Chế tạo màng mỏng bằng phương pháp dung dịch

BÀI 2: CHẾ TẠO MÀNG MỎNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP DUNG DỊCH GV: ThS La Phan Phương Hạ A Lý thuyết tổng quan Giới thiệu phương pháp Phuơng pháp dung dịch tiêu biểu phuơng pháp Sol-gel Quá trình Sol-gel bao gồm phân tán phần tử rắn dạng huyền phù (precursor) dung c om dịch (được gọi sol), kết sau thu định hình nên mạng lưới khơng gian ba chiều phần tử rắn liên tục pha lỏng biết đến dạng gel ng Các giai đoạn xảy q trình Sol-gel co Sol hệ keo gồm phần tử rắn phân tán dung môi lỏng, phần tử có kích thước nhỏ, vào khoảng vài nanomet, trì chuyển động an dung mơi chuyển động Brown th Dung dịch sol tồn khoảng thời gian định, sau phần tử rắn g liên kết với dung dịch, tạo thành mạng lưới ba chiều pha du on lỏng Khi đó, dung dịch bị gel hố Thơng thường, phương pháp Sol-gel dùng để tổng hợp loại vật liệu có tính chất tiêu biểu ceramic thông qua hai phản ứng xuyên suốt cu u trình phản ứng thuỷ phân ngưng tụ Phương pháp ứng dụng để chế tạo nhiều loại vật liệu với đặc tính khác với chất ban đầu khác nhau, nói chất phong phú đa dạng, gần phần lớn nguyên tố bảng tuần hoàn Hiện nay, phương pháp Sol-gel nghiên cứu chủ yếu theo hai hướng chính, dùng precursor ban đầu phân tử metal alkoxide, gọi theo hướng hữu kim loại dùng loại muối vô 2.1 Phương pháp Sol-gel dùng precursor ban đầu metal alkoxide Các metal alkoxide có cơng thức chung M(OR)x, M nguyên tố kim loại hay kim, R nhóm alkyl Dùng precursor ban đầu M(OR)x có nhiều ưu điểm khả hoà tan chúng nhiều loại dung mơi, tính tinh khiết vật liệu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt quan trọng khả liên kết tạo thành oligomer dung dịch Quá trình hình thành oligomer dung dịch ảnh hưởng lớn đến độ đồng sản phẩm sau Phương pháp Sol-gel xây dựng tảng phản ứng thuỷ phân phần tử metal alkoxide, sau q trình ngưng tụ xảy ra, dẫn đến hình thành nên chuỗi oligomer tồn dung dịch Phản ứng tiêu biểu cho trình thuỷ phân: M-OR + H2O  M-OH + ROH Trong trình ngưng tụ, diễn hình thành oligomer polymer với phần khung cầu nối kim loại - oxy, song song phản ứng khử để loại M(OR)n + m XOH  c om nước rượu Phản ứng tiêu biểu trình ngưng tụ : [ M(OR)n-m(OX)m ] + m ROH Trong trình phản ứng, dùng thêm loại xúc tác để thúc đẩy trình du on g th an co ng Hai loại xúc tác sử dụng xúc tác axit bazơ Hình 2.2 Ảnh hƣởng loại xúc tác Phương pháp Sol gel từ precursor ban đầu muối vô cu u (Phương pháp Pechini) Phương pháp Pechini dựa hình thành hợp thức kim loại kiềm, kiềm thổ, kim loại chuyển tiếp cách sử dụng nhân tố tạo hữu Precusor ban đầu loại muối vô kim loại Với số loại precuspr, hòa tan chúng dung mơi bị hạn chế, đó, việc sử dụng chất phụ gia để tạo cần thiết Sau đó, polyalcohol thêm vào để tạo cầu nối phần tử dung dịch phản ứng ester hóa CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om Những chất tạo có khả hình thành hợp phức hydroxo ổn định với nhiều kim loại khác với vùng pH rộng Do cho phép dễ dàng tổng hợp ng oxit hợp phức, ứng dụng cho việc tạo màng đa thành phần Tuy co nhiên, không giống phương pháp Sol – Gel truyền thống tạo nên an mạng lưới M-O-M khắp dung dịch thông qua giai đoạn thủy phân, ngưng tụ Trong phương pháp Pechini, mạng lưới gel hình thành q trình este hóa th tác nhân tạo polyalcohol Những ion kim loại bắt giữ mạng g lưới hữu chúng liên kết yếu , tạo cấu du on trúc moiety ( cấu trúc chuỗi 2D ) mà hầu hết hạt tạo từ phương pháp có dạng hình cầu ( hay gần giống hình cầu ) u Tạo màng cu Ở trạng thái sol, màng chế tạo từ nhiều phương pháp phủ quay (spin coating), phủ nhúng (dip), phun nhiệt phân (spray), … Hình Tạo màng phƣơng pháp phủ nhúng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình Tạo màng phƣơng pháp phủ quay c om Xử lý nhiệt Đây giai đoạn xử lí để tách dung mơi khỏi màng, song song đó, q trình xử lí nhiệt nhằm cung cấp lượng cho việc kết khối vật chất màng Q trình ng xử lí nhiệt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng màng giai đoạn dung mơi xử lí để tách khỏi màng, vật chất kết khối với co B Thực nghiệm an Hóa chất  Dung mơi ethanol th  Zn(CH2COO)2 2H2O  Aceton du on g  Monoethanolamine (MEA) hay Diethanolamine (DEA)  Pipet cu  Cá từ u Dụng cụ  Becher  Lam thủy tinh  Quả bóp cao su (để hút dung mơi) Tiến hành thực nghiệm 3.1 Tạo dung dịch sol  Khuấy dung dịch sol máy khuấy từ : hoà tan precusor Zn(CH2COO)2 2H2O 20ml dung mơi ethanol, có góp mặt chất tạo phức DEA hay MEA với nồng độ Zn2+ dung dịch 0.75 M, tỉ lệ số mol Zn2+ MEA (hay tỉ lệ số mol Zn2+ DEA) 1:1  Thời gian khuấy dung dịch: 30 phút CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Nhiệt độ khuấy dung dịch: nhiệt độ phòng 3.2 Chuẩn bị đế Lam thủy tinh rửa qua dung dịch NaOH, cồn, nước cất, aceton Sau sấy khô 3.3 Phủ màng phương pháp phủ nhúng cu u du on g th an co ng c om C Báo cáo kết thực nghiệm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... giống hình cầu ) u Tạo màng cu Ở trạng thái sol, màng chế tạo từ nhiều phương pháp phủ quay (spin coating), phủ nhúng (dip), phun nhiệt phân (spray), … Hình Tạo màng phƣơng pháp phủ nhúng CuuDuongThanCong.com... cao su (để hút dung mơi) Tiến hành thực nghiệm 3.1 Tạo dung dịch sol  Khuấy dung dịch sol máy khuấy từ : hoà tan precusor Zn(CH2COO)2 2H2O 20ml dung mơi ethanol, có góp mặt chất tạo phức DEA hay... phần Tuy co nhiên, không giống phương pháp Sol – Gel truyền thống tạo nên an mạng lưới M-O-M khắp dung dịch thông qua giai đoạn thủy phân, ngưng tụ Trong phương pháp Pechini, mạng lưới gel hình