ngoài TiN TiO2 Trong Tmax Mẫu 368 22 38 58.49 m1 Bề dày 367 24 37 56.43 m2 (nm) 365 30 34 49.21 m3 364 26 257 54.23 m4 Bảng 3.5:Kết mô độ dày lớp màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 Hình 3.10: Phổ truyền qua phản xạ màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 mô từ lý thuyết 48 Từ bảng 3.5 Từ phổ truyền qua phổ phản xạ mô từ lý thuyết ma trận trình bày hình 3.10, cho thấy để màng có độ phản xạ 70% ánh sáng từ bước sóng 800nm trở lên, chọn mẫu m3, mẫu có độ truyền qua khoảng 50% vùng ánh sáng khả kiến trình bày bảng 3.5 So với lớp Ag lớp TiN làm cho độ truyền qua màng giảm xuống, bù lại lớp TiN bền học, hóa học lẫn nhiệt độ, TiN bị oxy hóa nhiệt độ cao khoảng 8000C Hơn khí hậu Việt Nam khí hậu nhiệt đới có lượng ánh sáng nhiều nên khả ứng dụng tốt Bề dày lớp TiN tối ưu nhỏ 30 nm,vì bề dày lớp lớn làm cho độ truyền qua màng thấp 40% Bề dày lớp TiO2 khoảng 360nm, thích hợp cho việc ứng dụng quang xúc tác nêu trên, chọn màng đa lớp m3 với bề dày tương ứng 365nm/30nm/34nm/thủy tinh 3.5 Phổ truyền qua phản xạ màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 tạo từ thực nghiệm Từ kết mô phần 3.3 ,tiến hành thực nghiệm với thông số màng m3 (365nm/30nm/34nm) Màng nhận có có kết phù hợp với kết mô từ lý thuyết Kết thể rõ hình 3.11 hình 3.12 49 Hình 3.11: Màng đa lớp DL71 chế tạo từ thực nghiệm, theo mẫu m3 mô từ lý thuyết Hình III.12: Màng đa lớp DL85 chế tạo từ thực nghiệm, theo mẫu m3 mô từ lý thuyết 50 Màng DL71 màng DL85 từ hình 3.11 hình 3:12 có lớp TiN tạo cường độ dòng phún xạ ngưỡng cở I = 0,9 A, áp suất phún xạ toàn phần p= 3.10-3 torr với tỉ lệ khí N2/Ar =10% đề cập công trình [9] Màng TiO2 tạo cường độ dòng phún xạ ngưỡng I = 0,45A, áp suất p = 1,3.10-2 torr đề cập để màng có tính quang xúc tác tốt; lớp TiO2 chế tạo cường độ dòng phún xạ I =0,5A, áp suất phún xạ p = 10-3 torr để màng có chiết suất lớn bề mặt màng mịn nhằm tăng khả phản xạ làm lớp đệm chắn Cả hai lớp màng TiO2 tạo với tỉ lệ khí O2/Ar = 0,08 Kết cho thấy mẫu đa lớp DL 71 hình 3.11 DL 85 hình 3.12 có độ truyền qua 40% sai khác 10% so với mẫu m3 Điều giải thích bề dày lớp TiN có sai số chút trình thực nghiệm so với tính toán lý thuyết Tính toán độ phản xạ trung bình màng đa lớp DL85 khoảng bước sóng từ 800nm tới 1100nm, kết cho thấy độ phản xạ trung bình khoảng 53% 3.6 Tính quang xúc tác số màng đa lớp: Mẫu ΔABS DL 71 0.19 DL85 0.18 Bảng3.6: Độ phân huỷ MB tương ứng màng 51 Hình 3.13: Phổ nhiễu xạ tia X màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 Phổ nhiễu xạ tia X Độ phân hủy MB hai màng đa lớp trình bày Hình 3.13 bảng 3.6 cho thấy màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 cụ thể hai mẫu DL 71 DL 85 có tính quang xúc tác tốt màng đơn lớp TiO2 (mẫu M47) Từ phổ nhiễu xạ tia X mẫu DL71 DL85 trình bày hình 3.13 cho thấy màng có suất pha anatase mặt (004) Sự xuất điều lớp TiO2 phát triển tốt màng tinh thể TiN Lớp TiO2 phát triển lớp TiN tốt phát triển thủy tinh thủy tinh vô định hình Vì vậy, màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 có cấu trúc tinh thể tốt so với màng đơn lớp TiO2 đế thủy tinh, điều biểu rỏ qua suất mặt A(004) hai màng đa lớp Trong hình (3.9) (3.10), độ phản xạ màng vẽ tới bước sóng 1395 nm, chiết suất hệ số tắt k đo từ phương pháp Elippsomety với bước sóng λ giới hạn( 395 nm ≤ λ ≤ 1395 nm), Vì phổ phản xạ tính từ lý thuyết giới hạn đến bước sóng 1395 nm, nên để so sánh phổ lý thuyết thực nghiệm, độ phản xạ màng vẽ tới bước sóng 1395 nm Tuy nhiên hình (3.14) trình 52 Hình 3.14: Độ phản xạ màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 (mẫu DL85) đo từ bước sóng 1395 nm đến 25000 nm bày phổ phản xạ mẫu DL85 vẽ từ 1395 nm đến 25000 nm, từ đồ thị ta nhận thấy màng có độ phản xạ 70 % vùng hồng ngoại Trong vùng có bước sóng từ 800nm tới 1000nm màng DL85 có độ phản xạ tương đối cao thể hình 3.16 Đây điều tốt màng gương nóng truyền qua Hình 3.15 Phổ xạ mặt trời 53 Hình 3.16: Phổ phản xạ màng DL85 bước sóng 700nm tới 1100nm 3.7 Một số màng đa lớp khác tạo Hình 3.17: Màng đa lớp DL66 chế Hình 3.18: Màng đa lớp DL69 chế tạo từ thực nghiệm, theo tạo từ thực nghiệm, theo mẫu m3 mô từ lý thuyết mẫu m3 mô từ lý thuyết 54 DL66 ΔABS 0.13 DL69 0.15 Mẫu Bảng 3.7: Độ phân huỷ MB tương ứng màng khác Từ phổ phản xạ truyền qua độ phân hủy MB số màng đa lớp trình bày Hình 3.17, Hình 3.18 bảng 3.7 Có thể thấy mẫu tạo có tính lặp lại cao khả quang xúc tác phù hợp phổ phản xạ truyền qua màng đa lớp so với phổ lý thuyết 55 KẾT LUẬN Qua toán mô độ truyền qua phản xạ màng đa lớp thực nghiệm đề tài, màng TiO2/TiN/TiO2 chế tạo theo hướng mô cho số kết sau: Tìm bề dày ngưỡng ~340nm lớp TiO2 có tính chất quang xúc tác tốt vừa thỏa mãn tính gương nóng truyền qua Xây dựng toán lý thuyết ma trận màng đa lớp, cụ thể lớp TiO2/TiN/TiO2 kết hợp với số liệu thực nghiệm chiết suất n, hệ số tắt k lớp Cũng từ lý thuyết ma trận, mô dạng phổ truyền qua gương nóng TiO2/TiN/TiO2 Phổ phản xạ truyền qua gương nóng TiO2/TiN/TiO2 từ thực nghiệm, trùng khớp vói phổ mô từ lý thuyết, độ lập lại thí nghiệm cao Màng gương nóng TiO2/TiN/TiO2 tạo vừa đáp ứng tính chất màng gương nóng truyền qua, cụ thể truyền qua 40% vùng ánh sáng khả kiến phản xạ 70% vùng bước sóng từ 800nm trở lại vừa có tính chất quang xúc tác gần với màng đơn lớp TiO2 nêu Loại màng ứng dụng làm cửa kính cho tòa nhà cao ốc vùng khí hậu nhiệt đới 56 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trong đề tài sau, nghiên cứu thay màng TiN màng ZrN để nâng độ truyền qua vùng khả kiến nâng độ phản xạ vùng hồng ngoại Bởi màng ZrN có tính chất quang, điện gần giống với màng kim loại Ag TiN Thay lớp TiO2 bàng lớp TiO2 pha tạp N2 để tăng tính quang xúc tác màng vùng ánh sáng khả kiến 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Khắc Bình, Nguyễn Nhật Khanh, (2002), Vật lý chất rắn, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [2] Võ Trung Chánh, (2005), Giáo Trình Tinh Thể Học Đại Cương, Nxb Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Hữu Chí, (2003), Điện động lực, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh [4] Lê Văn Hiếu, (2005), Vật Lý Điện Tử, Nxb Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [5] Phùng Hồ Phan Quốc Phô, (2001), Giáo Trình Vật Lý Bán Dẫn, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [6] Trương Quang Nghĩa, (1997), Giáo trình Vật Lý Tinh Thể, Tủ sách Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh [7] Đoàn Viên Duyên Oanh (2001), điều kiện tối ưu “ Gương nóng truyền qua” đa lớp: Điện môi/kim loại/Điện môi, Luận văn tốt nghiệp, GVHD GS-TS Nguyễn Hữu Chí [8] Buhl R., Pulker H K., and Moll E (1981), Thin Solid films 80, 265 [11] Cheng C.C., Erdemir A., Fenske G.R (1989), Surf and Coat Technol., 139/40, 365 [12] Chou W., Yu G., Huang J., (2000), Surf and Coat Technol., 140,206 [13] Durusoy H.Z., Duyar O., Aydnl A (2003), Ay F., Vacuum, 70, 21 [9] Enoki H., Nakayama T., and Echigoya J (1992), Physica Status Solidi A 129 (1), 181-191 [10] Fujishima A., Rao N.T and Tryk A.D, (2000), Titanium Dioxide Photocatalysis, Journal of Photochemistry and Photobiology, C: Photochemistry Reviews 1, pp 1-21 [16] Hans Bach, Dieter Krause, (1997), Thin films on glass, Springer - Verlag Berlin Heidelberg, page 137 – 161 [15] Hatscheck R L., Mach A.M., (1983), Special Report No 752, pp 129 [14] Huang J.H., Lin C.H (1999), Chen H., Materials Chemistry and Physics, 59, 49 [17] Kaneko M and Okura I (Eds.) (2002), Photocatalysis Science and Technology, Kodansha Springer, Tokyo [35] Kazuhito Hashimoto, Hiroshi Irie and Akira Fujishima, (2005), TiO2 Photocatalysis: A Historical Overview and Future Prospects, The Japan Society of Applied Physics [36] Kim N.Y., Son Y.B., Oh J.H., Hwangbo C.K., Park M.C (2000), Surf and Coat Technol., 128-129, 156 [38] Leng J.M., Chen J., Fanton J., Senko M., Ritz K., Opsal J (1998), Thin Solid Films, 313-314, 308 [18] Logothetidis S., Alexandrou I., Kokkou S (1996), Surf and Coat Technol., 80, 66 [19] Maheo D., Poitevin J.M (1992), Thin Solid Films, 215, [31] Mardare D and Rusu I.G (1999), “On The Structure of Titanium Oxide Thin Films”, An.Univ.Lasi, pp.201 – 208 [32] Mattox D M (1963), J Appl Phys 63, 2493 [33] Meng L., Azevedo A., Santos M P (1995), Vacuum, 46 (3), 233 [40] Ming- Show Wong, Hung Pang Chou, Tien- Syh Yang, (2006), Reactively sputtered N-doped titanium oxide films as visible-light photocalyst, Department of Materials Science and Engineering, National Dong Hwa University, Hualien, Taiwan, ROC, Thin Solid Films 494, 244 – 249 [39] Mills A and Le Hunt S, (1997), An Overview of Semiconductor Photocatalysis, Journal of Photochemistry and Photobiology, A: Chemistry 108, pp 1-35 [37] Musil J (2000), Surface and Coating Tech 125, 341 [20] Narayan J., Tiwari P., Singh J., Chowdhury R., and Zheleva T (1992), Appl Phys Lett 61, 1290 [25] O.S.Heaven, Optical Properties of Thin Solid Films, London Butterworths Scientific Publication, 1955,ch.4 [26] Patsalas P., Charitidis C., Logothetidis S (2000), Surf and Coat Technol., 125, 335 [27] P.S Kireev, semiconductor physics, Mir Pub Moscow, 1978 [29] Roquiny P., Mathot G., Tewagne G., Bodart F., and Van Den Brande P (2000), Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section B 161-163, 600 [21] Shenhar A., Gotman I., Radin S., Ducheyne P., and Gutmanas E.Y (2000), Surface and Coating Tech 126, 210 [22] Shuichi Kanamori (1986), Thin Solid Films, 136, 195-214 [28] S.K Zheng, T.M Wang, G Xiang, C Wang, (2001), Photocatalytic activity of nanostructured TiO2 thin films prepared by dc magnetron sputtering method, Center of Material Physics and Chemistry, School of Science, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 100083 Beijing, People’s Republic of China, Vacuum 62, 361–366 [23] S.M.A Durrani, Dielectric/Ag/dielectric E.E Khawaja, A.M coated energy- efficient Al-Shukri, glass M.F windows Al-Kuhaili, for warm climates,Energy and duildings 36 (2004)891-898 [24] Spurr A.R and Myers H (1957), Quantitative Analysis of Anatase-Rutile Mixtures With An X-Ray Diffractometer, Hughes Research Laboratories California, pp 760-762 [30] Torok E and Perry A J., (1987), Thin solid films, 153, 37 [34] Vershinin N., Filomov K., Straumal B., Gust W., Wiener I., Rabkin E., and Kazakevich A (2000), Surface and Coating Technol 125, 229 [37] Yavorsky and Detlaf A (1975), Handbook of Physics, Mir Publishers, Moscow [41] Y Djaoued, M Thibodeau, J Robichaud, S Balaji, S Priya, N Tchoukanova, S.S Bates, , (2008), Photocatalytic degradation of domoic acid using nanocrystalline TiO2 thin films, Laboratoire de Micro-spectroscopies Raman et FTIR, Universit´e de Moncton, Campus de Shippagan, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 193 (2008) 271–283 [42] Wittmer M., Studer B., and Melchiar H (1981), J Appl Phys 52, 5722 [43] Zega B., Kormann M., and Amiguet J (1977), Thin Solid Films 54, 577 [...]... ngoại và có thể cho ánh sáng khả kiến truyền qua, nên được dùng chế tạo gương nóng truyền qua Tính chất quang học mong muốn đối với màng mỏng TiN trong đề tài này là chiết suất thấp Chiết suất màng phụ thuộc vào điều kiện phủ màng trong quá trình chế tạo; cụ thể, nó phụ thuộc vào nhiệt độ đế, áp suất toàn phần và thành phần của khí tham gia phản ứng, vận tốc phủ màng, vật liệu làm bia, năng lượng lắng... như vàng nhưng bền về cơ, nhiệt và hóa học Màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 có tính chất quang học ổn định và qui trình chế tạo màng đơn giản vì chỉ cần dùng duy nhất một nguồn phún xạ với bia Ti Lớp truyền qua TiO2 ngoài cùng đóng vai trò như màng khử phản xạ nhằm tăng độ truyền qua ở vùng khả kiến của gương nóng và có độ bền về mặt cơ, hoá và nhiệt cũng như đặc tính quang xúc tác rất tốt của nó Đặc biệt, thuỷ... (1.4b) cho thấy khi chiết suất của màng tăng thì độ phản xạ của màng tăng Đối với màng điện môi thì A≈ 0 nên T=1-R vì vậy độ truyền qua của màng sẽ giảm Như vậy, khi màng chuyển từ pha vô định hình 6 sang pha anatase rồi pha rutile thì mật độ khối ρ tăng, chiết suất tăng, hệ số phản xạ R tăng và hệ số truyền qua T giảm 1.1.3 TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC 1.1.3.1 Đặc điểm Quang xúc tác là phương pháp loại... của màng TiO2 3 Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể Rutile của màng TiO2 Hình 1.5 Cấu trúc tinh thể brookite của màng TiO2 1.1.2 TÍNH CHẤT QUANG CỦA MÀNG TiO2 Tính chất quang của màng được hiểu là tác động của màng đối với bức xạ điện từ Theo quan niệm cổ điển, bức xạ điện từ được xem như là sóng điện từ gồm hai thành phần điện trường và từ trường vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền Theo quan... điện trở suất thấp như mong muốn vì đối với màng đa lớp có tính chất của gương nóng truyền qua, yêu cầu màng kim loại (hoặc tương tự kim loại) phải có chiết suất thấp và hệ số tắt cao Để màng TiN có tính chất như màng kim loại, thì màng TiN cần phải có điện trở suất nhỏ -nghĩa là hệ số tắt k lớn, đồng thời có chiết suất thấp 1.2.3.3 Tính chất Quang Màng TiN là màng có tính chất tương tự kim loại TiN có... ẢNH HƯỞNG LÊN QUANG XÚC TÁC [19,20] Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính năng quang xúc tác của màng như: Nhiệt độ nung, phương pháp chế tạo, độ kết tinh của tinh thể, diện tích hiệu dụng, khối lượng xúc tác, cường độ chiếu sáng, … [38] Tuy nhiên, hai yếu tố chủ yếu quyết định tính năng quang xúc tác của màng TiO2 là bề mặt hiệu dụng và độ kết tinh của tinh thể Tính năng quang xúc tác của màng TiO2 mạnh... khi cấu trúc màng TiO2 chuyển từ vô định hình sang anatase và rutile Ba pha tinh thể của màng TiO2 được đặc trưng bởi các tính chất quang học khác nhau như độ truyền qua T, hệ số hấp thụ α và năng lượng vùng cấm Eg Dựa vào phương pháp chế tạo và các thông số lắng đọng, sự pha tạp hay xử lý nhiệt sau khi lắng đọng thì tỉ lệ pha có thể thay đổi, dẫn đến sự thay đổi tính chất quang và điện của màng TiO2... vật liệu khối khi tạo màng dưới điều kiện không ổn định 1.2.3 Các tính chất của màng TiN 1.2.3.1 Tính chất cơ - Độ cứng Độ cứng của màng TiN đã được nhiều công trình khảo sát, có thể thấy độ cứng là đặc tính của màng đã được áp dụng rộng rãi nhất Độ cứng của màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khi tạo màng Kích thước hạt lớn và mật độ sai khớp không quá cao cũng quyết định độ cứng của màng Cường độ liên... CHÖÔNG 1 TOÅNG QUAN 1.1 MÀNG TiO2 1.1.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU TITANIUM DIOXIDE, TiO2 Những nghiên cứu về TiO2 đã bắt đầu cách đây hơn 20 năm Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng TiO2 là chất quang xúc tác tốt cho ứng dụng môi trường ở hiện nay, hơn nữa TiO2 chiếm ưu thế lớn vì khả năng hoạt hóa cao, độ ổn định lớn khi bị chiếu sáng, giá thành rẻ và không độc hại Những nghiên cứu về TiO2 cho... trình diễn ra đồng thời trên bề mặt màng liên quan đến khả năng của các cặp điện tử-lỗ trống: tiến trình tích cực là phản ứng ôxy hoá-khử và tiến trình tiêu cực là sự tái hợp Do đó, nếu màng có tiến trình tích cực lấn át tiến trình tiêu cực, màng có tính năng quang xúc tác mạnh Ngược lại, màng có tiến trình tiêu cực lấn át tiến trình tích cực, màng có tính năng quang xúc tác yếu [19] 1.1.4.1 Diện tích ... chất Quang Màng TiN màng có tính chất tương tự kim loại TiN có tính chất đặc biệt có khả hấp thụ xạ hồng ngoại cho ánh sáng khả kiến truyền qua, nên dùng chế tạo gương nóng truyền qua Tính chất quang... hồng ngoại ( bước sóng λ ≥ 760nm) Ngồi màng có thêm tính chất quang xúc tác, tính chất lớp TiO2 ngồi Do vấn đề nghiên cứu chế tạo màng gương nóng truyền qua quang xúc tác năm gần trở nên hấp dẫn... giới chế tạo thiết bị để sử dụng nguồn lượng có cách hiệu nhất, tiết kiệm lượng tối đa, bên cạnh thân thiện với mơi trường cơng nghệ màng gương nóng truyền qua quang xúc tác Màng có độ truyền qua