Hình 5.11 So sánh hiển thị của máy đo UV dùng sensor nco TiO2/SnO2 và số
chỉ của máy đo UV của hãng Solarlight Co., INC. Philadelphia.
Sensor UV cùng các thiết bị kết nối và hiển thị đƣợc lắp ráp thành máy đo. Máy đo đƣợc hiệu chỉnh độ khuếch đại để cùng số hiển thị với số hiển thị của máy đo UV PMA2120 do hãng Solarlight Co., INC. Philadelphia sản xuất. Hình 5.11
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
biểu diễn các giá trị thực nghiệm của máy đo UV đã sản xuất so với số chỉ của máy đo của hãng Solarlight Co., INC. Philadelphia dƣới bức xạ của mặt trời.
Đồ thị trên hình 5.11 cho thấy trong phạm vi biến đổi của mức cƣờng độ UV của mặt trời trong ngày – khoảng 1 đến 13 W/cm2, số hiển thị của máy đo sử dụng vật liệu nco TiO2/SnO2 làm sensor hầu nhƣ trùng với số chỉ của máy đo UV do hãng Solarlight Co., INC. Philadelphia sản xuất. Kết quả đo trên máy đo mức cƣờng độ UV đã đƣợc kiểm tra nhiều lần bằng so sánh kết quả đo của hai máy đo ở các mức cƣờng độ UV khác nhau. Giá trị đo so sánh cũng đã đƣợc lặp lại sau 60 ngày và kết quả vẫn trùng nhau.
Hình 5.12 trình bày ảnh chụp hình dáng bên ngoài của máy đo cƣờng độ bức xạ UV đã đƣợc chế tạo.
Hình 5.12 Ảnh chụp máy đo cường độ bức xạ UV sử dụng sensor chế tạo từ
vật liệu nco TiO2/SnO2.
Các thông số kỹ thuật của máy đo:
Kích thƣớc: 1246522 (mm). Khối lƣợng: 112 g.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Thang đo: 0 199,9 (W/cm2), Sai số (so với máy đo UV PMA2120, SolarLight Co., INC. Philadelphia): ± 0,2 %.
Độ phân giải: 0,1 (W/cm2).
Hệ số thay đổi theo nhiệt độ: < 0,5 % / o
C. Thời gian đáp ứng: 4-5 s .
Thời gian hồi phục (ở mức 0,7): 20 s.
Với công nghệ chế tạo đơn giản, cấu trúc gọn nhẹ nhƣng tính năng đầy đủ của sensor sử dụng vật liệu nco TiO2/SnO2, có thể sử dụng các vi mạch điện tử để chế tạo các máy đo mức cƣờng độ UV có thể tích và khối lƣợng nhỏ đeo tay hoặc gắn trên khuy áo, phục vụ cho các nhu cầu nhƣ trong lĩnh vực thể thao và du lịch.
Thiết bị chế tạo đã gửi tham dự cuộc thi “Sáng tạo sản phẩm điện tử mới” do hội Vô tuyến Điện tử Việt nam tổ chức năm 2006 và đã nhận đƣợc giải Huy chƣơng Đồng. Thiết bị cũng đã đƣợc Ban tổ chức và các thành viên tham dự cuộc thi khuyến khích đăng ký bản quyền để đƣa vào ứng dụng thực tiễn sản xuất phục vụ đời sống, du lịch và Khoa học môi trƣờng.
Phương pháp phun nhiệt phân các dung dịch muối TiCl4, SnCl4 với các qui trình công nghệ khác nhau để chế tạo màng nanocomposite TiO2/SnO2 dẫn tới hai khả năng ứng dụng của vật liệu:
Màng nco TiO2/SnO2 có phổ hấp thụ dịch khả kiến, có thể được ứng dụng làm điện cực quang trong pin mặt trời quang điện hoá và trong lĩnh vực quang xúc tác. Sự có mặt của thành phần SnO2 trong màng điện cực nco TiO2/SnO2 đã nâng cao dòng ngắn mạch của pin so với điện cực sử dụng màng nano TiO2, mở ra khả năng cải thiện hiệu suất pin mặt trời quang điện hóa trên cơ sở vật liệu nano TiO2.Kết quả cho thấy có thể phát triển hướng nghiên cứu chế tạo điện cực cho pin mặt trời quang điện hoá trên cơ sở vật liệu TiO2 pha tạp đa thành phần. Kết quả cũng tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về pin mặt trời trạng thái rắn với độ ổn định cao hơn và khả năng ứng dụng rộng rãi hơn.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Màng nco TiO2/SnO2 có độ nhạy UV cao, có thể ứng dụng để chế tạo sensor nhạy UV cho các thiết bị đo cường độ bức xạ UV của Mặt trời. Đây là kết quả lần đầu được thực hiện trên thế giới. Kết quả này vừa là minh chứng cho phẩm chất của công nghệ chế tạo vật liệu nano TiO2 vừa là một ứng dụng cụ thể của vật liệu nano vào thực tiễn với khả năng phát triển thành sản phẩm thương mại đem lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cho xã hội.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Bằng phƣơng pháp phun nhiệt phân đã chế tạo đƣợc màng nano TiO2 từ dung dịch TiCl4. Đã tiến hành khảo sát các chế độ công nghệ nhƣ nhiệt độ đế, nồng độ dung dịch để xác định chế độ tối ƣu cho việc chế tạo màng nano TiO2 trên đế thuỷ tinh. Trong phạm vi nhiệt độ từ 340 đến 480 oC và nồng độ từ 0,025 đến 0,15 M đã thu đƣợc màng bao gồm các tinh thể nano TiO2 pha anatase, kích thƣớc từ 7-10 nm với đầy đủ các đặc tính của vật liệu kể cả về mặt ứng dụng điển hình.
2. Đã chế tạo đƣợc vật liệu nanocomposite TiO2/SnO2 có tính quang dẫn cao bằng các phƣơng pháp phun nhiệt phân đồng thời và sol-gel kết hợp. Tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ, có thể chế tạo đƣợc vật liệu với hiệu ứng quang dẫn chỉ nhạy với tia tử ngoại hoặc dịch phổ về vùng ánh sáng khả kiến.
3. Đã chế tạo đƣợc hệ vật liệu hỗn hợp TiO2 – In2O3 bằng phƣơng pháp phun nhiệt phân hỗn hợp. Hệ này có hiệu ứng quang dẫn khá mạnh, điện trở biến đổi hàng nghìn lần trong điều kiện chiếu sáng bằng ánh sáng khả kiến.
4. Đã chế tạo đƣợc điện cực cho pin mặt trời từ hệ vật liệu nanocomposite TiO2/SnO2. Đã lắp ráp pin quang điện hoá từ điện cực này để khảo sát. Kết quả khảo sát cho thấy phẩm chất của điện cực đƣợc nâng cao đáng kể so với điện cực bình thƣờng kể cả khi phủ hoặc không phủ chất màu.
5. Đã chế tạo đƣợc cảm biến tia tử ngoại trên hệ vật liệu nano TiO2/SnO2. Trên cơ sở này đã chế tạo thành công thiết bị đo cƣờng độ bức xạ tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời. Thiết bị có thể đƣa vào ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực môi trƣờng thay thế cho các sản phẩm nhập ngoại đắt tiền.
Thành công và đƣa vào ứng dụng vật liệu nano TiO2 và các tổ hợp của nó lần đầu tiên đƣợc chế tạo và khảo sát, mở ra triển vọng thực tiễn trong việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu nano TiO2 trong nƣớc.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Nếu đƣợc đầu tƣ để tiếp tục nghiên cứu, có thể chế tạo đƣợc điện cực quang cho pin mặt trời quang điện hoá trên cơ sở màng vật liệu nano TiO2 pha tạp đa thành phần với phẩm chất cao hơn để ứng dụng thực tiễn; đồng thời có thể nghiên cứu pin mặt trời quang điện hoá trạng thái rắn sử dụng vật liệu nano TiO2 có độ bền cao hơn, khả năng ứng dụng rộng rãi và linh hoạt hơn. Tiến tới ứng dụng sản xuất pin mặt trời nano với điều kiện hiện có trong nƣớc.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN
[1] Pham Van Nho, Nguyen Quang Tien, Tran Kim Cuong, Nguyen Thuong Hai, Pham Quang Hung (2004), “Ultraviolet radiation sensor based on nano TiO2 material”, Proceeding of the 9th Vietnam Conference on Radio & Electronics [REV’04], Hanoi, Vietnam, pp. 243 – 246.
[2] Pham Van Nho, Tran Kim cuong, Ivan Davoli, Massimiliano Lucci (2005), “Effect of SnO2:F doping on Photoelectric Properties of nano TiO2 Films”,
Proceeding of Fruntiers of Basic Science, Osaka University Press. pp. 337 – 338.
[3] Trần Kim Cƣơng, Phạm Văn Nho (2006), “Tính chất quang điện của điện cực nanocomposite TiO2/SnO2:F trong cấu trúc pin mặt trời quang điện hoá”,
Tuyển tập các báo cáo Hội nghị Vật lý Toàn quốc lần thứ VI, tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội, tr. 702 – 705.
[4] Pham Van Nho, Tran Kim Cuong (2006), “Enhanced UV Detecting properties of Nano TiO2”, VNUJ. Sci. Math.-Phys.XXII (2AP), pp. 119 – 122.
[5] Pham Van Nho, Tran Kim Cuong, Pham Hoang Ngan (2006), “Preparation and characterization of TiO2 nano composite photo resistor”, Proceeding of the 10th Vietnam Conference on Radio & Electronics [REV’06], Hanoi,Vietnam, pp. 365 – 368.
[6] Tran Kim Cuong, Nguyen Quang Tien (2007), “UV Sensitive Sensor Based on TiO2 Nano Crystalline Film by the soaking wet”, Proceeding of the 1st International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA) 2007, Vung Tau, Vietnam, pp. 284 – 287.
[7] Trần Kim Cƣơng, Phạm Văn Nho (2007), “Chế tạo màng điện cực nanocomposite nhạy sáng khả kiến TiO2/SnO2 cho pin mặt trời”, Tuyển tập Báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ V, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà nội, tr. 804 – 807.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
[8] Trần Kim Cƣơng, Phạm Văn Nho (2008), “Ảnh hƣởng của sự hấp phụ SnO2
đến tính chất của màng nano tinh thể TiO2 chế tạo bằng phƣơng pháp phun nhiệt phân”, Tạp chí KH&CN46 (2), tr. 55 – 62.
[9] Pham Van Nho, Tran Kim Cuong (2008), “Preparation and Characterization of nanocomposite TiO2/SnO2 films”, VNU J. Sci. Math.-Phys.24,pp. 42 – 46. [10] Phan Van An, Pham van Nho, Tran Kim Cuong (2008), “Preparation of
nanocrystalline TiO2 films sensitized with SnO2”, International Conference on Composites/Nano engineering, ICCE-16 CD-Proceedings, Kunming, China, pp. 571 – 572.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Đặng Đức Vƣợng, Đặng Thị Thanh Lê, Nguyễn Đức Chiến, Nguyễn Văn Quy
(2001), “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng TiO2 pha tạp Nb và tính nhạy khí của chúng”, Tuyển tập Báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ III, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà nội, tr. 76 – 81.
2. Đặng Hồng Lƣu, Phan Văn Ánh (2003), “Chế tạo màng mỏng TiO2, TixSn1-xO2 và nghiên cứu một số tính chất của chúng”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn Toàn quốc Lần thứ IV, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà nội, tr. 332 – 336.
3. Đặng Thị Thanh Lê, Đặng Đức Vƣợng, Nguyễn Đức Chiến (2007), “Nghiên
cứu chế tạo và tính chất nhạy khí của dây nano TiO2”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn Toàn quốc Lần thứ V, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà nội, tr. 714 – 717.
4. Đặng Thị Thanh Lê, Nguyễn Văn Duy, Nguyên Văn Quy, Nguyễn Đức Chiến
(2003), “Nghiên cứu chế tạo cảm biến nhạy ethanol trên cơ sở vật liệu TiO2”,
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn Toàn quốc Lần thứ IV, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà nội, tr. 116 – 120.
5. Đinh Công Trƣờng, Vũ Thị Hạnh Thu, Nguyễn Hữu Trí, Trần Tuấn, Lê Văn Hiếu, Lê Đình Minh Trí, Dƣơng Chánh Nhân (2007), “Nghiên cứu chế tạo màng TiO2-xNx bằng phƣơng pháp phún xạ phản ứng magnetron không cân bằng DC”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn Toàn quốc Lần thứ V, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà nội, tr. 695 – 698.