Tính chất cấu trúc nhƣ hình thái học bề mặt và kích thƣớc hạt của màng TiO2
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
đọng, mà còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch phun ban đầu. Thực nghiệm khảo sát sự phụ thuộc tính chất của màng vào nồng độ dung dịch phun ban đầu đã đƣợc thực hiện với khoảng thay đổi nồng độ từ 0,025 – 0,15 M tại nhiệt độ tạo màng cố định là 425 o
C. Các mẫu sau khi chế tạo xong đều đƣợc khảo sát tính chất và xác định kích thƣớc hạt bằng XRD.
Kích thƣớc tinh thể trung bình đƣợc tính theo công thức Scherrer:
0,9 d = .cos (3.6) với: d là kích thƣớc hạt.
là bƣớc sóng tia X đặc trƣng với anot Cu là 1,54 Å.
là góc ứng với đỉnh cực đại nhiễu xạ.
là độ rộng của bán cực đại đỉnh nhiễu xạ.
0 2 4 6 8 10 12 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 d (n m ) Nồng độ (mol/l)
Hình 3.7 Sựphụ thuộc kích thước hạt vào nồng độ dung dịch phun ban đầu ở
nhiệt độ chế tạo 425 o
C.
Kết quả cho thấy các màng hình thành với các nồng độ dung dịch phun ban đầu khác nhau đều có cùng cấu trúc tinh thể TiO2 đơn pha anatase. Tuy nhiên, có sự thay đổi nhỏ về kích thƣớc tinh thể ở các nồng độ dung dịch khác nhau. Hình 3.7 biểu diễn sự phụ thuộc của kích thƣớc hạt tính theo công thức Scherrer vào nồng độ dung dịch ban đầu. Đồ thị này cho thấy trong khoảng nồng độ dung dịch ban đầu từ
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
0,025 M đến 0,15 M kích thƣớc trung bình của các hạt tinh thể nano TiO2 chỉ thay đổi trong phạm vi nhỏ (7 – 10 nm). Quy luật thay đổi kích thƣớc hạt này cũng đã đƣợc các tác giả công trình [146] phát hiện.
So với giản đồ kết quả khảo sát XRD của các tác giả [146] chế tạo màng nano TiO2 cùng trên đế thuỷ tinh, bằng cùng phƣơng pháp phun nhiệt phân, nhƣng từ vật liệu titanyl acetylacetonate (TiAcAc) (C10H14O5Ti) với nồng độ dung dịch ban đầu thay đổi từ 0,05 – 0,125 M cho thấy tính tinh thể thay đổi mạnh theo nồng độ dung dịch (cƣờng độ đỉnh (101) là một chỉ thị cho tính tinh thể), kích thƣớc hạt tinh thể thu đƣợc phụ thuộc mạnh nồng độ dung dịch và thay đổi từ 30 – 50 nm; giản đồ XRD (hình 3.4) cho thấy tính tinh thể của màng thu đƣợc cao hơn, ít thay đổi theo nhiệt độ và nồng độ trong vùng khảo sát.
Kết quả này cho thấy phƣơng pháp phun nhiệt phân sử dụng ở đây cho kích thƣớc hạt nhỏ và ổn định so với các tác giả cùng phƣơng pháp [146] hay các phƣơng pháp khác. Thí dụ: Khi bay hơi Ti trong buồng khí quyển He [180], các tác giả thu đƣợc kích thƣớc trung bình của hạt là từ 7,2 đến 13,7 nm. Phƣơng pháp bơm sol khí của titanium diisopropoxide lên các đế thạch anh và tinh thể Si nóng sử dụng nguồn phát siêu âm, các tác giả thu đƣợc kích thƣớc hạt là ~ 40 – 50 nm [41]. Trong phƣơng pháp sol-gel, màng phủ keo TiO2 xử lý nhiệt ở 500 oC cho kích thƣớc hạt là ~ 25 nm [182]. Trong công trình [173] mẫu chế tạo có kích thƣớc hạt từ 8 – 15 nm. Phƣơng pháp sol-gel từ vật liệu ban đầu tinh khiết cao Ti(O–iC3H7)4 thu đƣợc hạt có kích thƣớc từ 10 – 38 nm [164]. Phƣơng pháp chế tạo nano TiO2 từ kỹ thuật nhỏ giọt alkoxide [142] cho kích thƣớc hạt ~20 nm. Phƣơng pháp thuỷ phân TiCl4 và ủ nhiệt cho kích thƣớc hạt từ 6,1 đến 12,1 nm [115]. Phƣơng pháp phun nhiệt phân từ titanium – tetraisopropoxide cho kích thƣớc hạt 160 nm [48]. Phƣơng pháp điện phân plasma ca-tốt từ Titanium tetraisopropoxide Ti(OC3H7)4 các tác giả [164] thu đƣợc kích thƣớc hạt TiO2 anatase 30 nm, rutile 39 nm. Quá trình CVD từ Ti[OCH(CH3)2]4 cho kích thƣớc hạt trung bình là ~ 27 ± 3 nm [157].
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
nồng độ đƣợc khảo sát đều có độ bám dính trên đế thuỷ tinh tốt, tƣơng đối đồng đều về độ dày, đều có cấu trúc tinh thể pha anatase, kích thƣớc tinh thể ít phụ thuộc nhiệt độ đế và chỉ phụ thuộc nhẹ vào nồng độ dung dịch ban đầu.