Nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm công suất để tổng hợp vật liệu TiO2 cấu trúc nanô

Header Page of 89 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ  LÊ QUANG TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ SIÊU ÂM CÔNG SUẤT ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANÔ Chuyên ngành Mã số : Vật lý chất rắn : 62.44.01.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRƯƠNG VĂN CHƯƠNG TS ĐẶNG XUÂN VINH Huế - 2014 i Footer Page of 89 Header Page of 89 LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành khoa Vật Lý - Trường Đại học Khoa học Đại Học Huế sau nhiều năm miệt mài nghiên cứu tác giả Tác giả xin bày tỏ lời biết ơn trân trọng đến Thầy giáo TS Trương Văn Chương tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, động viên hỗ trợ phần kinh phí trình thực luận án Trân trọng cám ơn cảm ơn Thầy giáo TS Đặng Xuân Vinh, đồng nghiệp công tác trường Đại học Khoa học, thầy cô giáo Khoa Vật lý trường Đại Học Khoa học Huế cổ vũ, động viên giúp đỡ năm qua Xin chân thành cảm ơn nghiên cứu sinh, học viên cao học tham gia làm việc phòng thí nghiệm Vật lý Chất rắn cổ vũ giúp đỡ thời gian làm luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa học tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thực luận án suốt thời gian qua Cuối cùng, tác giả xin cám ơn động viên, giúp đỡ cảm thông sâu sắc gia đình, vợ tác giả Tác giả Lê Quang Tiến Dũng ii Footer Page of 89 Header Page of 89 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tôi, thực Trường Đại Học Khoa học – Đại học Huế hướng dẫn TS Trương Văn Chương Các số liệu kết luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Lê Quang Tiến Dũng iii Footer Page of 89 Header Page of 89 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT tụ điện hệ số áp điện thành phần hệ số áp điện bề dày trường điện kháng hệ số liên kết điện theo phương bán kính chiều dày số tần số dao động phương bán kính, chiều dày phân cực tự phát phân cực dư PbTiO3 Pb(Zr,Ti)O3 Pb (Mg1/3Nb2/3)O3 (Pb,La)(Zr,Ti)O3 Pb(Zr,Ti)O3 - Pb (Mg1/3Nb2/3)O3 hệ số phẩm chất học điện trở nhiệt độ nhiệt độ Curie hiệu điện công suất số điện môi  mật độ gốm kl khối lượng FESEM Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (field emisson scanning electron microscope) hγ Photon có lượng hγ SEM Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope) TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope) HR-TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao UV Bức xạ tử ngoại (ultra violet radiation) XRD Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) C d31 dijk d Ec kp , kt Np, Nt Ps Pr PT PZT PMN PLZT PZT-PMN Qm R T Tc V W ε iv Footer Page of 89 Header Page of 89 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN TỬ GỐM ÁP ĐIỆN 1.1 Bài toán truyền sóng âm môi trường áp điện .5 1.1.1 Cấu tạo biến tử ghép kiểu Langevin 1.1 Bài toán truyền sóng áp điện phân cực theo chiều dài, dao động theo chiều dài 1.2 Mạch điện tương đương Mason 1.3 Cơ sở thiết kế biến tử áp điện kiểu Langevin 15 1.3.1 Ưu điểm biến tử ghép .15 1.3.2 Cải thiện mật độ xạ dải thông 19 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TiO2 NANÔ 22 2.1 Giới thiệu TiO2 22 2.2 Cơ chế xử lý nước không khí quang xúc tác 23 2.2.1 Những nguyên lý 24 2.2.1.1 Vai trò photon kích thích, chuyển dời điện tử hấp thụ 24 2.2.1.2 Sự ảnh hưởng nhân tố đến phản ứng quang xúc tác 27 2.2.1.3 Những ưu điểm hạn chế sử dụng TiO2 làm chất quang xúc tác 27 2.2.1.4 Ảnh hưởng cấu trúc vi cấu trúc TiO2 đến phản ứng quang xúc tác 28 2.2.3 Các dạng biến thể TiO2 30 2.2.4.Ứng dụng TiO2 kích thước nanô 32 2.3 Tình hình nghiên cứu TiO2 kích thước nanô .34 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BIẾN TỬ ÁP ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ HỆ VẬT LIỆU GỐM PZT(51/49) – 0,4 % kl MnO2 PHA TẠP ZnO 36 3.1 Chế tạo nghiên cứu tính chất vật lý gốm PZT(51/49) – 0,4 % kl MnO2 pha tạp ZnO .36 3.1.1 Chế tạo gốm phương pháp truyền thống 38 3.1.2 Sự phụ thuộc thông số điện, điện môi, khối lượng riêng vào nhiệt độ thiêu kết hàm lượng pha tạp .39 v Footer Page of 89 Header Page of 89 3.1.3 Cấu trúc vi cấu trúc gốm 41 3.1.3.1 Cấu trúc 41 3.1.3.2 Vi cấu trúc 43 3.1.4 Sự phụ thuộc số điện môi vào nhiệt độ 44 3.1.5 Đặc tính trễ sắt điện vật liệu .46 3.1.6 Nghiên cứu tính chất áp điện gốm PZT51/49 – 0,4 % kl MnO2 – 0,15 %kl ZnO 48 3.2 Chế tạo biến tử siêu âm công suất 50 3.2.1 Xác định vận tốc truyền sóng âm vật liệu 50 3.3 Lắp ráp cụm biến tử 53 3.4 Nghiên cứu lắp ráp mạch phát siêu âm công suất 57 3.5 Nghiên cứu chế tạo thiết bị phát siêu âm công suất cao 58 3.5.1 Nghiên cứu chế tạo thiết bị phát siêu âm đa tần .59 3.5.2 Nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm tổng hợp vật liệu 60 CHƯƠNG MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TiO2 CÓ CẤU TRÚC NANÔ VÀ ỨNG DỤNG 63 4.1 Chế tạo vật liệu TiO2 có cấu trúc nanô dạng ống .63 4.2 Đặc trưng, tính chất bột TiO2 tổng hợp phương pháp siêu âm – thủy nhiệt 64 4.2.1 Vi cấu trúc .64 4.2.2 Cấu trúc bột TiO2 67 4.3 Chế tạo vật liệu TiO2 pha tạp .70 4.3.1 Chế tạo bột TiO2 nanô pha tạp Fe 70 4.3.1.1 Cấu trúc vi cấu trúc vật liệu TiO2 nanô pha tạp sắt 71 4.3.3.2 Tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2 nanô pha tạp sắt 74 4.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu TiO2 dạng dung dịch ứng dụng 76 4.4.1 Chế tạo dung dịch TiO2 77 4.4.2 Tính chất quang quang xúc tác dung dịch TiO2 77 4.4.2.1.Phổ truyền qua dung dịch TiO2 77 4.4.2.2 Tính chất quang xúc tác dung dịch TiO2 .78 vi Footer Page of 89 Header Page of 89 4.5 Chế tạo màng TiO2 nanô 79 4.5.1 Chế tạo màng TiO2 phương pháp phun tĩnh điện 79 4.5.2 Chế tạo màng TiO2 gạch men 82 4.6 Chế tạo vật liệu PZT51/49 – 0,4 % kl MnO2 sử dụng nguyên liệu TiO2 nanô 84 4.6.1 Nghiên cứu tính chất vật lý, cấu trúc vi cấu 85 4.6.2 Một số kết nghiên cứu tính chất sắt điện áp điện hệ gốm PZT51/49 - 0,4 % kl MnO2 sử dụng TiO2 nanô 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN LUẬN ÁN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 vii Footer Page of 89 Header Page of 89 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu tạo biến tử kiểu Langevin Hình 1.2 Mạch điện tương đương môi trường không áp điện 12 Hình 1.3 Mạch điện tương đương môi trường áp điện 13 Hình 1.4 Mạch tương đương khối áp điện gồm p .14 Hình 1.5 Mạch tương đương biến tử áp điện kiểu Langevin 15 Hình 1.6 Mạch tương đương rút gọn biến tử Langevin 15 Hình 1.7 Mô hình chi tiết biến tử Langevin kép 16 Hình 1.8 (a) Biến tử ghép nửa sóng có gốm giống khác phần hai đầu Các đường cong (b) (c) có ý nghĩa s2m1v1 A2>Ac>A1 (trường hợp sử dụng hệ liên kết thép - PZT - Mg) 20 Hình 1.9 Sự phụ thuộc chiều dài khối kim loại li theo tần số làm việc (   1/ lc ) cặp vòng xuyến có chiều dày lc 21 Hình 1.10 Sự phụ thuộc độ khuếch đại cường độ siêu âm theo tần số làm việc (   1/ lc ) cặp vòng xuyến có chiều dày lc 22 Hình 2.1 Tinh thể anatase: (a) dạng tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể 22 Hình 2.2 Tinh thể Rutil: (a) dạng tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể 22 Hình 2.3 Sơ đồ trình tạo thành cặp điện tử - lỗ trống tạo gốc tự ion bề mặt 24 Hình 2.4 Ứng dụng TiO2 kích thước nanô 34 Hình 3.1 Quy trình công nghệ chế tạo gốm 38 Hình 3.2 Sự phụ thuộc tỷ trọng, tổn hao tan δ số điện môi  (tại tần số 1kHz) vào nhiệt độ thiêu kết 41 Hình 3.3 Sự phụ thuộc tỷ trọng, tổn hao tan δ số điện môi  (tại tần số 1kHz) vào hàm lượng ZnO 41 viii Footer Page of 89 Header Page of 89 Hình 3.4 Phổ nhiễu xạ tia X PZT51/49 - 0,4 % kl MnO2 pha tạp (a) % kl ZnO,(b) 0,15 % kl ZnO và(c) 0.25 % kl ZnO thiêu kết 1000 0C 42 Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu thiêu kết nhiệt độ khác nhau: 43 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu tương ứng với nồng độ ZnO: 45 Hình 3.7 Sự phụ thuộc số điện môi theo nhiệt độ 45 Hình 3.8 Sự phụ thuộc TC ε max vào nhiệt độ thiêu kết 45 Hình 3.9 Sự phụ thuộc số điện môi theo nồng độ ZnO 45 Hình 3.10 Sự phụ thuộc TC vào nồng độ ZnO 45 Hình 3.11 Dạng đường trễ mẫu T950, T1000, T1050, T1100 46 Hình 3.12 Dạng đường trễ mẫu T00Z, T15Z, T25Z, T35Z .47 Hình 3.13 Sự phụ thuộc EC Pr vào nhiệt độ thiêu kết (a), nồng độ ZnO (b) 48 Hình 3.14 Sự phụ thuộc hệ số áp điện d31 (a) hệ số liên kết điện kp vào điện trường phân cực .50 Hình 3.15 Biến tử áp điện sau chế tạo 52 Hình 3.16 Phổ cộng hưởng áp điện biến tử xuyến chế tạo 53 Hình 3.17 Thiết kế chi tiết biến tử siêu âm hãng Morgan 53 Hình 3.18 Biến tử ghép chế tạo 56 Hình 3.19 Mặt cắt biến tử ghép 56 Hình 3.20 Phổ cộng hưởng áp điện (a) hệ biến tử, (b) biến tử tự 56 Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý mạch điện tử máy phát siêu âm 57 Hình 3.22 Hai cụm biến tử sau gắn vào khay chứa 58 Hình 3.23 Thiết bị lúc hoạt động .59 Hình 3.24 Mô hình tổng hợp TiO2 theo phương pháp siêu âm .61 Hình 3.25 Thiết bị siêu âm tổng hợp vật liệu chế tạo 61 Hình 4.1 Mô hình tổng hợp TiO2 theo phương pháp siêu âm 63 Hình 4.2 Quy trình chế tạo TiO2 nanô phương pháp siêu âm - thủy nhiệt .63 Hình 4.3 Ảnh SEM bột TiO2 chưa xử lý .64 Hình 4.4 Ảnh SEM bột TiO2 nanô (a) sấy 800C; (b) nung 4500C; (c) nung 6000C; (d) nung 8000C 65 ix Footer Page of 89 Header Page 10 of 89 Hình 4.5 Ảnh HR-TEM mẫu TiO2 nanô ống sau sấy 800C .65 Hình 4.6 Ảnh HR-TEM mẫu TiO2 nanô ống: nung 4500C(a) nung 6000C(b) 66 Hình 4.7 Ảnh HR-TEM tinh thể TiO2 theo hướng [010](b) [001](c) 67 Hình 4.8 Ảnh nhiễu xạ tia X bột TiO2 chưa xử lí .67 Hình 4.9 Ảnh nhiễu xạ bột TiO2 nanô nung 4500C; 6000C; 8000C .68 Hình 4.10 Kết phân tích diện tích bề mặt BET bột TiO2 nanô 69 Hình 4.11 Cơ chế hình thành ống nanô TiO2 .69 Hình 2.12 Ảnh nhiễu xạ tia X Fe-TiO2 pha tạp 0,1 kl Fe 71 Hình 4.13 Ảnh nhiễu xạ tia X Fe-TiO2 pha tạp 0,15 kl Fe 71 Hình 4.14 Ảnh nhiễu xạ tia X Fe-TiO2 0,2 kl Fe 72 Hình 4.15 Ảnh nhiễu xạ tia X Fe-TiO2 0,25 kl Fe 72 Hình 4.16 Ảnh nhiễu xạ tia X Fe-TiO2 0,3 kl Fe 73 Hình 4.17 Ảnh SEM Fe-TiO2 pha tạp 0,1 kl Fe 73 Hình 4.18 Ảnh SEM Fe-TiO2 pha tạp 0.2 kl Fe 74 Hình 4.19 Ảnh SEM Fe-TiO2 pha tạp 0,3% kl Fe 74 Hình 4.20 Phổ hấp thụ dung dịch metylene xanh .75 Hình 4.21 Phổ hấp thụ UV-Vis Fe-TiO2 0,25 % kl theo thời gian chiếu: 75 Hình 4.22 Phổ truyền qua dung dịch TiO2 77 Hình 4.23 Phổ hấp thụ dung dịch TiO2 nanô xử lý 900C xanh metylen 78 Hình 4.24 Sơ đồ nguyên lý hệ phun tĩnh điện 80 Hình 4.25 Ảnh SEM màng TiO2 pha tạp Cu chế tạo phương pháp phun tĩnh điện 81 Hình 4.26 Ảnh SEM màng TiO2 pha tạp Fe chế tạo phương pháp phun tĩnh điện 81 Hình 2.27 Ảnh SEM màng TiO2 phủ gạch men nung nhiệt độ khác 83 Hình 4.28 Ảnh nhiễu xạ tia X màng TiO2 nung nhiệt độ: 400, 500, 6000C với thời gian nung 15 phút .83 Hình 4.29 Sự phụ thuộc khối lượng riêng mẫu (N) (T) vào nhiệt độ thiêu kết 86 x Footer Page 10 of 89 Header Page 103 of 89 EC(kV/cm) 14 48 Pr 44 12 40 P(C/cm2) 52 Ec 36 10 32 28 24 850 900 950 1000 1050 1100 20 1150 Hình 4.35 Các giá trị Ec Pr mẫu N 0.60 0.55 0.50 Nhãm mÉu (T) kp 0.45 0.40 0.35 Nhãm mÉu (N) 0.30 0.25 0.20 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 NhiÖt ®é thiªu kÕt ( C) Hình 4.36 Sự phụ thuộc hệ số liên kết điện kp vào nhiệt độ thiêu kết nhóm mẫu N (sử dụng TiO2 nanô) T (sử dụng TiO2 thương mại) Hình 4.36 trình bày Sự phụ thuộc hệ số liên kết điện kp vào nhiệt độ thiêu kết nhóm mẫu (N) (T) Đối với nhóm mẫu (N), hệ số liên kết điện kp đạt cực đại 0,57 nhiệt độ thiêu kết khoảng 1050 0C đến 11000C Đối với nhóm mẫu (T), hệ số liên kết điện kp đạt cực đại nhiệt độ thiêu kết 11500C 0,55 91 Footer Page 103 of 89 Header Page 104 of 89 Như vậy, cách sử dụng TiO2 cấu trúc nanô tổng hợp vật liệu gốm áp điện hệ PZT(51/49) - 0,4 % kl MnO2, hạ thấp nhiệt độ thiêu kết xuống 10500C, mẫu thể tính chất áp điện tốt hẳn so với phương pháp truyền thống Tóm tắt chương Với nhiều ứng dụng thực tiễn tính quang xúc tác, nghiên cứu chế tạo vật liệu có cấu trúc nanô nói chung TiO nanô nói riêng vấn đề thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học nước giới Trong chương này, đề tài luận án giải số vấn đề sau đây:  Đã tổng hợp thành công ổn định ống nanô TiO2 dạng ống phương pháp siêu âm – thủy nhiệt môi trường NaOH với nồng độ 10M Kết phân tích SEM cho thấy sản phẩm TiO2 sau tổng hợp tổng hợp có dạng ống với đường kính 10 nm, chiều dài ống cỡ vài trăm nm Khảo sát tìm nhiệt độ nung thích hợp để sản phẩm TiO2 nanô có tính quang xúc tác tốt Các mẫu TiO2 nanô tổng hợp có khả phân hủy metylen xanh điều kiện chiếu sáng ánh sáng mặt trời 15 phút điều có lợi cho ứng dụng thực tiễn TiO2  Bằng phương pháp siêu âm – thủy nhiệt, sử dụng bột TiO2.nH2O để chế tạo dung dịch TiO2 Dung dịch TiO2 có tính chất quang xúc tác tốt, có khả cắt tử ngoại ứng dụng việc chống bạc màu cho sơn nước ngoại thất  Đã tiến hành xây dựng hệ phun điện đơn giản sử dụng chúng vào việc thử nghiệm chế tạo màng mỏng TiO2 TiO2 pha tạp  Đã tổng hợp vật liệu gốm áp điện hệ PZT(51/49) - 0,4 % kl MnO2 sử dụng nguyên liệu TiO cấu trúc nanô hạ thấp nhiệt độ thiêu kết xuống 10000C Vật liệu thể tính chất áp điện tốt hẳn so với phương pháp truyền thống 92 Footer Page 104 of 89 Header Page 105 of 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dựa vào mục tiêu, nội dung đề tài luận án Tiến sĩ, sau thực hoàn thành luận án, có số kết luận sau: Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm công suất dùng để tổng hợp vật liệu TiO2 cấu trúc nanô, thực số nội dung sau: Đã nghiên cứu chế tạo hệ gốm PZT51/49 - 0,4 % kl MnO2 – 0,15 % kl ZnO Kết nghiên cứu cho thấy hệ vật liệu có nhiều ưu điểm: gốm tổng hợp nhiệt độ 10000C, hệ số áp điện kp = 0,59, Qm ≈ 1600 Hệ gốm sử dụng để chế tạo biến tử phát siêu âm công suất Chế tạo thành công hàng loạt biến tử siêu công suất âm hình xuyến sở gốm áp điện PZT51/49 – 0,4 kl % MnO2 – 0,15 kl % ZnO Các biến tử siêu âm công suất chế tạo có thông số thỏa mãn yêu cầu đề sử dụng để lắp ráp cụm biến tử khảo sát nghiên cứu xây dựng thiết bị Thiết kế mạch kích siêu âm để kích thích biến tử áp điện phát siêu âm công suất cao, tính toán thiết kế mạch điện tử hoạt động với chế độ làm việc biến tử, sở tính toán thông số biến tử, thiết kế hoàn chỉnh mạch điện tử cho máy phát siêu âm Từ biến tử mạch điện nói trên, nghiên cứu chế tạo thành công máy phát siêu âm công suất đa tần, đơn tần ứng dụng để tổng hợp vật liệu, máy rửa siêu âm thiết bị siêu âm nước Đã tổng hợp thành công ổn định ống nanô TiO2 dạng ống phương pháp siêu âm – thủy nhiệt môi trường NaOH với nồng độ 10M Kết phân tích SEM cho thấy sản phẩm TiO2 sau tổng hợp tổng hợp có dạng ống với đường kính 10 nm, chiều dài ống cỡ vài trăm nm Khảo sát tìm nhiệt độ nung thích hợp để sản phẩm TiO2 nanô có tính quang xúc tác tốt Các mẫu TiO2 nanô tổng hợp có khả phân hủy metylen xanh điều kiện chiếu sáng ánh sáng mặt trời 93 Footer Page 105 of 89 Header Page 106 of 89 Từ vật liệu TiO2 có cấu trúc nanô, chế tạo thành công dung dịch TiO2 Vật liệu thử nghiệm ứng dụng thành công xử lý môi trường nuôi trồng thủy sản, sơn nước ngoại thất chống bạc màu, ứng dụng làm dung dịch phủ bề mặt vật liệu gạch men, ngói, bê tông để tạo sản phẩm có tính chất diệt khuẩn, tự làm sạch, khử khí độc dựa chế quang xúc tác màng mỏng TiO2 có cấu trúc nanô Đã tổng hợp vật liệu gốm áp điện hệ PZT(51/49) - 0,4 % kl MnO2 sử dụng nguyên liệu TiO2 cấu trúc nanô hạ thấp nhiệt độ thiêu kết xuống 10500C Vật liệu thể tính chất áp điện tốt hẳn so với phương pháp truyền thống Kiến nghị : Các thiết bị siêu âm chế tạo sử dụng cho nhu cầu nghiên cứu triển khai ứng dụng chế tạo vật liệu TiO2 nanô phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn – Đại học Khoa học Huế Các sản phẩm như: dung dịch TiO2 dùng xử lý môi trường nuôi trồng thủy sản, dung dịch TiO2 phủ vật liệu gạch, ngói để tạo sản phẩm men thông minh (đã triển lãm hội chợ Khoa học Công nghệ toàn Quốc Techmart Quảng Nam 2011) Trong thời gian tới, với thành công việc chế tạo TiO2 có cấu trúc nanô môn Vật lý Chất rắn, hướng nghiên cứu chế tạo pin mặt trời, xử lý nước cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu để tạo sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu xã hội 94 Footer Page 106 of 89 Header Page 107 of 89 DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN LUẬN ÁN I Tạp chí, Hội nghị Hội thảo: T.V.Chuong, L.Q.T.Dung, N.D.T.Luan, T.T.Huy Application of ultrasonic for nanomaterials synthesis Int J Nanotechnol., Vol 8, Nos 3/4/5, 2011, p.291-299 Quang Tien Dung Le, Van Chuong Truong and Phuong Anh Do The effect of TiO2 nanotubes on the sintering behavior and properties of PZT ceramics Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol (2011) 025013 (5pp) doi:10.1088/2043-6262/2/2/025013 Lê Quang Tiến Dũng, Trương Văn Chương, Đỗ Phương Anh, Huỳnh Duy Nhân Ảnh hưởng ZnO đến nhiệt độ thiêu kết tính chất gốm Pb(Zr0.51Zr0.49)O3 pha tạp MnO2 Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2011) – TP Hồ Chí Minh 7-9/11/2011 Nguyễn Duy Anh Tuấn, Trương Văn Chương, Võ Duy Dần, Lê Quang Tiến Dũng (2009), “Chế tạo nghiên cứu tính chất vật lý gốm sắt điện Pb(Zr0,825Ti0,175)O3 pha tạp Cr3+”, Tạp chí đại học Huế số 58, 2010 trang 149-157 Truong Van Chuong, Huynh Duy Nhan, Le Quang Tien Dung and Nguyen Duy Anh Tuan Preparation and investigation of ferroelectric Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 by modified Pechini method Journal of Physics: Conference Series 187 (2009) 012045 Le Quang Tien Dung and Truong Van Chuong Synthesis and characterization of lead zirconate titanate at low sintering temperature International symposium on nano – materials, Technology and application (NANOMATA 2009), Hanoi, Vietnam, October 14-16, 2009 Lê Quang Tiến Dũng, Trương Văn Chương,Thân Trọng Huy “ Nghiên cứu chế tạo gốm áp điện Pb(Zr0.51Ti0.49)O3 – 0.4%wt MnO2 – 0.25%wt ZnO 95 Footer Page 107 of 89 Header Page 108 of 89 phương pháp nung nhanh” Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009) - Đà Nẵng 8-10/11/2009 Trương Văn Chương, Lê Quang Tiến Dũng Ứng dụng siêu âm chế tạo vật liệu cấu trúc nanô xử lý môi trường Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009) - Đà Nẵng 8-10/11/2009 Lê Quang Tiến Dũng, Trương Văn Chương, Đỗ Phương Anh, Huỳnh Duy Nhân Ảnh hưởng ZnO đến nhiệt độ thiêu kết tính chất gốm Pb(Zr0.51Zr0.49)O3 pha tạp MnO2 Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2011) – TP Hồ Chí Minh 7-9/11/2011 10 Trương Văn Chương, Lê Quang Tiến Dũng Ứng dụng siêu âm chế tạo vật liệu cấu trúc nanô xử lý môi trường Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009) - Đà Nẵng 8-10/11/2009 11 Lê Quang Tiến Dũng, Trương Văn Chương, Hoàng Xuân Thanh Chế tạo nghiên cứu tính chất Multiferroic gốm xPb(Zr0.52Ti0.48)O3 - (1x)CoFe2O4 Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009) - Đà Nẵng 8-10/11/2009 12 Truong Van Chuong, Le Quang Tien Dung and Dinh Quang Khieu Synthesis of nanô titanium dioxide and its application in photocatalys Journal of the Korean Physical Society, Vol.52, No.5, May 2008, p.15261529 II Giải thưởng Khoa học Công nghệ: 13 Giải khuyến khích thi sáng tạo Khoa học – Công nghệ Việt nam (Vifotec) 2012 14 Giải thi sáng tạo Khoa học Công nghệ tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2012 15 Giải ba thi sáng tạo Khoa học Công nghệ tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2012 96 Footer Page 108 of 89 Header Page 109 of 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trương Văn Chương, Lê Quang Tiến Dũng (2007), “Nghiên cứu vật liệu có cấu trúc nanô trường Đại học Khoa học Huế”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn Toàn quốc Lần thứ V, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà nội, tr 53 – 58 Trương Văn Chương, Lê Quang Tiến Dũng (2009), “Ứng dụng siêu âm chế tạo vật liệu cấu trúc nanô xử lý môi trường” Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009), trang 9-14 Trương Văn Chương, Lê Quang Tiến Dũng (2008), “Sản xuất thử nghiệm thiết bị phát siêu âm công suất” Đề án hoàn thiện sản phẩm khoa học công nghệ Đại học Huế Võ Duy Dần (2010), Vật liệu điện môi ứng dụng, Nhà xuất Đại học Huế Lê Quang Tiến Dũng, Trương Văn Chương, Thân Trọng Huy “Nghiên cứu chế tạo gốm áp điện Pb(Zr0.51Ti0.49)O3 – 0.4%wt MnO2 – 0.25%wt ZnO phương pháp nung nhanh” Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009) - Đà Nẵng 8-10/11/2009 Trương Văn Chương, Lê Quang Tiến Dũng (2006) “Chế tạo máy rửa siêu âm công suất cở sở biến tử gốm áp điện hệ PZT pha tạp” Đề tài cấp Bộ trọng điểm Trương Văn Chương, Lê Quang Tiến Dũng (2009) “Nghiên cứu phát triển phương pháp siêu âm – vi sóng chế tạo vật liệu sắt điện, áp điện sở PZT có cấu trúc nanô” Đề tài nghiên cứu khoa học tự nhiên, mã số 409006 Cấp nhà nước Nguyễn Viết Kính, Nguyễn Đăng Lâm (2004), “Siêu âm nguyên lý ứng dụng”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 97 Footer Page 109 of 89 Header Page 110 of 89 Trịnh Thị Loan, Lê Hồng Hà, Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Hạnh, Ngạc An Bang (2005), “Tổng hợp dây nanô TiO2 anatase phương pháp thuỷ nhiệt hai giai đoạn”, Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội Tiếng Anh 10 Abbass A Hashim (2012), “Smart Nanoparticles Technology”, Published by InTech 11 A A Ashkarran (2011), “A novel approach for synthesis of visible-lightactive nano-crystalline TiO2 photocatalyst”, Journal of Theoretical and Applied Physics, 5-2, 87-93 12 Alexandru Sergiu Nanu, Niculae Ion Marinescu, Daniel Ghiculescu (2011), “Study On Ultrasonic Stepped Horn Geometry Design And Fem Simulation”, Nonconventional Technologies Review, No.4 13 A.I Kontos, I.M Arabatzis, D.S Tsoukleris, A.G Kontos, M.C Bernard, D.E Petrakis, P Falaras (2005), “Efficient photocatalysts by hydrothermal treatment of TiO2 ”, Catalysis Today 101, 275–281 14 Adriana Zaleska (2008), “Characteristics of doped – TiO2 photocatalysts” Physicochemical Problems of Mineral Processing, 42, pp.211-222 15 A.H Mahvi and M.H Dehghani (2005), School of Public Health, Center for Environmental Research, Tehran University of Medical Sciences, Tehran 16 Antonio Arnau Vives (2008), “Piezoelectric Transducers and Applications”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 17 Bartolomeu C Viana, Odair P Ferreira, Antonio G Souza Filho, Josue Mendes Filho and Oswaldo L Alves (2009), Structural, Morphological and Vibrational Properties of Titanate Nanotubes and Nanoribbons J Braz Chem Soc., Vol 20, No 1, p.167-175 98 Footer Page 110 of 89 Header Page 111 of 89 18 Tryba, M Piszcz and A.W Morawski (2010), “Photocatalytic and SelfCleaning Properties of Ag-Doped TiO2”, The Open Materials Science Journal, 4, pp 5-8 19 Craig A Grimes, Gopal K Mor (2009), “TiO2 Nanotube Arrays: Synthesis, Properties, and Applications”, Springer Science 20 Chang Sung Lim, Jeong Ho Ryu, Do-Hwan Kim, Sung-Yong Cho and WonChun Oh (2010), “Reaction morphology and the effect of pH on the preparation of TiO2 nanoparticles by a sol-gel method”, Journal of Ceramic Processing Research Vol 11, No 6, pp 736-741 21 Cheol-Woo AHN, Si-Yoo NOH, Sahn NAHM, Jungho RYU, Kenji UCHINO, Seok-Jin YooN and Jae-Sung SONG (2003), “Low temperature sintering and piezoelectric properties of ZnO-aidded 0.41Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 – 0.36PbTiO3 – 0.23PbZrO3 ceramic”, J.Appl.Phys Vol.42, pp.5676-5680 22 Chih–Yen Chen, Yi Hu, Hur – Lon Lin (2006), “A novel low temperature sintering process for PMnN-PZT ceramics”, Materials Chemistry and Physics 23 Truong Van Chuong, Le Quang Tien Dung and Nguyen Van Nghia “Ultrasonic – hydrothermal synthesis of nanocrystalline TiO2”, Proceeding of APCTP – ASIAN workshop on Advanced materials Science and Nanotechnology, September 15-20, 2008, Nha Trang, Vietnam, p.574-577 24 T.V.Chuong, L.Q.T.Dung, N.D.T.Luan, T.T.Huy (2011) “Application of ultrasonic for nanomaterials synthesis” Int J Nanotechnol., Vol 8, Nos 3/4/5, p.291-299 25 Truong Van Chuong, Le Quang Tien Dung, Dinh Quang Khieu (2008), “Synthesis of Nano Titanium Dioxide and Its Application in Photocatalysis”, Journal of the Korean Physical Society, Vol 52, No 5, 1526-1529 26 Truong Van Chuong, Le Quang Tien Dung, Nguyen Thi Thanh Chuong “Invenstigation of silica - titania composites for photocatalysis application” 99 Footer Page 111 of 89 Header Page 112 of 89 Proceeding of IWNA 2007, Vung Tau, Vietnam November 15-17,2007, p.158-160 27 C.C Chung, T.W Chung, and T.C.K Yang (2008), Rapid synthesis of titania nanowires by microwave-assisted hydrothermal treatments, Ind Eng Chem Res 47, 2301 28 Truong Van Chuong, Le Quang Tien Dung Nguyen Van Nghia (2008), Ultrasonic-hydrothermal synthesis of nanocrystalline TiO2 Proceeding of APCTP-ASIAN workshop on Advanced materials Science Nanotechnology, September 15-20, Nha Trang, Vietnam, p.574-577 29 C.-K Jung, S.-J Cho, I.-S Bae, S H Jeong, Y.-H Song and J.-H Boo, T K Kim, S Kim (2007), Journal of the Korean Physical Society, Vol 51, No 3, 2007, pp 1105-1108 30 Dong Lyun Cho, Ho Min, Jong-Ho Kim, Geun-Seop Cha, Gwi-Sung Kim, Byung Hoon Kim, and Seung-Ho Ohk (2007), J Ind Eng Chem., Vol 13, No 3, pp 434-437 31 Quang Tien Dung Le, Van Chuong Truong and Phuong Anh Do (2011) “The effect of TiO2 nanotubes on the sintering behavior and properties of PZT ceramics” Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 025013 (5pp) doi:10.1088/2043-6262/2/2/025013 32 Dang Mau Chien, Nguyen Ngoc Viet, Nguyen Thi Kieu Van, Nguyen Thi Phuong Phong(2007), “study on fabricating SiO2-TiO2 thin film anh its photocatalyst properties”, proceedings of IWNA 2007, 55-59 33 D.S Bhatkhande, V.G Pangarkar and A.A.C.M, Beenackers (2001), J Chem Technol Biotechnol 77, 102 34 Funda sayilkan, Meltem as˙ilt¨urk, Sadiye sener, Sema erdemoglu, Murat erdemoglu and Hikmet sayilkan (2007), “Hydrothermal Synthesis Characterization and Photocatalytic Activity of Nanosized TiO2 Based Catalysts for Rhodamine B Degradation”, Turk J Chem 31, 211 – 221 100 Footer Page 112 of 89 Header Page 113 of 89 35 Farzad Ebrahimi (2011), “Advaces in piezoelectric trasducers ”, Published by InTech 36 Filip M Nowak (2010), Sonochemistry: Theory, “Reactions, Syntheses and applications”, Nova Science Publishers, Inc 37 Hamed Arami, Mahyar Mazloumi, Razieh Khalifehzadeh, S.K Sadrnezhaad (2007), “Sonochemical preparation of TiO2 nanoparticles”, Materials Letters 61, 4559–4561 38 Hatch, Michael R (2001) “Vibration Simulation Using MATLAB and ANSYS by Chapman & Hall/CRC” 39 Hua Chun Zeng (2011), “Preparation and integration of nanostructured titanium dioxide”, Current Opinion in Chemical Engineering, 1:11–17 40 Irinela Chilibon, Martine Wevers, Jean-Pierre Lafaut (2005), “Ultrasound Underwater Transducer For Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy (Eswl)”, Romanian Reports in Physics, Vol 57, No 4, P 979–992 41 Jae Shin Lee, Mun Seok Choi, Nguyen Viet Hung, Young Sun Kim, Ill Won Kim, Eon Cheol Park, Soon Jong Jeong, Jae Sung Song (2007), “Effects of high energy ball-milling on the sintering behavior and piezoelectric properties of PZT-based ceramics” Ceramics International 33, pp 1283– 1286 42 Jeong Ah Chang, Muga Vithal, In Chan Baek, Sang Il Seok (2009), “Morphological phase evolution of TiO2 nanocrystals prepared from peroxotitanate complex aqueous solution Influence of acetic acid” Journal of Solid State Chemistry 182, pp 749–756 43 Jinlong Zhang, Masaya Matsuoka, Jae Sung Lee, Shifu Chen (2012), “Development of Visible Light-Responsive Photocatalysts“, International Journal of Photoenergy, Hindawi Publishing Corporation 44 K.W Wang J Tang (2008), “Adaptive Structural Systems with Piezoelectric Transducer Circuitry”, Springer Science Business Media, LLC 101 Footer Page 113 of 89 Header Page 114 of 89 45 Ma Yutao, Lin Yuan, Xiao Xurui, Li Xueping, Zhou Xiaowe (2005), “Synthesis of TiO2 nanotubes film and its light scattering property”, Chinese Science Bulletin Vol 50(No.18), 1985—1990 46 Mason T.J and J.P Lorimer (1988), “Sonochemistry: Theory, Applications And Uses Of Ultrasound In Chemistry”, (Ellis Horwood Limited) 47 Meng Nan Chong, Bo Jin, Christopher W.K Chow, and Chris Saint ((2010), “Recent developments in photocatalytic water treatment” technology: A review Water research 44, 2997-3027 48 Michael Kohler and Wolfgang Fritzsche (2007), Nanotechnology: An Introduction to Nanostructuring Techniques, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA 49 Morgan Matroc Limited, Transducer Products Division, Technical Publication TP-235, The design of piezoelectric sandwich transducers 50 Mohammed Muzibur Rahman (2011), Nanomaterials, Published by InTech 51 Muneer M Ba-Abbad, Abdul Amir H Kadhum, Abu Bakar Mohamad, Mohd S Takriff, Kamaruzzaman Sopian (2012), “Synthesis and Catalytic Activity of TiO2 Nanoparticles for Photochemical Oxidation of Concentrated Chlorophenols under Direct Solar Radiation”, Int J Electrochem Sci., 7, pp 4871 – 4888 52 N.G Moustakas, A.G Kontos, V Likodimos, F Katsaros, N Boukos, D Tsoutsou, A Dimoulas, G.E Romanos, D.D Dionysiou, P Falaras (2013), “Inorganic–organic core–shell titania nanoparticles for efficient visible light activated photocatalysis”, Applied Catalysis B: Environmental 130–131, pp.14– 24 53 R.S Sonawane, M.K Dongare (2006), “Sol–gel synthesis of Au/TiO2 thin films for photocatalytic degradation of phenol in sunlight”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 243, pp 68–76 102 Footer Page 114 of 89 Header Page 115 of 89 54 S Anandan, P Sathish Kumar, N Pugazhenthiran, J Madhavan, P Maruthamuthu (2008), Sol Energy Mater Sol Cells, doi:10.1016/j solmat.2008.02.020 55 Sang-Chul Jung, Sun-Jae Kim, Nobuyuki Imaishi, Yong-Ick Cho (2005), Applied Catalysis B: Environmental 55, pp 253–257 56 Saber Ahmed, M.G Rasul, W Martens, R Brown nd M.A.Hashib (2011), “Influence of Parameters on the Heterogeneous Photocatalytic Degradation of Pesticides Phenolic Contaminants in Wastewater: A Short Review” Journal of Environmental Management, 92(3), pp 311-330 57 SanghoLee, JuhyunYoo, Hyunsunsong, Siheung.Lee and Kihochoi (2007), “Effect of ZnO on low temperature sintering of Pb(Mn1/3Nb2/3)O3 Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 – Pb(Zr1/2Ti1/2)O3 ceramics”, International symposium on Applications of ferroelectric, proceedings of the 16th IEEE 58 Sara Baldassari, Sridhar Komarneni, Emilia Mariani, Carla Villa (2005), “Microwave-hydrothermal process for the synthesis of rutile”, Materials Research Bulletin 40, 2014–2020 59 Sergio Valencia, Juan Miguel Marín and Gloria Restrepo (2010), “Study of the Bandgap of Synthesized Titanium Dioxide Nanoparticules Using the SolGel Method and a Hydrothermal Treatment”, The Open Materials Science Journal, 4, pp 9-14 60 Sher Bahadur Rawal, Ashok Kumar Chakraborty, Wan In Lee (2009), “Heterojunction of FeOOH TiO2 for the Formation of Visible Light Photocatalyst”, Bull.Korean Chem.Soc, Vol.30 (No.11) 61 Shigeyuki Somiya, Rustum Roy (2000), “Hydrothermal synthesis of fine oxide powders”, Bull Material Science, Vol.23(No.6), 453-460 62 Suslick KS, ed (1988), Ultrasound: Its Chemical, Physical, and Biological Effects New York: VCH 63 Suslick KS (1997), “In Handbook of Heterogeneous Catalysis”, ed G Ertl, H Knozinger, J Weitkamp, 3:1350–57 Weinheim: Wiley-VCH 103 Footer Page 115 of 89 Header Page 116 of 89 64 Srivastava D.N, N Perkas, A Zaban, and Gedanken (2002), “Sonochemistry as a tool for preparation of porous metal oxides”, Pure Appl Chem., Vol.74, No 9, pp 1509-1517 65 Tuan Q.Nguyen, Hoang Yen, Khanh T.Trinh(2007), “study on photocatalytic properties of nano-TiO2 prepared by sol-gel and hydrothermal method”, proceedings of IWNA 2007, 471-475 66 Veda Ramaswamy, N.B Jagtap, S Vijayanand, D.S Bhange, P.S Awati (2008), “Photocatalytic decomposition of methylene blue on nanocrystalline titania prepared by different methods ”, Materials Research Bulletin 43, 1145–1152 67 W.P.Mason (1948), “Electromechanical Transducer and Wave Filters”, second edition, D.Van Nostrand Company Inc 68 Weijia Zhou, Guojun Du, Peiguang Hu, Guohong Li, Dongzhou Wang, Hong Liu, Jiyang Wang, Robert I Boughton, Duo Liu and Huaidong Jiang (2011), “Nanoheterostructures on TiO2 nanobelts achieved by acid hydrothermal method with enhanced photocatalytic and gas sensitive performance“, J Mater Chem., 21, 7937–7945 69 Wenzhong Wang, Oomman K Varghese, Maggie Paulose, and Craig A Grimes (2003), “A study on the growth and structure of titania nanotubes”, Materials Research Society, vol 19(No.2), 417-422 70 Xiaobo Chen and Sammuel S Mao (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, properties, modifications, and applications”, Chem Rev, (107), 2891 – 2959 71 Y MASON (1973), “Physical acoustics - Principles and Methods” Acedemic Press New York and London 72 YAN You-Juna, QIU Xiao-Qinga, WANG Hui, LI Li-Pinga LI GuangShe (2008), H2O2-Promoted Size Groklh of Sulfated TiO2 Nanocrystals Chinese J Struct Chem Vol 27, No.5, 622- 628 73 Yoshitake Masuda (2011), Nanofabrication, Published by InTech 104 Footer Page 116 of 89 Header Page 117 of 89 74 Zhang G, Wang B, Hao H, Wu M (2004), “Ultrasonic removal of cyanobacteria” International Journal of environment technology and managenment, China, 266-272 75 Zhijie Li, Bo Hou, Yao Xu, Dong Wu, Yuhan Sun, Wei Hu, Feng Deng(2005), “Comparative study of sol–gel-hydrothermal and sol–gel synthesis of titania–silica composite nanoparticles”, Journal of Solid State Chemistry (179), 1395-1405 105 Footer Page 117 of 89 ... Nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm tổng hợp vật liệu 60 CHƯƠNG MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TiO2 CÓ CẤU TRÚC NANÔ VÀ ỨNG DỤNG 63 4.1 Chế tạo vật liệu TiO2 có cấu trúc nanô. .. dùng tổng hợp vật liệu  Nghiên cứu chế tạo vật liệu TiO2 có cấu trúc nanô sử dụng siêu âm công suất cao kết hợp với thủy nhiệt Nghiên cứu tính chất vật lý, cấu trúc, vi cấu trúc TiO2 có cấu trúc. .. 1010 K/s tạo điều kiện thuận lợi việc tổng hợp vật liệu nanô Vì vậy, chọn đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ SIÊU ÂM CÔNG SUẤT ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANÔ với mục tiêu nghiên cứu, phát