Chế tạo màng tio2 bẳng phương pháp phun plasma

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU    LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ TẠO MÀNG TiO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN PLASMA GVHD : TS TRẦN QUANG TRUNG Thực : NGUYỄN THỊ ANH THƠ MSHV 00308446 : THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Cán hƣớng dẫn khoa học 1: Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày…tháng … năm 2011 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ ANH THƠ Ngày, tháng, năm sinh: 22 tháng 12 năm 1984 Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu kim loại Phái: Nữ Nơi sinh: Lâm Đồng MSHV: 00308446 I- TÊN ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO MÀNG TiO2 BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHUN PLASMA II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Chế tạo màng TiO2 dựa vào hệ phun plasma - Sử dụng phƣơng pháp phân tích cấu trúc hình thái học màng TiO2 tạo thành - Tìm hiểu xác định số yếu tố (thông số chế tạo…) ảnh hƣởng đến q trình tạo màng TiO2 - Thực thí nghiệm minh họa tính quang xúc tác màng TiO2 chế tạo phƣơng pháp phun plasma III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: Tiến sĩ TRẦN QUANG TRUNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 05/07/2010 06/12/2010 CN BỘ MÔN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cƣơng luận văn thạc sĩ đƣợc Hội đồng chun ngành thơng qua TRƢỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày tháng năm TRƢỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Với tất lòng biết ơn, em xin gửi đến thầy Trần Quang Trung lời cảm ơn chân thành nhất, thầy nhiệt tình hƣớng dẫn dạy để em hồn tất luận văn Cám ơn Đặng Thành Cơng hết lịng hỗ trợ q trình thực hồn thành luận văn Cảm ơn thầy cô Khoa Công nghệ Vật Liệu - Đại học Bách Khoa TP HCM, đặc biệt thầy cô Bộ môn Công nghệ vật liệu kim loại tận tình giảng dạy, cho em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Dán giúp đỡ em, cho em lời khuyên trình thực đề tài Cám ơn anh chị phịng thí nghiệm Vật Liệu Kim Loại – Viện Kỹ thuật nhiệt đới Bảo vệ môi trƣờng giúp đỡ, tạo điều kiện cho em đo đạc cho em góp ý chân thành đề tài nghiên cứu Cảm ơn anh Nguyễn Phƣớc Hiệp,chị Hồng Thị Thảo khóa CNVL 07Trƣờng ĐH Bách Khoa, bạn khóa CNVL 08 em sinh viên phòng Vật Lý Chất Rắn – Trƣờng ĐHKH Tự Nhiên sát cánh bên tôi, giúp đỡ chia sẻ với khó khăn học tập nhƣ nghiên cứu Cảm ơn ba mẹ, chị bên, giúp đỡ, động viên, truyền cho nghị lực để thêm vững tin vƣợt qua trở ngại sống Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn chúc ngƣời sức khỏe, hạnh phúc thành đạt Nguyễn Thị Anh Thơ i TÓM TẮT LUẬN VĂN Phƣơng pháp phun plasma xuất từ năm 1970 nhƣng phƣơng pháp đƣợc nhiều nhà nghiên cứu giới quan tâm Nhờ có ƣu điểm nhiệt độ tia plasma cao (trên 10 000 K) nên phƣơng pháp có khả làm nóng chảy nhiều loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao nhƣ oxit, molybden, loại vật liệu gốm,… Vì thế, thời điểm ngành công nghiệp phun phủ giới phƣơng pháp đƣợc xem phƣơng pháp hữu hiệu cho quy trình chế tạo lớp phủ dày chống ma sát mài mòn Tuy vậy, theo thơng tin đƣợc biết Việt Nam có nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp tạo màng công nghiệp Trong đề tài tự xây dựng thiết bị phun plasma việc mua trang thiết bị từ nƣớc ngồi phục vụ cho q trình nghiên cứu điều khó khăn vƣợt khả Trên sở sử dụng thiết bị tiến hành chế tạo màng TiO2 hợp phức màng TiO2/Al2O3 để kiểm chứng khả ứng dụng phƣơng pháp phun plasma dựa hệ phun tự xây dựng Vì hai vật liệu sử dụng trình chế tạo màng TiO2 hợp phức màng TiO2/Al2O3 loại vật liệu gốm, có nhiệt độ nóng chảy cao (nhiệt độ nóng chảy TiO2 1830oC, nhiệt độ nóng chảy Al2O3 2040oC) tạo màng phƣơng pháp khác khó để thực Sau q trình chế tạo chúng tơi tiến hành khảo sát số tính chất màng đạt đƣợc nhƣ thành phần pha, hình thái bề mặt, độ cứng, khả chống ăn mòn,…sử dụng phép đo chuyên dụng nhƣ XRD, SEM, phép đo độ cứng tế vi Vickers, phép đo phân cực điện hóa nhằm mục đích khảo sát, đánh giá chất lƣợng màng chế tạo đƣợc, từ tìm thơng số chế tạo màng tối ƣu sở hệ phun plasma tự chế tạo Nhằm hƣớng đến ứng dụng tính chất tính quang hóa bật vật liệu TiO2 đặc biệt dƣới dạng màng, đề tài tiến hành xây dựng thiết bị đo quang hóa để khảo sát đánh giá tính chất quang màng TiO2 dựa hệ đo đƣợc xem nhƣ ứng dụng nhỏ ban đầu màng TiO2 chế tạo phƣơng pháp phun plasma ii DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ “Fabrication and properties of corrosion resistance coatings (Al2O3/TiO2) on steel substrate using plasma spraying gun” Nguyen Thi Anh Tho, Tran Quang Trung, Dang Thanh Cong Hội nghị Quang học Quang phổ toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội, Việt Nam,  12/11/2010 iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT LUẬN VĂN i DANH MỤC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ x GIỚI THIỆU .1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.4 ĐỐI TƢỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TẠO MÀNG TiO2 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHUN PLASMA 2.1 GIỚI THIỆU 2.2 TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CÁC VẬT LIỆU ĐƢỢC SỬ DỤNG 2.2.1 Sơ lƣợc vật liệu TiO2 2.2.2 Vật liệu Al2O3 16 2.2.3 Quá trình chuyển pha vật liệu Al2O3 TiO2 19 2.3 PHUN HỒ QUANG PLASMA 20 2.3.1 Định nghĩa trình phun nhiệt 20 2.3.2 Giới thiệu plasma 21 2.3.3 Cơ sở lý thuyết trình phát sinh hồ quang súng plasma 28 CHƢƠNG 3: PHẦN THỰC NGHIỆM 38 iv 3.1 XÂY DỰNG HỆ PHUN PLASMA 38 3.1.1 Ý tƣởng xây dựng hệ phun 38 3.1.2 Quá trình chế tạo hệ phun 41 3.2 XÂY DỰNG HỆ KHẢO SÁT TÍNH QUANG HĨA CỦA MÀNG 56 3.3 TẠO MÀNG TiO2 VÀ HỢP PHỨC TiO2/Al2O3 THEO CÁC ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO CHO TRƢỚC 58 3.3.2.2 Xử lý đế trước phun màng 59 3.4 KHẢO SÁT ĐẶC TRƢNG TÍNH CHẤT CỦA MÀNG TiO2 VÀ HỢP PHỨC TiO2/Al2O3 61 3.4.1 Khảo sát ảnh hƣởng điều kiện chế tạo đến thành phần pha màng TiO2 hợp phức màng TiO2/Al2O3 hình thái học bề mặt chúng 61 3.4.2 Khảo sát ảnh hƣởng điều kiện chế tạo đến độ cứng 62 3.4.3 Khảo sát ảnh hƣởng điều kiện phun đến khả chống ăn mòn lớp phủ TiO2/Al2O3 62 3.4.4 Khảo sát khả quang xúc tác lớp phủ 62 3.5 CÁC PHÉP ĐO ĐẶC TRƢNG TÍNH CHẤT ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG Q TRÌNH NGHIÊN CỨU 63 3.5.1 Nguyên tắ c phép đo nhiễu xa ̣ tia X 63 3.5.2 Kính hiển vi điện tử quét – SEM 65 3.5.3 Hệ đo UV – VIS 66 3.5.4 Phƣơng pháp đo độ cứng HV 66 3.5.5 Phƣơng pháp khảo sát ăn mòn 67 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69 4.1 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO ĐẾN THÀNH PHẦN PHA VÀ HÌNH THÁI BỀ MẶT CỦA MÀNG TiO2 VÀ MÀNG TiO2/Al2O3 69 4.1.1 Ảnh hƣởng cƣờng độ dịng đến thành phần pha hình thái bề mặt màng hợp phức TiO2/Al2O3 69 4.1.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng TiO2 đến thành phần pha lớp phủ 75 4.2 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CỦA LỚP PHỦ 78 4.2.1 Khả chống ăn mòn mảng tăng số lớp phủ 78 4.2.2 Khả chống ăn mòn lớp phủ thay đổi cƣờng độ dòng 80 v 4.2.3 Khả chống ăn mòn lớp phủ tăng hàm lƣợng TiO2 82 4.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC CỦA LỚP PHỦ 84 4.3.1 Phƣơng pháp chuẩn mẫu tiến hành đo quang hóa xúc tác 85 4.3.2 Ảnh hƣởng vị trí từ lọ đựng mẫu đến đèn UV 86 4.3.3 Ảnh hƣởng thời gian chiếu lên khả quang hóa mẫu 89 4.3.4 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác 90 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .96 TIẾNG VIỆT 96 TIẾNG ANH 96 PHỤ LỤC 101 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Cấu trúc tinh thể pha rutile Hình 2.2 Cấu trúc tinh thể pha anatase Hình 2.3 Cấu trúc tinh thể pha anatase Hình 2.4 Cấu trúc tinh thể pha brookite 10 Hình 2.5 Cơ chế tƣợng quang hóa 11 Hình 2.6 Các chế làm dịch chuyển điện tử 13 Hình 2.7 Quá trình quang hố với kích hoạt phân tử TiO2 13 Hình 2.8 Vị trí mức lƣợng số chất bán dẫn 15 Hình 2.9 Bột Al2O3 16 Hình 2.10 Cấu trúc mạng tinh thể Al2O3 17 Hình 2.11 Cấu trúc chuỗi α -Al2O3 18 Hình 2.12 Cấu trúc pha θ – Al2O3 18 Hình 2.13 Hình mơ tả tƣợng tái cấu trúc hạt tinh thể TiO2/ Al2O3 19 Hình 2.14 Nhiệt độ electron (Te) phần tử nặng (Th) thay đổi thay đổi áp suất 27 Hình 3.1 Sơ đồ hệ hàn hồ quang TIG sử dụng để xây dựng hệ phun plasma 39 Hình 3.2 Nguyên lý hàn hồ quang 40 Hình 3.3 Cấu tạo súng plasma 41 Hình 3.4 Catốt súng phun plasma 42 Hình 3.5 Đầu súng phun plasma 43 Hình 3.6 Lớp anốt bên 43 Hình 3.7 Quy trình lắp đầu súng phun 44 Hình 3.8 Đầu súng phun lắp hệ phun 44 87 Bảng 4.7: Khả quang xúc tác màng TiO2 thay đổi vị trí từ lọ đựng mẫu đến đèn UV Mẫu dung dịch Khoảng cách từ mẫu đến đèn UV (cm) Vận tốc quay (vòng/phút) Ref 110 20 65 110 10 10 10 10 3 Diện tích bề mặt tiếp xúc TiO2 với dung dịch methyl da cam (cm2) Theo đồ thị hình 4.13 ta thấy mẫu dung dịch có chứa màng TiO2 lần lƣợt có khoảng cách từ đèn UV đến mẫu dung dịch 10 cm, 65 cm, 110 cm có độ hấp thụ gần nhƣ khơng đổi vị trí hệ đo thấp khoảng 35% so với độ hấp thụ mẫu tham chiếu (Ref) bƣớc sóng hấp thu cực đại dung dịch methyl da cam (λmax = 456nm) điều kiện chiếu sáng Điều cho thấy mẫu có chứa màng TiO2 xảy phản ứng quang hóa làm phân hủy chất màu hữu chứa dung dịch methyl da cam ban đầu Khoảng cách từ đèn chiếu UV đến lọ dung dịch đựng mẫu không ảnh hƣởng đến độ hấp thụ mẫu Kết cho thấy thiết bị quang hóa thiết kế đảm bảo cho ánh sáng phân bố đều, trí thiết bị Quan trọng độ hấp thụ mẫu tham chiếu (hình 4.12) hầu nhƣ khơng đổi, mẫu tham chiếu dung dich methyl da cam không chiếu đèn UV mẫu tham chiếu dung dịch methyl da cam đƣợc chiếu U-V nhiều Điều cho thấy methyl da cam không bị tia UV làm phân hủy để thay đổi độ hấp thụ Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 88 90 Ref Ref 80 70 Do hap thu 60 50 40 30 20 10 300 400 500 600 700 800 Buoc song Hình 4.12 Độ hấp thụ dung dịch methyl da cam thay đổi thời gian chiếu sáng 100 ref d=10 cm d=55 cm d=110 cm Do hap thu 80 60 40 20 300 400 500 600 700 800 Buoc song Hình 4.13 Độ hấp thụ dung dịch methyl da cam thay đổi vị trí từ đèn UV đến lọ mẫu Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 89 Từ đánh giá định tính phân bố ánh sáng thiết bị đo quang hóa với khả quang xúc tác lớp màng TiO2 điều kiện chiếu tia lƣợng cao UV sở để chúng tơi tiến hành thêm thí nghiệm khảo sát khác nhƣ thay đổi thời gian chiếu sáng, diện tích tiếp xúc bề mặt màng TiO2 để rút nhận xét ảnh hƣởng yếu tố khác lên khả quang xúc tác màng TiO2 4.3.3 Ảnh hƣởng thời gian chiếu lên khả quang hóa mẫu Thời gian chiếu nhân tố quan trọng đƣợc lựa chọn để khảo sát, thí nghiệm tiến hành thay đổi thời gian chiếu UV cho mẫu lần lƣợt 1h, 2h, 3h Trong điều kiện khác nhƣ khoảng cách từ mẫu đến đèn UV, vận tốc quay, số lƣợng mẫu TiO2, diện tích tiếp xúc bề mặt màng TiO2 dƣới điều kiện chiếu UV nhƣ bảng 4.8 Bảng 4.8: Khả quang xúc tác màng TiO2 thay đổi thời gian chiếu UV Lọ dung dịch Khoảng cách từ mẫu đến đèn UV (cm) Vận tốc quay (vòng/phút) Ref 20 20 20 20 20 20 20 20 3 3 Diện tích bề mặt tiếp xúc TiO2 với dung dịch methyl da cam (cm2) Thời gian chiếu mẫu (h) Qua kết hình 4.14 cho thấy độ hấp thụ mẫu giảm dần theo thời gian 1h, 2h, 3h lần lƣợt theo tỉ lệ là: 18%, 22%, 35% so với mẫu tham chiếu (Ref) bƣớc sóng hấp thu cực đại dung dịch methyl da cam (λmax = 456 nm) điều kiện nhƣ khoảng cách từ mẫu đến đèn UV, vận tốc quay, số lƣợng mẫu TiO2 bỏ vào dung dịch Điều cho thấy thay đổi thời gian chiếu UV ảnh hƣởng đến khả quang xúc Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 90 tác màng TiO2 Thời gian chiếu sáng UV dài phản ứng quang xúc tác màng TiO2 xảy với hiệu suất lớn 100 ref Sau 1h Sau 2h Sau 3h Do hap thu 80 60 40 20 300 400 500 600 700 800 Buoc song Hình 4.14 Độ hấp thụ dung dịch methyl da cam thay đổi thời gian chiếu sáng đèn UV sau 1h, 2h, 3h 4.3.4 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác Thơng qua thí nghiệm nhƣ thay đổi vị trí đựng mẫu TiO2 thiết bị đo quang hóa, thời gian chiếu sáng đèn UV Chúng nhận thấy việc chế tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma phƣơng án khả thi áp dụng sản xuất cơng nghiệp với khả tận dụng ánh sáng mặt trời làm tác nhân cho q trình quang hóa cho vật liệu TiO2, đặc biệt diện tích bề mặt tiếp xúc lớn Từ lí đó, đề tài tiến hành số khảo sát mà thời gian chiếu, vận tốc quay mẫu, khoảng cách từ mẫu đến đèn chiếu UV đƣợc giữ nguyên không đổi nhƣ bảng 4.9, thay đổi diện tích bề mặt tiếp xúc mẫu với đèn chiếu UV lần lƣợt cm2, cm2, cm2 Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 91 Bảng 4.9: Thông số khảo sát quang xúc tác màng TiO2 thay đổi diện tích bề mặt Lọ dung dịch Khoảng cách từ mẫu đến đèn UV (cm) Vận tốc quay (vòng/phút) Ref 20 20 20 20 10 10 10 10 3 3 Diện tích bề mặt tiếp xúc TiO2 với dung dịch methyl da cam (cm2) Thời gian chiếu UV (h) 100 ref cm2 cm2 cm2 Do hap thu 80 60 40 20 300 400 500 600 700 800 Buoc song Hình 4.15 Độ hấp thụ dung dịch methyl da cam với diện tích tiếp xúc bề mặt cm2, cm2, cm2 Qua kết (hình 4.15), cho thấy mẫu thử thứ có diện tích tiếp xúc bề mặt cm2 có độ hấp thụ thấp giảm 35% so với mẫu tham chiếu (Ref), mẫu thử thứ có diện tích tiếp xúc bề mặt cm2 có độ hấp thụ giảm xuống khoảng 17% so với mẫu tham chiếu (Ref) mẫu thử có diện tích tiếp xúc cm2 có độ hấp thụ giảm xuống Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 92 khoảng 7% so với mẫu tham chiếu (Ref) bƣớc sóng hấp thu cực đại dung dịch methyl da cam (λmax = 456nm) Điều đó, chứng tỏ diện tích tiếp xúc bề mặt ảnh hƣởng đến khả xúc tác quang màng Đối với màng có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn độ hấp thụ sau thời gian chiếu nhỏ khả quang xúc tác làm màu dung dịch methyl da cam lớn Do đó, gia tăng khả quang xúc tác màng cách tăng diện tích tiếp xúc bề mặt Kết luận chung: Từ thí nghiệm khảo sát khả quang xúc tác màng TiO2 chế tạo phƣơng pháp phun plasma cho thấy thay đổi yếu tố nhƣ thời gian chiếu, diện tích tiếp xúc bề mặt TiO2 dƣới ánh sáng lƣợng cao UV ảnh hƣởng đến khả quang xúc tác màng TiO2 Nếu thời gian chiếu lâu khả quang xúc tác màng tốt thể độ hấp thụ dung dịch methyl da cam giảm xuống Tƣơng tự nhƣ thế, diện tích tiếp xúc bề mặt TiO2 lớn hiệu suất phản ứng quang hóa cao Các kết luận góp phần khẳng định tính khả thi ứng dụng phƣơng pháp phun plasma chế tạo màng TiO2 có hoạt tính quang xúc tác theo quy trình cơng nghiệp hồn tồn thực đƣợc Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 93 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Với mục tiêu đặt ban đầu xây dựng hệ phun plasma, sau dựa vào hệ phun plasma vừa xây dựng tiến hành tạo màng TiO2 hợp phức màng TiO2/Al2O3 Tiến hành khảo sát tính chất màng đạt đƣợc, từ đƣa biện pháp nâng cao chất lƣợng màng để hƣớng đến ứng dụng phƣơng pháp phun plasma việc chế tạo màng công nghiệp Đề tài đạt đƣợc số kết nhƣ sau: Về tổng quan lí thuyết: - Tìm hiểu lý thuyết phƣơng pháp chế tạo màng TiO2 hợp phức màng TiO2/Al2O3 nhƣ sol – gel, CVD, PVD,…Từ so sánh ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp rút kết luận phƣơng pháp phun plasma phƣơng pháp đơn giản, hữu hiệu để chế tạo màng TiO2 hợp phức màng TiO2/Al2O3 công nghiệp - Tìm hiểu lý thuyết vật liệu TiO2, vật liệu Al2O3: Cấu trúc, hình thái, tính chất quang hóa chế kết hợp hai loại vật liệu để tạo màng hợp phức TiO2/Al2O3 ứng dụng lĩnh vực chống mài mòn, chống sốc nhiệt, chống ăn mịn,… - Tìm hiểu lý thuyết phƣơng pháp phun hồ quang plasma, cấu tạo hệ phun plasma thông số ảnh hƣởng đến chất lƣợng màng phủ sử dụng phƣơng pháp phun plasma Trên sở tiến hành xây dựng hệ phun plasma để ứng dụng tạo màng TiO2 hợp phức màng TiO2/Al2O3 theo quy trình cơng nghiệp - Tìm hiểu tổng quát phép đo đặc trƣng tính chất, cách xử lý kết đo thu đƣợc nhằm làm sở lý luận để giải thích kết thu đƣợc Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 94 Về tổng quan thực nghiệm:  Xây dựng trang thiết bị phục vụ cho đề tài  Đề tài tiến hành xây dựng hệ phun hoàn chỉnh với thiết bị nhƣ súng plasma, hệ thống cấp bột, cấp khí phận chuyển động,…và xác định số thông số tối ƣu cho trình tạo màng  Đề tài tiến hành xây dựng hệ đo quang hóa đảm bảo yêu cầu nhƣ hoạt động thời gian dài mà khơng bị tích nhiệt có hệ thống quạt làm mát liên tục, đảm bảo ánh sáng UV phân bố điểm hệ quang hóa nhƣ điều đƣợc kiểm chứng thơng qua thí nghiệm thay đổi khoảng cách dung dịch methyl da cam Sau thời gian cho thấy khả quang hóa màng TiO2 dƣới ánh sáng UV khơng đổi vị trí thiết bị đo quang hóa  Chế tạo màng TiO2 hợp phức TiO2/Al2O3 sở hệ phun plasma xây dựng đƣợc  Tiến hành khảo sát tính chất màng TiO2 hợp phức TiO2/Al2O3 thông qua số phép đo nhƣ XRD, SEM, độ cứng Vickers, ăn mòn rút số kết luận sau:  Khi thay đổi điều kiện dòng cấp cho nguồn plasma từ 130  180 A với tỉ lệ hợp phần 8% TiO2/92% Al2O3 từ bột nguyên liệu ban đầu, nhận thấy có tính quy luật phát triển pha cấu trúc từ nóng chảy phần sang nóng chảy hồn tồn có tồn pha hợp phần trung gian Al2TiO5 tiền chất Al2O3 Từ ảnh hƣởng đến hình thái bề mặt độ cứng chúng  Dựa vào kết khảo sát ăn mòn màng TiO2/Al2O3 điều kiện chế tạo khác nhƣ thay đổi số lớp phủ, cƣờng độ dòng cấp, hàm lƣợng TiO2 tổ hợp màng TiO2/Al2O3 Cho thấy rằng, khả chống ăn mòn màng TiO2/Al2O3 phụ thuộc vào cƣờng độ dòng cấp Cƣờng độ Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 95 dịng tăng dần khả bám dính, xếp chặt lớp mầm bề mặt tốt lớp phủ có khả chống ăn mòn tăng lên Và tƣơng tự nhƣ thế, ta thấy hàm lƣợng TiO2 tăng lên thành phần pha nóng chảy ngày tăng Điều minh chứng rõ ràng tốc độ ăn mòn lớp phủ tăng dần  Thơng qua thí nghiệm khảo sát khả quang xúc tác màng TiO2 chế tạo phƣơng pháp phun plasma cho thấy thay đổi yếu tố nhƣ thời gian chiếu, diện tích tiếp xúc bề mặt TiO2 dƣới ánh sáng lƣợng cao UV ảnh hƣởng đến khả quang xúc tác màng TiO2 5.2 KIẾN NGHỊ  Hoàn thiện hệ phun plasma gia tăng khả ứng dụng hệ phun plasma cách tăng cơng suất nguồn cấp hay tăng dịng cung cấp  Khảo sát thêm yếu tố khác hợp thức màng TiO2/Al2O3 tạo đƣợc phƣơng pháp phun plasma nhƣ khả chống mài mòn, độ bền dai,… lớp màng TiO2/Al2O3 mà phạm vi đề tài chƣa có điều kiện khảo sát  Mở rộng chế tạo nhiều loại màng chống mài mòn, chống nhiệt khác nhƣ SiC + TiO2, SiC + Al2O3 phƣơng pháp phun plasma Sau đó, tiến hành khảo sát tính chất, đặc điểm màng tạo đƣợc để từ rút thơng số tối ƣu cho q trình tạo màng cơng nghiệp  Trên sở thí nghiệm khảo sát đề tài tạo màng (từ vật liệu khó nóng chảy) phƣơng pháp phun plasma rút đƣợc số kết luận trình bày Ngồi ra, nhận thấy phƣơng pháp phƣơng pháp hữu hiệu cho việc chế tạo màng công nghiệp Nhờ vào việc dễ dàng điều chỉnh thơng số q trình phun, khống chế đƣợc bề dày lớp màng tạo đƣợc hay ứng dụng phƣơng pháp phun để tạo màng diện rộng Do đó, chúng tơi có ý tƣởng áp dụng phƣơng pháp nghiên cứu tới với mục đích chế tạo loại pin mặt trời nhƣ pin mặt trời sử dụng loại vật liệu nhƣ CdTe, CdS,…(là loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp đặc biệt nhiệt độ thăng hoa chân không lại thấp nhiệt độ nóng chảy) Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Đỗ Thanh Long (2007), ―Khóa luận tốt nghiệp‖, Đại học bách khoa Tp Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Hữu Chí (1998), Vật Lý plasma, NXB trường ĐH KHTN Tp Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Văn Dán (2002), Công nghệ nhiệt luyện xử lý bề mặt, NXB ĐH Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [4] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006), Các q trình oxi hoá nâng cao xử lý nƣớc nƣớc thải, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội TIẾNG ANH [5] Bansal, P., Padture, N.P., Vasiliev (2003), Improved interfacial mechanical properties of Al2O3 –13wt.% TiO2 plasma-sprayed coatings derived from nanocrystalline powders, Acta Mater 51, 2959–2970 [6] A Bhatia (1999), Thermal Spraying Technology and Applications , U.S Army Corps of Engineers, EM 1110-2-3401 [7] Giovanni Bolelli, Valeria Cannillo, Luca Lusvarghi, Tiziano Manfredini (2006), Wear behaviour of thermally sprayed ceramic oxit coatings, Wear 261, 1298– 1315 [8] Rointan F Bunshah (2001), Handbook of hard coatings, California, 77 – 107 [9] Erdal Celik (2002), Preparation and characterization of Al2O3 – TiO2 powders by chemical synthesis for plasma spray coatings, Journal of Materials Processing Technology 128, 205–209 [10] Pavel Ctibor, Milan Hrabovsky (2010), Plasma sprayed TiO2: The influence of power of an electric supply on particle parameters in the flight and character of sprayed coating, Journal of the European Ceramic Society xxx, xxx–xxx Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 97 [11] A.C.Davies B.Sc (London Hons and Liverpool), C Eng (2001), The science and practice of welding volume the practice of welding, M.I.E.E., Fellow of the Welding Institute [12] N Dejang, A Watcharapasorn, S Wirojupatump, P Niranatlumpong, S Jiansirisomboon (2010), Effects of critical plasma spray parameter and spray distance on wear resistance of Al2O3–8 wt.%TiO2 coatings plasma-sprayed with nanopowders, Surface & Coatings Technology 204, 1651–1657 [13] M Uma Devi (2004), New phase formation in Al2O3-based thermal spray coatings, Ceramics International 30, 555–565 [14] Marcia R Gallas, Edilson V Benvenutti, and Jao A H da Jornada (1999), Study of Nanocrystalline ỗ-Al2O3 Produced by High-Pressure Compaction, J Phys Chem B 103, 4278 - 4284 [15] Daniel Goberman, D., Sohn, Y.H., Shaw, L., Jordan, E., Gell, M (2002), Microstructure development of Al2O3–13wt.%TiO2 plasma-sprayed coatings derived from nanocrystalline powders Acta Mater 50, 1141–1152 [16] Daniel Goberman, Leon L Shawa, Ruiming Rena, Maurice Gell, Stephen Jiang, You Wang, T Danny Xiao, Peter R Strutt (2000), The dependency of microstructure and properties of nanostructured coatings on plasma spray conditions, Surface and Coatings Technology 130, – [17] N Guettai, H.Ait Amar (2005), Photocatalytic oxidation of methyl orange in presence of titan dioxit in aqueous suspension Part 1: Parametric study, Desalination 185, 427 – 437 [18] R.B.Heimann (1996), Plasma – Spray Coating, VCH, Newyork [19] Hoffman M.R., Martin, S.T., Choi, W., and Bahnemann, D.W (1995), Environmental application of semiconductor photocatalysis, Chem Rev 95, pp 69-96 Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 98 [20] A Ibrahima, Z Abdel Hamid, A Abdel Aal (2010), Investigation of nanostructured and conventional alumina–titania coatings prepared by air plasma spray process, Materials Science and Engineering A 527, 663–668 [21] Józef Iwaszko (2006), Surface remelting treatment of plasma-sprayed Al2O3 +13wt.% TiO2 coatings, Surface & Coatings Technology 201, 3443–3451 [22] B.H Kear, Z Kalman, R.K Sadangi, G Skandan, J Colaizzi, and W.E Mayo, Plasma-Sprayed Nanostructured Al2O3/TiO2 Powders and Coatings, JTTEE 9, 483-487 [23] Xinhua Lin, Yi Zeng, Soo Who Lee, Chuanxia Ding (2004), Characterisation of Alumina – 3wt% titania coating prepared by plasma spraying of nanostructured powders, Journal of the Society 24, 627 – 634 [24] Hong Luo, Daniel Goberman, Leon Shaw, Maurice Gell (2003), Indentation fracture behavior of plasma-sprayed nanostructured Al2O3/13wt.%TiO2 coatings, Materials Science and Engineering A346, 237/245 [25] B Normand, V Fervel, C Coddet, V Nikitine (2000), Tribological properties of plasma sprayed alumina–titania coatings: role and control of the microstructure, Surface and Coatings Technology 123, 278–287 [26] L.Pawlowsky (1995), The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, John Wiley & Sons, New York [27] R McPherson (1980), On the formation of thermally sprayed alumina coatings, Journal Of Materials Science 15, 3141—3149 [28] Renin M (2001), Advanced Oxidation Processes - Current Status And Prospects, Proc Estonian Acad Sci.Chem 50 (2), pp.59-80 [29] Ralf Riedel (2000), Handbook of Ceramic Hard Materials, Germany Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 99 [30] Robertson P (1996), “Semiconductor photocatalysis: an environmentally acceptable alternative production technique and efluent treament process‖, J Cleaner Prod 4(3-4), p.203-212 [31] Schinder, K.M., Kunst, M (1990), Phys Chem 94, 8222 [32] Leon L Shawa, Daniel Goberman (2002), Microstructure investigation of plasma sprayed alumina 13 weight percent titania coatings from nanocrystalline feed powders, Journal Of Materials Science [33] Takashi Shirai, Hideo Watanabe, Masayoshi Fuji and Minoru Takahashi (2009), Structural Properties and Surface Characteristics on Aluminum Oxit Powders, 23 – 31 [34] Eun Pil Song, Jeehoon Ahn, Sunghak Lee, Nack J Kim (2008), Effects of critical plasma spray parameter and spray distance on wear resistance of Al2O3 – wt.% TiO2 coatings plasma – sprayed with nanopowders, Surface and Coatings Technology 202, 3625 -3632 [35] Wei Tian, YouWang, Tao Zhang, Yong Yang (2009), Sliding wear and electrochemical corrosion behavior of plasma sprayed nanocomposite Al2O3– 13% TiO2 coatings, Materials Chemistry and Physics 118, 37–45 [36] R Yılmaz, A.O Kurt, A Demir, Z Tatlı (2007), Effects of TiO2 on the mechanical properties of the Al2O3–TiO2 plasma sprayed coating, Journal of the European Ceramic Society 27, 1319–1323 [37] S¸enol Yılmaz (2009), An evaluation of plasma-sprayed coatings based on Al2O3 and Al2O3 –13 wt.% TiO2 with bond coat on pure titan substrate, Ceramics International 35, 2017–2022 Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 100 Trang Web [38] http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_spraying%5d [39] http://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_orange [40] http://giaxaydung.vn/diendan/threads/5785-son-tu-lam-sach-dau-tien-tai-vietnam.gxd [41] http://www.google.com.vn/imglanding?q=Kelvin+scale [42] http://nguyenkhanhks.wordpress.com/2008/03/04/cac-ứng-dụng-quan-trọng-củatio2-nano-va-triển-vọng-thị-trƣờng/ Nguyễn Thị Anh Thơ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma 101 PHỤ LỤC HĨA CHẤT SỬ DỤNG TRONG Q TRÌNH THÍ NGHIỆM CƠNG THỨC ĐỘ TINH KHIẾT HĨA HỌC (%) Titan đioxít TiO2 99% Merk Nhơm oxít Al2O3 99% Merk Methyl da cam C14H14N3NaO3S 99% China STT TÊN Nguyễn Thị Anh Thơ XUẤT XỨ Tạo màng TiO2 phƣơng pháp phun plasma ... TÀI: CHẾ TẠO MÀNG TiO2 BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHUN PLASMA II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Chế tạo màng TiO2 dựa vào hệ phun plasma - Sử dụng phƣơng pháp phân tích cấu trúc hình thái học màng TiO2 tạo thành... phƣơng pháp phun plasma CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TẠO MÀNG TiO2 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHUN PLASMA 2.1 GIỚI THIỆU Màng TiO2 màng hợp phức TiO2/ Al2O3 chế tạo phƣơng pháp phun plasma loại màng gốm đƣợc... liệu TiO2 kết hợp với vật liệu Al2O3, hệ súng phun plasma 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Chế tạo súng phun có khả tạo plasma điều kiện thƣờng - Sử dụng phƣơng pháp phun phủ plasma để chế tạo màng TiO2