Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang và khả năng ứng dụng của vật liệu dây nano tio2 pha tạp kim loại chuyển tiếp

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI BÁO CÁO TỎNG KẾT KẾT QUA THựC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP ĐẠI HỌC QUÓC GIA Tên đề tài: TỎNG HỢP, NGHIÊN cứu TÍNH CHÁT QUANG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU DÂY NANO T i0 PHA TẠP KIM LOẠI CHUYỀN TIẾP Mã số đề tài: QG.14.15 Chủ nhiệm đề tài: TS Trịnh Thị Loan PHÀN I THÔNG TIN CHUNG 1.1 Ten đề tài: Tổng họp, nghiên cứu tính chất quang khả ứng dụng dây nano T 1O pha tạp kim loại chuyển tiếp Mã số: QG.14.15 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Đon vị công tác Chức danh, học vị, họ tên Vai trò thực đề tài TS Trịnh Thị Loan Khoa Vật lý, ĐHKHTN, ĐHQG Chủ nhiệm đề tài Hà Nội PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Khoa Vật lý, ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội TS Ngạc An Bang Khoa Vật lý, ĐHKHTN, ĐHQG Thành viên Hà Nội ThS Sái Cồng Doanh Khoa Vật lý, ĐHKHTN, ĐHQG Thành viên Hà Nội Thành viên 1.4 Đcrn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo họp đồng: từ 22 tháng 04 năm 2014 đến 22 tháng 04 năm 2016 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến 22 tháng 04 năm 2017 1.5.3 Thực thực tế: từ 22 tháng 04 năm 2014 đến đến 22 tháng 04 năm 2017 1.6 Những thay đổi so vói thuyết minh ban đầu (nếu có): (về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ỷ kiến Cơ quan quàn lý) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 200 triệu đồng PHÀN II TỎNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u Đặt vấn đề Công nghệ nano hướng công nghệ mũi nhọn giới Sờ dĩ công nghệ nano quan tâm nhiều hiệu ứng thu nhỏ kích thước làm xuất nhiều tính chất đặc biệt nâng cao tính chất vốn có lên so với vật liệu khối thông thường, đặc biệt hiệu ứng quang lượng tử điện từ Vật liệu nano có tính chất ưu việt như: kích thước nhị, diện tích bề mặt tiếp xúc pha tăng, Do vật liệu nano có ứng dụng vơ to lớn nhiều lĩnh vực, giải nhiều vấn đề then chốt đời sống: vật lý diode phát quang, laser chấm lượng tử, sinh học vật liệu nano nghiên cứu để phân tách tế bào, dẫn truyền thuốc Ngồi cịn nhiều ứng dụng khác như: an toàn lượng, an ninh, lương thực, môi trường sinh thái, sức khoẻ, giải thuận lợi dựa phát triển công nghệ nano T O2 vật liệu bàn ngành công nghệ nano có tính chất lý hóa, quang điện tử đặc biệt, có độ bền cao, có tính xúc tác quang hóa mạnh thân thiện với mơi trường [1] Titan đioxit có nhiều ứng dụng sống hóa mỹ phẩm, dược phẩm chât màu, sơn, chê tạo loại thủy tinh, men gốm chịu nhiệt, Kể từ năm 1972, nhóm tác giả Fujishima Honda [2] cơng bố hoạt tính quang điện hóa nước điện cực T O2 , vật liệu T 1O2 gây ý đặc biệt nhà khoa học Ờ dạng hạt mịn kích thước nano mét TÌƠ2 có nhiều ứng dụng lĩnh vực chế tạo pin mặt trời, cảm biên [3, 4, 5] dạạng màng mỏng, T O thử nghiệm nhiều thiết bị điện tử thiết bị quang điện như: tế b bào quang điện lượng mặt ười [ ], cảm biến khí [7], N hiều sản phẩm nano T O đưược thương mại hoá như: Vật liệu nano T O (Mỹ, Nhật B ản ), m áy làm khơng khí khỏi nhấm mốc, vi khuẩn, virus khử mùi bệnh viện, văn phòng, nhà (Mỹ), khâu trang nano phị.ịng chống lây nhiễm qua đường hơ hấp (Nhật Bản),vải tự làm sạch, giấy khử mùi diệt vi khuân (Đừức, Úc), gạch lát đường phân huý khí thải xe (Hà Lan), pin mặt trời ( Thuỵ Sỹ, M ỹ Trong nước vật liệu T O nhiều nhóm nhà khoa học quan tâm nghiên c\cứu Tại Viện Vật lý ứng dụng thiet bị khoa học, Trung tâm KHTN & CNQG, từ năm 20 Tồng họp kết - PGS.TS Nguyễn Ngọc Long thực nghiệm, phân loại, giải thích chê Tập trung phân tích Tháng 15 đến tháng 16 - TS Ngạc An Bang 'u vấn đề sau: - TS Trịnh Thị Loan - Ảnh hường điều - ThS Sái Công Doanh kiện công nghệ chế tạo - Học viên cao học nồng độ tạp chất lên hình thành cấu trúc tinh thể, hình thái học m ode dao động t i - Ảnh hưởng ion tạp chất lên tính chất quang, độ rộng vùng cấm TĨƠ2 25 Chuyên đề Đánh giá kết viết báo - TS Trịnh Thị Loan đến tháng -PGS.TS 20 Tháng 17 Nguyễn Ngọc Long - TS Ngạc An Bang Tham dự hội Viết báo, - Tập hợp kết báo cáo nghị khoa - Seminar khoa học trình khoa học học Viết báo 25 - TS Trịnh Thị Loàn bày tiến độ tồng kết đề tài Báo cáo cáo nghiệm nghiệm thư thu đề tài đề tài - Tồ chức nghiệm thu đề tài Tồng cộng: $ 200 * Ghi nhũng cá nhân có tên Mục 10 nghiên cím sinh, học viên cao học tham gia 11 Tháng 21 đến tháng 24 III H ÌN H THỨC SẢN PHẨM KHOA HỌC CỦA ĐẺ TÀI; 20 Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài © Mỏ'đầu: Giới thiệu vật liệu T 1O2 , vật liệu T 1O2 pha tạp kfim loại chuyền tiếp Nêu nguyên nhân mục đích thực đề tài © Chương 1: T ồng quan Tồng quan cấu trúc vật liệu T 1O2 Các tính chất quang ion kim loại chuyển tiếp, đất ảnh hưởng trường tinh thề tới chúng Tồng quan tài liệu nghiên cửu tính chất vật lý đặc biệt tính chất quang vật liệu T 1O2 pha tạp kim loại chuyển tiếp đất Phân tích, đánh giá kết tài liệu đó, nêu vấn đề tồn vạch vấn đề đề tài cần tập trung nghiên cửu, giải Q Chirong 2: Thực nghiệm Các phương pháp thực nghiệm bao gồm: Phương pháp tổng họp mẫu phép đo khảo sát mẫu o Chưong 3: Kt qu v tho lun đ Ket lun ô Ti liệu tham khảo © Các cơng trinh 21 Bài báo, báo cáo, sách chuyên khảo: Số báo đăng tạp chí quốc tế ISI: 0Ì Số báo đăng tạp chí quốc gia: 02 Sách chuyên khảo sản phẩm khác dự kiến công bố: STT Tên sản phẩm ( dự kiến ) Nội dung, yêu cầu khoa hoc cần đạt Dự kiến noi cơng bố (Tạp chí, Nhà xuất bản) Chi 01 báo Quốc tế Được chấp nhận đăng Tạp chí Quốc tế ISI 02 báo nước Được chấp nhận dăng Tạp chí chuyên nghành nước # 22 Phương pháp; Tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ thiết kế; Quy trình cơng nghệ; Sơ đồ, đồ; số liệu, Co' sỏ' liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự báo (phương pháp, quy trình, mơ hình, )’, Đe án, qui hoạch; Luận chứng kinh tế-kỹ thuật sản phẩm khác STT Ten sản phẩm ( dự kiến ) Yêu câu khoa học Các bảng số liệu liên quan chế độ công nghệ cơng nghệ chế tạo mẫu Các sơ liệu xác thu từ thực nghiệm Các bảng số liệu phép đo thực ngh iệm Các số liệu xác thu từ thực nghiệm Ghi 23 Sản phẩm cơng nghệ Mâu (model, niaket); Sản phẩm (lị hàng hố, tiêu thụ trẽn thị trường); Vật liệu; Thiết bị máy móc; Dây chuyền cơng nghệ loại khác; 12 STT Tên sản phẩm cụ thể tiêu chât lượng chủ yếu sản phấm Đơn vị đo ] Mức chất lượng cần đạt Mẩu tương tự (theo tiêu chuấn mói nhât) Trong nước Thê giới V ■T Dự kiến số lượng/quy mô sản pham tạo 24 Sản phẩm dự kiến đăng ký bảo hô quyền sở hữu cơng nghiêp, giải pháp hữu ích, sáng chế 25 Sản phấm đào tạo STT Cấp đào tạo Thạc sỹ Số lượng Nhiệm vụ giao liên quan đến đề tài 01 Tổng hợp, nghiên cứu ảnh hưỏng tạp chất kim loại chuyển tiếp lên cấu trúc tính chất quang dây nano TiCb Ghi 26 Các sản plỉâm khác (Ghi rõ : Hợp đơng, sách ) IV KHẢ NẤNG ỨNG DỤNG VÀ TẢC ĐỘNG CỦA K É T QUẢ NG H IÊN c ứ u 27 - Khả ứng dụng kết nghiên cứu 27.1 Khả ímg dụng lĩnh vực đào tạo, nghiên cíai khoa học & cơng nghệ, sách, quàn lý Bằng việc nghiên cứu hệ thống, đề tài đira tranh tirong đối đầy đủ ảnh hưÒTig cùa tạp chất kim loại chuyển tiếp đến cấu trúc tinh thể tính chất hấp thụ, huỳnh quang vật liệu TiƠ2 27.2 Khả ứng dụng thực tiên (phát triển kinh tế -XH, sản xuất hàng hộa ) Do nghiên cứu cách hệ thống nên phát tính chất vật liệu T 1O2 pha tạp kim loại chuyền tiếp đất nhằm mở rộng khả ứng dụng loại vật liệu 27.3 Khả nàng liên doanh liến kêt với doanh nghiệp q trình nghiên cím 28 - Phạm vi địa (dự kiến) ứng dụng kết đề tài Phạm vi: Địa (dự kiến): r ~ 29 - Tác đ ộng lọi ích m ang lại kết nghiên cứu 29.1 Đổi với lĩnh vực KH&CN có liên quan Đóng góp vào hiểu biết chung giới công nghệ chế tạo tính chất quang vật liệu bán dẫn T 1O2 pha tạp kim loại chuyển tiếp 29.2 Đôi với kinh tế - xã hội bào vệ mơi ỉncịng / (Nêu nhĩmg tác động dự kiên kết nghiên círu đơi với xã hội: đóng góp cho việc xây chmg chù trương, sách, pháp luật có tác động làm chuyến biến nhận thức xã hội, phát triển kinh tê xã hội bảo vệ môi trường) Với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp khiến cho môi trường ngày bị ô nhiễm nặng nhu cầu lượng ngày cao Trong đó, nguồn cung cấp nhiên liệu tự nhiên ngày cạn kiệt Một loại vật liệu có thề làm mơi trường mà cịn có khà cung cấp nhu cầu lượng cho người, vật liệu T O2 29.3 Đoi với tổ chức chủ trì sở ứng dụng kết q nghiên cím ( Đơi với đơn vị tố chức thuộc ĐHQG ý tớ i: nâng cao trình độ, lực cán khoa học, cán giảng dạy, cản quàn ỉ ý ; tăng cường thiết bị ) Đóng góp phần vào hoạt động nghiên cứu khoa học Khoa Vật lí, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Nâng cao trình độ cho cán giảng dạy, góp phần vào đào tạo cử nhân, thạc sĩ 29.4 Kinh p h í v ngiiồn lực khác m đ ể tà i đem lại: Xây dựng hướng liên kết nghiên cứu ngành Vật lí với ngành khoa học môi trường, với sị’ nghiên cứu thực tiễn mơi trường V K IN H P H Í T H ự C H IỆ N Đ È T À I - Tổng kinh p h í thực đ ề tài: 200.000.000 (hai trăm triệu đồng) - Phân bổ kinh phí: Đ ơn vị tính: Triệu đơn g TT K iĩíh phí N ội dung N ăm thủ N ăm thứ X ây d ự n g đề cư n g chi tiết 2 T hu thập v iết tông quan tài liệu Thu thập tư liệu (mua, thuê) 0 Dịch tài liệu tham khảo (sô trang X đơn giá) 0 Viêt tông quan tư liệu Đ iêu tra, khảo sát, thí n ghiệm , thu thập sơ liệu, n ghiên cứu 40 45 0 m ưÓ Ti 40 40 Chi phí hoạt động chun mơn 0 C hi p hí ch o đào tạo 15 15 25 23 Chi phí tàu xe, cơng tác phí Chi phí thuê (Chiphí thuê mướn NCS, học viên cao học Phủ hợp vớ i mục 25) Thuê, mua sắm trang thiết bị, nguyên vật liệu 14 Thuê trang thiêt bị 0 Mua trang thiêt bị 0 Mua nguyên vật liệu, cây, 25 23 Hội thảo khoa học, viết báo cáo tổng kết, nghiệm thu Hội thảo 3 Viêt báo cáo tông kêt/Báo cáo kỳ Nghiệm thu/Báo cáo kỳ 10 10 Mua văn phòng phâm 1 In ân, photocopy 1 Chi phí điện-nước 4 Quản lý phí 4 100 100 Chi khác Tơng kinh phí Ngày ù:l: thảng Ngày 06 tháng 12 năm 2013 Ngưòi viết thuyết minh đề cưcmg (Họ, tên, chữ ký) T h ủ t r ưởn Đ 071 (Ký, đóng dâu) c /c y T^í PHÊ DUYỆT CỦA GIÁM ĐỐC ĐHQGHN - // .TỰ NH ìỀn A v < -< / * ~" : Jyfui'JiO ff cz £ ,/!■ GS.TS M iC/ M Jr.filMứ V w i/ —Vo v'V -S3 / n ^ /2//^v ''2//^ „ Ynfp.v) ự ã ycm 15 SUMMARY Project Title: Synthesis, study of optical properties and applicability of T i nanowires doped with some of transition metals and rare earths Code number: Project Leader: Dr Trinh Thi Loan Managing Institution: Hanoi University of Science Cooperating Institution(s): Duration: from to Objectives: © Study for finding out a technological process which allows to successfully fabricating undoped T i and T i nanowires doped with some o f transition metals and rare earths © Investigate the effect o f manufacturing conditions, as well as impurity concentration on crystalline structure, morphology and vibrational modes of T i 2; In particular, focus attention on systematical investigation of the effect of dopant on the optical properties, band gap of T i Beside, also study applicability of this material Main contents: © Gather documents, analyze and assess them, writing an overview of T i 2, T i doped with some of transition metals and rare earths © Synthesize undoped T i and T i nanowires doped with some o f transition metals and rare earths by hydrothermal method o Investigate the physical properties such as: morphology, crystal structure, Raman scattering, photoluminescence © Analyze and evaluate the experimental results and write papers Results obtained: © 01 paper accepted by an international scientific journal ỢSI) © 02 papers published in national scientific journal ° Guide 01 M.Sc thesis Signature Trịnh Thị Loan 16 P H Ụ L Ụ C - Giải trình kinh phí khoản chi STT Nội dung Tơng (Tr ã) Xây dựng đề cương chi tiết Thu thập viêt tơng quan tài liệu Kinh phí Giải trình (Số lượng, đơn giá, thành tiền) u Viêt Đê cương đê tài chi tiêt Thu thập tư liệu (mua, thuê) Dịch tài liệu tham khảo (số trang X đ n g iá ) Viêt tông quan tư liệu Điều tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập số Hậu, nghiên cứu 85 Thu thập viêt Tơng quan tài liêu Chi phí tàu xe, cơng tác phí Chi phí th mướn Chi phí hoạt động chun mơn 85 Chi phí cho đào tạo 30 - 01 Họp đơng th khốn chun mơn thực nhiệm vụ nghiên cứu chủ trì đề tài với quan chủ trì; - Các họp đồng thuê khốn chun mơn thành viên đề tài với chủ trì đề tài; Hỗ trợ HVCH, s v làm thí nghiệm (Chi phí thuê mướn NCS, học viên cao học Phủ hợp với mục 25) Thuê, mua sắm trang thiết bị, nguyên vật liệu * 48 Thuê trang thiêt bị Mua trang thiêt bị Mua nguyên vật liệu, dụng cụ nhỏ lẻ: Họp đồng mua nguyên vật liệu, dụng cụ thí nghiệm nhỏ lẻ 48 © Hóa chất: NaOH, TÌƠ2 , Cr(N03)3, Co(N03)2, Eu(N03)3, HCL, HNO , C2 H OH © Dụng cụ thí nghiệm: bình, ống nghiệm, lọ đựng mẫu thí nghiệm, quay từ, cuvette 17 Căn ( Dựa vào vãn nào) Hướng dân quàn lv hoạt động NCKH ĐHQGHN ban hành kèm theo Quyết định số 1895/QĐĐHQGHN ngày 24/6/2010; Thơng tư liên tịch Bộ Tài Bộ KHCN sổ 44/2007/TTLT /BTCBKHCN ngày 07/005/2007 việc “Hướng dẫn xây dựng phân bồ dự tốn kinh phí đề tài, dự án KHCN có sử dụng ngân sách Nhà nước” Thông tư liên tich cùa Bơ Tài Bộ KHCN số 93/2006/TTLT /BTCBKHCN ngày 04/10/2006 việc “Hướng dẫn chế độ khốn kinh phí cùa đề tài, dự án KHCN có sử dụng ngân sách Nhà nước” Hội thảo khoa học, viết báo cáo tổng kết, nghiệm thu 12 Hội thảo Chi phí seminar, hội thảo Viêt báo cáo tơng kêt Nghiệm thu Viêt báo cáo tiên độ Tơng kết đề tầj Chi phí họp Báo cáo tiên độ Nghiệm thu đề tài Chi khác 20 Mua văn phịng phâm, in ân Chi phí điện nước Quản lý phí Tơng kinh phí - Chi phí điện nước phục vụ đề tài Quản lý phí theo quy định 200 Ký tên Trịnh Thị Loan 18 ... Thạc sĩ Chế tạo nghiên cứu số tính chất vật lý vật liệu nano Ti :Cr3+, Nguyễn Thị Thủy, 2015 - Tổng hợp nghiên cứu số tính chất vật lý cùa vật liệu nano T O pha tạp kim loại chuyển tiếp, Vũ Hoàng... ảnh hường ion tạp chất lên t tí tính chất quang, độ rộng vùng cấm T O , từ phát tính chất nhằm tăng k; khả ứng dụng loại vật liệu này; Ngoài nghiên cứu khả ứng dụng ] la loại vật liệu Việc thực... quang khả ứng d dụng dây nano T 1O pha tạp kim loại chuyển tiếp? ?? thực Mục tiêu • Nghiên cửu để tìm qui trình cơng nghệ chế tạo thành cơng vật liệu dây nano T O 2 , , dây T 1O pha số ion kim loại chuyển