Titan dioxide là một vật liệu rất cơ bản trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nó được ứng dụng rất rộng rãi như một chất màu trắng (white pigment) trong công nghiệp mỹ phẩm, thực phẩm và sơn. TiO2 tồn tại trong tự nhiên ở ba dạng thù hình phân biệt là: anatase, rutile và brookite. Một cách tổng quát, vật liệu TiO2 là một bán dẫn có thể được kích hoạt hóa học bằng ánh sáng. Tính hoạt tính quang này của TiO2 đã được biết đến gần 60 năm và hiện nay vẫn được nghiên cứu phát triển. TiO2 là loại vật liệu có hệ số chiết suất cao, độ trơ hóa học lớn, có màu không đáng kể. Với các tính chất trên TiO2 là một pigment lý tưởng và được sử dụng rất rộng rãi trong thực phẩm, mỹ phẩm. Mặc dù TiO2 chỉ hấp thụ xấp xỉ 5% lượng ánh sáng mặt trời chiếu đến mặt đất, nó vẫn là loại bán dẫn tốt nhất được biết đến với khả năng chuyển đổi hóa học và tích trữ năng lượng mặt trời lớn. TiO2 có tính độc nhất riêng biệt do có hệ số chiết suất cao và độ truyền qua ở vùng ánh sáng nhìn thấy lớn.
Trang MỞ ĐẦU Ngày đời sống người cải thiện, nâng cao với tiến phát triển khoa học công nghệ Các sản phẩm khoa học kỹ thuật chế tạo ngày đáp ứng nhiều nhu cầu người, cung cấp sống thoải mái hơn, tiện nghi Đặc biệt ngành công nghệ nano tạo sản phẩm công nghệ thông minh hơn, thân thiện với môi trường, tiết kiệm lượng công sức lao động nhiều chi phí tốn mang đến hiệu kinh tế kinh tế cao Một thành tựu ngành công nghệ nano đem lại cho người kể đến dạng sản phẩm thân thuộc với chúng ta, gạch ốp lát, kính xây dựng, lợp, che Các loại vật liệu phủ bề mặt lớp vật liệu nano TiO2 có tính chất ưu việt lý thú, khả tự làm sạch, tính siêu ưa nước, chống tượng đọng sương gây mờ kính, khả hạn chế phát triển vi khuẩn diệt khuẩn Để hình dung lợi ích to lớn loại sản phẩm này, liên tưởng đến tòa cao ốc 30 tầng, với bề mặt tường ốp gạch kính cửa sổ bị bám bẩn, cần chùi rửa Công việc tưởng chừng đơn giản chùi rửa độ cao hàng chục thước so với mặt đất lau chùi diện tích bề mặt rộng lớn tòa cao ốc! Để thực khối lượng công việc đồ sộ người công nhân vệ sinh phải thực công việc nguy hiểm, cần số lượng lớn nhân công với nhiều công sức lao động, sản phẩm tẩy rửa gây nhiều tác hại cho môi trường khả tự phân giải sinh học Với sản phẩm phủ lớp màng thông minh trên, bề mặt vật liệu bóng, chất bẩn dễ dàng bị trôi sau mưa Hơn thế, sản phẩm có khả oxy hóa loại khí độc hại không khí khí thải xe cộ CO, NOx, VOC (vapour organic chemicals) góp phần làm bầu khí chung quanh ta Lịch sử nghiên cứu vật liệu TiO nói bắt đầu kỉ tận ngày hôm vật liệu TiO2 mở điều lý thú mà chưa khép lại dựa sở tính chất lý thú đặc biệt Các nghiên cứu ban đầu khởi nguồn Đại học TOKYO nghiên cứu tính chất quang điện hóa pin mặt trời vào năm 1960 Cho đến năm 1972 Honda-Fujishima phát khả phân tách nước bề mặt điện cực làm từ TiO 2, phản ứng oxy hóa khử gọi hiệu ứng HondaFujishima, công bố Nature vào năm 1972 Chính phát đặt nên tảng để sau, nghiên cứu tính chất ứng dụng TiO ngày phát triển mở rộng Ban đầu nghiên cứu chế tạo pin mặt trời, kính lọc, kính chống phản xạ… sau mở rộng sang lĩnh vực môi trường, nghiên cứu khả quang xúc tác, tự làm sạch, gần nghiên cứu tính siêu ưa nước hiệu ứng quang, khả chống đọng sương, khả diệt khuẩn Mới có vài nghiên cứu khả ứng dụng nano TiO việc cấy ghép xương động vật Trang LVTh.S Mở Đầu Ở nước ta năm gần việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano áp dụng nhiều lĩnh vực khác tập trung ý Các nghiên cứu phát triển nhằm mục đích tạo sản phẩm ứng dụng sử dụng thị trường, nghiên cứu sâu mặt lý thuyết để nắm bắt theo kịp với trình độ giới Ở Việt Nam nhóm nghiên cứu lĩnh vực vật liệu nano TiO2 kể đến đơn vị nghiên cứu hàng đầu Trung tâm Công nghệ Vật liệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG Hà Nội), Viện Khoa học Vật liệu thuộc Trung tâm KHTN & CNQG, Viện Vật lý Ứng dụng, Viện ITIMS Viện Vật lý Kỹ thuật thuộc ĐHBK Hà Nội, PTN Công nghệ Nano thuộc ĐHQG TP.HCM Một số nghiên cứu ban đầu vật liệu nano TiO2 sở quang xúc tác thử nghiệm cho vài dạng sản phẩm ứng dụng thị trường trang diệt khuẩn TS Phạm Văn Nho; sơn tự làm diệt khuẩn, diệt nấm mốc TS Trần Thị Đức… Tuy nhiên nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực kính xây dựng đặc biệt gạch men hay gốm sứ hạn chế Ngay giới nghiên cứu ứng dụng đối tượng vật liệu nano TiO2 nhiều chủ yếu nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác vật liệu nano TiO dạng bột dùng xử lí môi trường, xử lí nước ; nghiên cứu ứng dụng màng TiO hạn chế Trên thị trường có số công ty sứ vệ sinh nước Nhật Bản, Đức, Trung Quốc… giới thiệu loại men chống bám bẩn khử khuẩn phủ mặt bàn cầu vệ sinh nhằm giảm thiểu công việc lau chùi sau xả nước, giữ cho môi trường nhà vệ sinh “sạch” Nhưng giá thành loại men đắt sản phẩm có sử dụng loại men có giá thành đắt gấp đến lần so với sản phẩm thông thường khác Hiện nay, nhu cầu xử lý vệ sinh, loại bỏ chất độc hại diệt khuẩn để tăng độ cho gạch men, gạch ốp lát, sản phẩm gốm sứ cho môi trường sống vệ sinh cần thiết quan trọng Dựa nghiên cứu truớc chứng minh hoạt tính ưu việt vật liệu nano tính siêu ưa nước, tính chất tự làm diệt khuẩn số thành công sản phẩm ứng dụng lớp phủ TiO thuỷ tinh, vải sợi tiến hành thực đề tài Đề tài nghiên cứu với mục tiêu chế tạo lớp màng vật liệu nano TiO lên đế thuỷ tinh gạch men ceramic nhằm tạo cho sản phẩm mang đặc tính quang xúc tác, siêu ưa nước tự làm với độ bám dính cao, suốt nhẵn bóng Ngoài phần mở đầu, nội dung nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp trình bày theo chương sau: • Chương 1: Giới thiệu tổng quan vật liệu TiO 2, phương pháp tạo lớp phủ vật liệu công nghệ chế tạo gốm sứ • Chương 2: Giới thiệu mục đích nghiên cứu tiến trình thực nghiệm đề tài • Chương 3: Trình bày phần kết bàn luận luận văn Trang • Phần kết luận trình bày kết nghiên cứu đạt kiến nghị cho hướng phát triển nghiên cứu tương lai đề tài Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TiO2 [2, 5, 6, 7, 9, 16, 18, 20, 21, 24] 1.1.1 Cấu trúc tính chất vật lý Titan dioxide vật liệu sống hàng ngày Nó ứng dụng rộng rãi chất màu trắng (white pigment) công nghiệp mỹ phẩm, thực phẩm sơn TiO2 tồn tự nhiên ba dạng thù hình phân biệt là: anatase, rutile brookite Một cách tổng quát, vật liệu TiO2 bán dẫn kích hoạt hóa học ánh sáng Tính hoạt tính quang TiO2 biết đến gần 60 năm nghiên cứu phát triển TiO2 loại vật liệu có hệ số chiết suất cao, độ trơ hóa học lớn, có màu không đáng kể Với tính chất TiO pigment lý tưởng sử dụng rộng rãi thực phẩm, mỹ phẩm Mặc dù TiO2 hấp thụ xấp xỉ 5% lượng ánh sáng mặt trời chiếu đến mặt đất, loại bán dẫn tốt biết đến với khả chuyển đổi hóa học tích trữ lượng mặt trời lớn TiO2 có tính độc riêng biệt có hệ số chiết suất cao độ truyền qua vùng ánh sáng nhìn thấy lớn Tóm lại, vật liệu titan dioxide TiO2 có tính chất sau: • Là bán dẫn truyền qua vùng ánh sáng thấy dãi quang phổ • Là loại vật liệu có độ xốp cao làm tăng cường mạnh diện tích bề mặt (~1000) lần • Bề mặt TiO2 có lực lớn nhiều nguyên tử dễ dàng định dạng bề mặt • Là loại vật liệu có tính kinh tế, dễ dàng sản xuất với khối lượng lớn, độ trơ hóa học cao, không độc hại mang tính tương hợp sinh học TiO2 thị trường gồm hai loại cấu trúc tinh thể: anatase rutile, TiO có dạng thù hình khác phổ biến brookite Dạng thù hình rutile có khối lượng riêng là: d = 4.2 g/cc; dạng anatase có d = 3.9 g/cc Sự khác biệt giải thích khác biệt cấu trúc tinh thể chúng Cấu trúc tinh thể rutile xếp chặt cấu trúc anatase có khối lượng riêng lớn So với hai dạng lại rutile brookite dạng anatase có hoạt tính quang học cao Dạng thù hình rutile có khả tán xạ ánh sáng tốt hơn, ổn định bền so với dạng thù hình khác Chính dạng TiO ứng dụng sản Trang phẩm công nghiệp thường dạng thù hình rutile Dạng thù hình rutile có khả hấp thu gần vùng ánh sáng nhìn thấy so với dạng thù hình anatase • Rutile: d = 4.2g/cc n = 2.76 Eg = 3.02 eV Có cấu trức kiểu Bravais tứ phương, với hình bát diện xếp tiếp xúc đỉnh Độ bền ổn định cao Hình 1.1: Cấu trúc rutile • Anatase: d = 3.9 g/cc n = 2.52 Eg = 3.23 eV Có cấu trúc kiểu Bravais tứ phương, với hình bát diện tiếp xúc cạnh với trục c bị kéo dài Có hoạt tính quang hóa mạnh 03 loại Hình 1.2: Cấu trúc anatase • Brooklite: d = 4.1 g/cc Trang Eg = 3.4 eV Hoạt tính quang hóa yếu 03 loại Cấu trúc Bravais kiểu mạng tứ phương Hình 1.3: Cấu trúc Brooklite Tính chất bán dẫn TiO2: Liên kết phân tử TiO2 liên kết ion, nguyên tử titanium oxy trao đổi điện tử hóa trị cho để trở thành cation anion Liên kết xuất ion trái dấu thông qua lực hút tĩnh điện Khi nguyên tử titanium oxygen tiến lại gần nhau, tương tác mà chúng có phân bố lại điện tử Quá trình phân bố lại điện tử thỏa mãn điều kiện bảo toàn điện tích toàn hệ có xu hướng cho nguyên tử có lớp vỏ lấp đầy điện tử Khi tạo thành nguyên tử, nguyên tử titanium cho hai nguyên tử oxygen bốn điện tử để trở thành cation Ti4+, nguyên tử oxy nhận lại hai điện tử để trở thành anion O2- Hình 1.4: Cấu hình điện tử biễu diễn theo vân đạo Chính phân bố lại điện tử mà nguyên tử oxygen có phân lớp 2p lấp đầy điện tử, nguyên tử titanium có phân lớp 4s hoàn toàn trống điện tử Khoảng cách hai vùng 4s 2p lớn 3eV hình vẽ 1.5 Trang Hình 1.5: Cấu trúc vùng TiO2 Với chất mà vùng cho phép có đầy điện tử trống điện tử hoàn toàn nhiệt độ thấp chúng chất điện môi bán dẫn Ở nhiệt độ T = (K), vùng mức lượng hóa trị chất điện môi bán dẫn bị điện tử chiếm hoàn toàn Vùng nằm vùng hóa trị hoàn toàn tự do, không chứa điện tử gọi vùng dẫn Vùng hóa trị vùng dẫn cách vùng cấm Khi T ≠ (K) số điện tử vùng hóa trị chuyển động nhiệt trao đổi lượng nhận lượng vượt qua độ rộng lượng vùng cấm chuyển mức lên vùng dẫn Do độ rộng vùng cấm chất bán dẫn nhỏ so với độ rộng vùng cấm điện môi nên độ dẫn điện chất bán dẫn lớn nhiều lần so với chất điện môi Sự phân chia chất bán dẫn điện môi dựa vào độ rộng vùng cấm, chất có độ rộng vùng cấm bé 2,5 eV thường xếp chất bán dẫn, chất có độ rộng vùng cấm – 10 eV thường xếp chất điện môi Đối với TiO2 có độ rộng vùng cấm eV ta xem chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn sử dụng lý thuyết bán dẫn để lý giải cho đặc tính hấp thụ quang TiO2 1.1.2 Các hoạt tính quang xúc tác nano TiO2 1.1.2.1 Tính chất tự làm (self – cleaning) Để tạo khả tự làm bề mặt vật liệu có hai phương pháp dựa tính chất siêu ưa nước siêu kị nước Tính thấm ướt bề mặt Tính thấm ướt tính chất quan trọng bề mặt rắn Tính thấm ướt bề mặt thông thường đánh giá việc xác định góc thấm ướt Góc thấm ướt θ định nghĩa góc đo bề mặt rắn đường tiếp tuyến pha lỏng vị trí giao tuyến ba pha Trang Hình 1.6: Góc tiếp xúc định nghĩa theo phương trình Young Với trường hợp đơn giản nhất, khả thấm ướt bề mặt rắn thường đánh giá góc tiếp xúc tính theo phương trình Young (1.1) γSV = γSL + γLV cosθ (1.1) Với γSV, γSL, γLV lượng tự bề mặt đơn vị diện tích mặt tiếp tuyến pha Rắn/Khí, Rắn/Lỏng, Lỏng/Khí Năng lượng bề mặt tùy thuộc vào chất hóa học bề mặt Khi nhỏ giọt nước lên bề mặt rắn có lượng bề mặt cao, hạt nước lan rộng, có nghĩa góc tiếp xúc bé Thông thường bề mặt kim loại có lượng bề mặt lớn, hạt nước hoàn toàn lan rộng bề mặt kim loại Tuy nhiên, với bề mặt oxide kim loại thường có giá trị góc tiếp xúc xác định Một bề mặt với lượng bề mặt lớn không ổn định mặt nhiệt động học, hấp thu hợp chất hữu xảy để làm giảm lượng bề mặt Ví dụ bề mặt kim loại sắt nhôm có khuynh hướng hấp thu phân tử oxy lên bề mặt chúng tạo thành lớp oxide kim loại bề mặt Phương trình Young áp dụng với bề mặt lý tưởng, tức có độ đồng đều, cứng, không hòa tan tuyệt đối phẳng Trong bề mặt thực tế lại có độ gồ ghề bề mặt độ không đồng bề mặt, áp dụng phương trình Young để xác định góc tiếp xúc bề mặt Wentzel hiệu chỉnh lại phương trình Young có kể đến độ gồ ghề bề mặt qua phương trình (1.2) đây: cos θ' = γ cos θ (1.2) với θ' góc tiếp xúc giả định, γ tỉ lệ độ gồ ghề bề mặt thực tế bề mặt giả định Trong trường hợp bề mặt ưa nước, bề mặt gồ ghề, góc tiếp xúc nhỏ ngược lại bề mặt kị nước Tính chất siêu kị nước Các vật liệu mang tính chất có phản ứng gặp nước hoàn toàn trái ngược so với vật liệu ưa nước Vật liệu kị nước, hay "ghét nước" khuynh hướng hấp thu nước lên bề mặt có chiều hướng làm "nảy" hạt nước khỏi bề mặt chứa Các loại vật liệu kị nước mang giá trị ứng suất bề mặt thấp thiếu nhóm mang hoạt tính làm tăng khả tạo cầu nối hydro với nước mặt hóa học Góc tiếp xúc đạt 00 có nghĩa bề mặt hoàn toàn bị thấm ướt, góc tiếp xúc 1800 có nghĩa bề mặt hoàn toàn không thấm ướt Những bề mặt kị nước thường có khả thấm ướt có góc tiếp xúc khoảng 100 Giá trị góc tiếp xúc lớn khả bám dính kém, ngược lại giá trị góc tiếp xúc nhỏ làm tăng khả bám dính bề mặt Trái với vật liệu kị nước, vật liệu ưa nước có giá trị ứng suất bề mặt cao có khả tạo cầu nối hydro với nước Ứng dụng tính kị nước tạo cho bề mặt tính chất tự làm sạch, hiệu ứng gọi hiệu ứng sen Khi bề mặt mang tính kị nước, giọt nước hạt bẩn bám dính bề mặt Các hạt nước tiếp xúc với Trang bề mặt tạo thành dạng tròn lăn khỏi bề mặt đồng thời kéo theo hạt bẩn bám bề mặt Hình 1.7: Hiệu ứng sen Hiện tượng siêu ưa nước Với bề mặt ưa nước, bề mặt mang tính chất thích nước thay ghét nước bề mặt kị nước Góc tiếp xúc hạt nước với bề mặt ưa nước có giá trị bé Khi tiếp xúc với bề mặt ưa nước hạt nước trải bề mặt tạo thành màng nước mỏng đồng bề mặt Góc tiếp xúc nước với vật liệu vô thủy tinh khoảng 20 – 300, nước với vật liệu nhựa thông 70 - 90 0, với loại nhựa kị nước thường lớn 900 Và có vật liệu có giá trị góc tiếp xúc bé 10 0, loại vật liệu lại khả giữ tính chất ưa nước lâu bền Trong bề mặt vật liệu TiO chiếu sáng ánh sáng UV, góc tiếp xúc nước với bề mặt đạt giá trị bé < Và ngưng chiếu sáng, tính chất siêu ưa nước bề mặt TiO giữ vài ngày, để đưa bề mặt lại trạng thái ưa nước đơn giản cách kích thích bề mặt lại nguồn sáng UV Hình 1.8: Biểu diễn góc tiếp xúc bề mặt có tính ưa nước tăng dần Giải thích tính chất siêu ưa nước bề mặt TiO2 Màng TiO2 chưa chiếu xạ UV có giá trị góc θ lớn, > 70 Bề mặt TiO2 đạt tính chất siêu ưa nước chiếu nguồn sáng UV, lúc giá trị góc θ giảm nhanh giảm gần 0 làm bề mặt TiO2 mang đặc tính siêu thấm ướt Đặc tính ưa nước bề mặt TiO giải thích theo chế sau Khi kích thích nguồn sáng UV, electron lỗ trống Trang 10 tạo ra, chúng phản ứng theo cách khác so với chế tính xúc tác quang Khác với bên cấu trúc khối, anion O 2- đủ 03 cation Ti4+ mà anion bề mặt có 02 cation Ti 4+ gọi oxygen bắc cầu Do đủ 03 cation Ti4+ cấu trúc khối, oxygen bắc cầu bề mặt trạng thái liên kết bền Dưới tác dụng xạ UV điện tử từ vùng hóa trị chuyển mức lên vùng dẫn tạo nên điện tử tự để lại lỗ trống vùng hóa trị Các cặp điện tử lỗ trống “di trú” lên bề mặt màng Ở electron có khuynh hướng khử cation Ti4+ sang trạng thái Ti3+ (Ti4+ + e- Ti3+), lỗ trống oxy hóa anion O2- oxygen bắc cầu (2O2- + 4h+ O2) Trong trình này, nguyên tử oxy giải phóng có nghĩa oxygen bắc cầu bị bật khỏi bề mặt màng tạo nên trống oxy Các nguyên tử nước tiếp đến chiếm chỗ trống oxy tạo nhóm –OH hấp phụ bề mặt, làm cho tính ưa nước bề mặt tăng Bề mặt chiếu sáng lâu, góc tiếp xúc nước bề mặt bé, tính ưa nước tăng Hình 1.9: Cơ chế tượng ưa nước hiệu ứng quang Tính chất siêu ưa nước vật liệu TiO2 tạo tính chất quang xúc tác TiO2 Khi xúc tác quang TiO2 phân hủy phân tử hữu kị nước bám bề mặt vật liệu, lớp mỏng phân tử nước hấp thụ bề mặt vật liệu hình thành Dưới hình vẽ giải thích tính chất siêu ưa nước bề mặt TiO2 theo chế quang xúc tác Bước 1: Các phân tử nước hấp thụ hóa học bề mặt TiO không ổn định nên phân tử nước ổn định cách hấp thu phân tử hữu kị nước lên bề mặt Bước 2: Khi chiếu sáng nguồn sáng UV, quang xúc tác TiO2 Trang 91 0,80062 * µm 0.1g PEG 0,70614 0,76909 0,11429 0,90881 0.10 0.77963 0.27 0,89139 0.13 0.92325 * µm 0.69467 0,5 * 0,5 µm 0,74100 0,97077 * µm 0,91096 0,97808 * µm 0,81393 0,78511 * µm 1,00426 0,92106 0,2 PEG 0,5 * 0,5 µm 0,88636 0,68811 * µm 084961 0,59303 * µm 0,4 PEG 1,11493 * µm 0,57122 0,72501 0,6 PEG 0,5 * 0,5 µm 0,91522 * µm 0,88520 1,05633 * µm 0,78588 0,80854 * µm 0,82435 1,0598 0,5 * 0,5 µm 0,81968 Từ kết ảnh AFM bề mặt màng giá trị độ gồ ghề bề mặt xác định được, chọn hệ sol với hàm lượng PEG 0,4g để khảo sát tính chất màng tạo thành Do hệ sol với hàm lượng GEG 0,4 g cho màng có độ gồ ghề thấp, cá hạt tinh thể xếp màng có kích thước nhỏ đặn LVTh.S Chương3 Kết bàn luận Trang 92 3.2.2 Ảnh chụp bề mặt màng lam kính Hình 3.19: Ảnh SEM màng TiO2-SiO2 15% lam kính thủy tinh Hình 3.19 ảnh SEM bề mặt màng phủ lên đế thuỷ tinh từ hệ sol TiO 2-SiO2 15% với lượng PEG 0,4g; màng tạo thành ủ 500 o Ảnh chụp độ phóng đại 18000 lần không cho thấy xếp hạt nano bề mặt màng Tuy nhiên bề mặt màng thấy xuất đốm trắng lớn có kích thước hình dạng khác Nguyên nhân xuất hạt bụi bẩn bị dính lên màng có khả quay li tâm, dung dịch sol văng bị đập vào thành máy bắn trở lại bề mặt màng, hạt rắn li ti ủ nhiệt bị kết tụ lại thàng đám RMS = 0,72501 nm Trang 93 Hình 3.20: Ảnh AFM màng phủ từ hệ sol TiO2-SiO2(15%) với 0.4g PEG; ảnh 2D(trái), ảnh 3D (phải) Hình 3.20 ảnh chụp AFM mẫu lam kính phủ quay từ dung dịch sol TiO2-SiO2 (15%) – PEG 0.4g ủ nhiệt 5000C 2h Kết cho thấy bề mặt màng bàng phẳng với độ gồ ghề bề mặt R ms = 0.72501 nm Điểm cao bề mặt màng 3.69693 nm Độ cao trung bình điểm bề mặt màng 1.82332 nm Giá trị độ gồ ghề bề mặt có ý nghĩa lớp màng mang đặc tính tự làm sạch, bề mặt màng gồ ghề chất bẫn dễ mắc kẹt vào vị trí gồ ghề đó, khó để nước 3.2.3 Ảnh chụp bề mặt màng gạch men Hình 3.21: Một mẫu gạch men phủ màng TiO2-SiO2 15% theo phương pháp phun phủ Hình 3.16 thể khác hai vùng có phủ màng không phủ màng, vùng rộng phía tay trái vùng có phủ màng, vùng lại nằm bên tay phải vùng không phủ màng Về mặt cảm quan, màng tạo gạch men từ phương pháp phun phủ nhẵn bóng, độ bám dính không tách biệt so với lớp men thủy tinh bên gạch Mặc dù màng tạo thành gạch làm cho vùng phủ sậm màu so với vùng không phủ, lớp màng phủ đảm bảo độ suốt đồng hoàn toàn không che lấp chi tiết hoa văn có sẵn gạch LVTh.S Chương3 Kết bàn luận Trang 94 Hình 3.22: Ảnh SEM màng TiO2-SiO2 (15%SiO2) phủ đế ceramic phương pháp phun Hình 3.22 thể ảnh màng phủ gach chụp từ máy SEM hiệu JEOL PTN CN Nano TP.HCM, từ ảnh ta nhận thấy màng tạo thành gạch không đồng tạo thành đám vật liệu bề mặt gạch Lý tạo thành cụm nhỏ đầu phun máy phun không đủ bé để tán dung dịch thành hạt nhỏ dung dịch phun lên bề mặt tạo thành hạt lớn dung môi từ dung dịch sol bốc tạo thành cụm vật liệu không đồng bề mặt màng Ảnh AFM màng phủ gạch RMS = 1,30806nm; độ cao bề mặt màng là: 5,78459nm; độ cao trung bình: 2,99129nm (a) Màng TiO2-SiO2(!5%) PEG 0.4g (nung 10000C, 1h) phủ gạch men với lớp men sống chưa nung nhiệt từ trước Trang 95 RMS = 3,52833 nm; độ cao bề mặt màng là: 15,3801nm; độ cao trung bình: 7,64597nm (b) Màng TiO2-SiO2(!5%) PEG 0.4g (nung 10000C, 1h) phủ gạch men với lớp men thủy tinh nung nhiệt từ trước RMS = 0,42367 nm; độ cao bề mặt màng là: 2,01057nm; độ cao trung bình: 1,03226nm (c) Bề mặt gạch chưa nung nhiệt độ cao để chuyển sang pha thủy tinh Hình 3.23: Ảnh AFM màng phủ gạch Ảnh chụp AFM cho thấy màng phủ men gạch chưa trải qua trình nung có độ gồ ghề thấp so với gạch có lớp men qua nung, lại có độ gồ ghề bề mặt cao so với lớp men gạch chưa qua nung ban đầu nhiên độ chênh lệch nhỏ Lớp men nano TiO 2-SiO2 phủ lớp men gạch chưa qua trình nung từ trước có độ đồng hạt rắn xếp bề mặt, kích thước hạt rắn nhỏ tốt 3.3 Khảo sát tính chất màng 3.3.1 Tính chất siêu ưa nước, chống đọng sương màng đế thủy tinh Để kích thích hoạt tính màng TiO 2-SiO2 tạo thành đế thủy tinh dùng đèn UV Mitsubishi/Osram FL20S.BL-360 với công suất 20W, bước sóng 360nm chiếu lên mẫu màng sau dùng nước nóng nước lạnh để khảo sát định tính khả chống tạo sương màng Trên Hình 3.24, lam bên trái phủ hệ sol TiO 2-SiO215%, lam bên phải chưa phủ Sau chiếu UV giờ, lam đặt vào môi trường LVTh.S Chương3 Kết bàn luận Trang 96 không khí lạnh Tấm lam bên phải lớp phủ nên bị sương bám vào nhiều làm kính bị mờ, đọc rõ chữ; lam bên trái có lớp màng manh tính chất ưa nước nên bị tượng đọng sương đọc rõ chữ Hình 3.24: Khả chống tạo sương màng phủ từ hệ sol TiO2-SiO2 15% (trái) so với kiếng chưa phủ (phải) Hình 3.25 ảnh chụp mẫu lam kính phun nước nóng để nghiên cứu khả chống tạo sương màng Chúng nhận thấy mẫu lam đối chứng phủ màng (phải) xuất giọt nước nhỏ li ti đọng lại kính làm cho hình ảnh bị biến dạng, nhoè đi, không đọc rõ chữ; mẫu lam kính số phủ màng (trái) không bị mờ, không bị nhoè đi, có lớp nước mỏng trải mặt kính màng suốt chữ từ báo bên đọc rõ ràng Hình 3.25: Khả chống tạo sương màng phun nóng mẫu có phủ màng TiO2-SiO2 (trái), mẫu kính đối chứng(phải) Khả chống tạo sương màng giải thích dựa góc tiếp xúc nước màng Góc tiếp xúc nhỏ, bề mặt vật liệu thể tính ưa nước Khi nhỏ giọt nước lên bề mặt có tính siêu ưa nước, nước bị phân tán tạo thành lớp màng nước mỏng bề mặt mà không tạo thành giọt riêng rẽ bề mặt có tính kỵ nước Hình 3.26 thể hình ảnh giọt nước nhỏ lên miếng lam kính thủy tinh Miếng lam kính số mẫu không phủ màng chiếu Trang 97 UV giờ, miếng lam kính số mẫu có phủ màng chưa kích thích ánh sáng UV, miếng lam kính số mẫu có phủ màng kích thích ánh sáng UV 2h Hình 3.26: Hình ảnh giọt nước mẫu lam thủy tinh Ta nhận thấy miếng thủy tinh ban đầu có độ ưa nước không tốt giọt nước có sức căng bề mặt lớn nên gần thu lại gần với dạng cầu Miếng thủy tinh có phủ màng cho dù chưa kích thích ánh sáng UV cho bề mặt ưa nước nhiều so với miếng thủy tinh chưa phủ màng, điều thể qua giọt nước mặt kính lan rộng Đặc biệt miếng thủy tinh có phủ màng kích thích ánh sáng UV, ta nhận thấy cải thiện tính ưa nước cách đáng kể, giọt nước lúc trải mặt kính tạo thành lớp màng nước mỏng Để khảo sát sơ đặc tính ưa nước màng kính với nồng độ SiO khác đo xác định góc thấm ướt màng hệ đo goc thấm ướt tự chế Bộ môn Khoa học Vật liệu – ĐH KHTN Tp.HCM Kính không phủ màng Góc tiếp xúc đo được: 24,710 Kính phủ màng TiO2 có 5% SiO2 Góc tiếp xúc đo được: 7.900 Kính phủ màng TiO2 có 15% SiO2 Góc tiếp xúc đo được: 7.400 Kính phủ màng TiO2 có 30% SiO2 LVTh.S Chương3 Kết bàn luận Trang 98 Góc tiếp xúc đo được: 6.600 Hình 3.27: Ảnh chụp góc tiếp xúc giọt nước bề mặt lam kính phủ màng chưa kích thích nguồn UV Kết thu từ hình 3.27 cho thấy rõ ràng tính ưa nước màng gia tăng đáng kể có mặt SiO 2, cho dù màng TiO2 chưa kích hoạt ánh sáng UV màng thể đặc tính ưa nước cao Do hệ đo góc tiếp xúc xác định góc tiếp xúc bé, nên để xác định xác góc thấm ướt, gửi xác định góc thấm ướt hệ OCA - 20 PTN Trọng Điểm Vật liệu Polymer Composite ĐHBK TP HCM 32.5 (a) Kính không phủ màng 6.9