Hình 4.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng TiO2/SnO2 với tỉ lệ 7 % mol
SnCl4 chế tạo ở nhiệt độ 425 oC.
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu TiO2/SnO2chế tạo với tỉ lệ 7 % mol SnCl4 ở
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
TiO2 anatase với một lƣợng nhỏ là SnO2 tồn tại riêng rẽ.
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 -20 -10 0 10 20 U (V) A
Hình 4.4 Đặc trưng Volt-Ampe của tiếp xúc SnO2/TiO2 - SnO2.
Đặc trƣng I-V của chuyển tiếp giữa màng TiO2/SnO2 và điện cực SnO2 đã chế tạo đƣợc biểu diễn ở hình 4.4. Kết quả cho thấy đây là tiếp xúc Ohmic.
Điều đặc biệt phát hiện thấy ở màng này là xuất hiện tính quang dẫn phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ pha trộn vật liệu ban đầu và nhiệt độ chế tạo.
Bảng 4.1 Đặc trưng quang trở TiO2/SnO2 phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo Ts
TS(oC) 350 375 400 425 450
Rt(K) 3200 2900 2400 16500 20000
Rs(K) 1400 620 320 45 200
Rt/Rs 2,3 4,7 16,9 337 100
Điện trở sáng Rs của các màng đƣợc đo dƣới ánh sáng của đèn halogen 12 V – 50 W ở khoảng cách 10 cm. Kết quả khảo sát theo nhiệt độ chế tạo đƣợc đƣa ra ở bảng 4.1. Từ kết quả này có thể thấy nhiệt độ ứng với độ nhạy quang lớn nhất là khoảng 425 o
C.
Tại nhiệt độ tối ƣu 425 oC, tính quang dẫn của màng đƣợc khảo sát thông qua việc chế tạo màng với tỷ lệ thành phần của dung dịch ban đầu thay đổi từ 2 đến 10 % mol SnCl4. Kết quả đƣợc giới thiệu tại bảng 4.2 cho thấy tỉ số Rt/Rs đạt cực đại
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Bảng 4.2Các đặc trưng quang điện của màng quang trở TiO2/SnO2 chế tạo ở
nhiệt độ 425 oC với các tỉ lệ SnCl4 khác nhau.
SnCl4( % mol) 2 4 6 8 10
Rt(K) 24000 21000 20000 16000 2100
Rs(K) 4900 45 16,4 14,5 8,5
Rt/Rs 4,9 467 1220 1103 247
Ở nồng độ SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch ban đầu thấp, SnO2 hình thành và hấp phụ lên biên các hạt TiO2 còn ít và phân tán, chúng làm giảm rào thế giữa các biên hạt TiO2 nhƣng chƣa nhiều. Vì vậy Rs của màng lớn và tỉ số Rt/Rs nhỏ. Khi nồng độ SnCl4 tăng lên, lƣợng SnO2 hình thành và hấp phụ lên biên các hạt nano TiO2 tăng lên, rào thế biên hạt giảm nhiều, các điện tử quang kích thích của TiO2 dễ dàng dịch chuyển giữa các hạt dƣới tác dụng của trƣờng ngoài, tỉ số Rt/Rs tăng lên. Ngƣợc lại, ở mức nồng độ cao của SnCl4 pha SnO2 hình thành liên kết với nhau thành mạng lƣới dẫn làm hiệu ứng quang giảm và tỉ số Rt/Rs giảm.
Nhƣ vậy, phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần SnO2 trong màng, với vai trò kép của SnO2 vừa có tác dụng làm giảm rào thế biên hạt của các hạt nano TiO2, vừa có tác dụng tạo thành pha dẫn điện. Vì vậy, có vùng tối ƣu của tỉ lệ SnCl4 để tỉ số Rt/Rs
cực đại.
Nhƣ đã biết, quá trình nhiệt phân dung dịch SnCl4 dẫn đến sự hình thành pha SnO2 có độ dẫn cao, nhƣ đã khảo sát ở mục 4.1.1, điện trở của SnO2 phụ thuộc nhiệt độ nhiệt phân và có giá trị cực tiểu trong vùng nhiệt độ 380 – 410 o
C. Ngoài ra, trong quá trình nhiệt phân hình thành màng, có khả năng hình thành các nút trống ô- xi dẫn tới sự khử các trạng thái Ti4+ thành Ti3+ ở vùng nhiệt độ 420 o
C, chúng hoạt động nhƣ các mức bẫy làm tăng độ quang dẫn của màng TiO2 [153]. Kết quả là tỉ số Rt/Rs theo nhiệt độ có cực đại.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Mẫu có độ nhạy quang cực đại đƣợc đo phổ nhạy quang với nguồn sáng là đèn halogen chiếu qua quang phổ kế. Kết quả của phép đo này đƣợc giới thiệu ở hình 4.5. Có thể thấy rằng màng nanocomposite (nco) TiO2/SnO2 chế tạo bằng phƣơng pháp phun nhiệt hầu nhƣ chỉ nhạy với ánh sáng tử ngoại, không nhạy với ánh sáng trong miền khả kiến. Ngƣỡng nhạy quang của màng tƣơng ứng với ngƣỡng hấp thụ của vật liệu TiO2.
1 51 101 151 201 251 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Bƣớc sóng (nm) Rt /R s
Hình 4.5 Phổ nhạy quang của màng nco TiO2/SnO2 chế tạo ở nhiệt độ
425 oC với tỉ lệ SnCl4 7 % mol.