1.1.5.1Tính chất điện
TiO2 thuộc bán dẫn có vùng cấm rộng, có điện trở suất cao ~ 1015 Ω.m. Quá
trình kết tinh tự nhiên của TiO2 thường xuất hiện các sai hỏng như lỗ trống O, Ti xen kẽ. Các sai hỏng này làm phát sinh các mức donor gần đáy vùng dẫn. Do đó, ở điều kiện bình thường vật liệu TiO2 sẽ dẫn điện theo cơ chế của bán dẫn điện loại n.
Hình 1. 7Sơ đồ biểu diễn các điện tử truyền dẫn a) trong các hạt nano sắp xếp không có trật tự, b) trong cấu trúc 1D sắp xếp có trật tự [91].
Tính chất điện vượt trội của cấu trúc 1D thể hiện thông qua khả năng truyền dẫn điện tử. Trong các hạt nano, các điện tử truyền dẫn thông qua các lớp TiO2 xốp, các lớp này được hình thành bởi các hạt nano kết nối lại với nhau như hình 1.7a. Các điện tử sẽ truyền theo cơ chế nhảy giữa các hạt nano. Tuy nhiên, một số các hạt không thể kết nối lại được làm cho việc truyền dẫn điện tử không còn hiệu quả là con đường ngắn nhất. Hơn nữa sự rối loạn cấu trúc giữa các hạt nano tinh thể làm tăng cường sự tán xạ các điện tử làm giảm độ linh động của điện tử. Vật liệu nano cấu trúc 1D với cơ cấu như hình 1.7b, làm các điện tử truyền dẫn theo con đường ngắn và có sự định hướng tốt theo một chiều nhất định, đã cải thiện được khoảng cách và giảm thiểu đượcsự mất mát điện tử do bị tái hợp ở các biên hạt, nên việc truyền dẫn điện tử có hiệu quả hơn [91].
1.1.5.2Tính chất quang [18, 55]
Độ rộng vùng cấm của TiO2 nanotube (1D) ở nhiệt độ phòng là khoảng 3,87 eV gần bằng độ rộng vùng cấm của TiO2 nanosheet (2D), nhưng lớn hơn TiO2 vật liệu khối (3D) 3,2 eV. Phổ hấp thụ của TiO2 nanotube ở nhiệt độ phòng trùng với dịch chuyển phát quang của TiO2 nanosheet đơn lớp và đa lớp. Điều này chứng minh rằng ở nhiệt độ phòng cấu trúc nano 1D có biểu hiện quang học của cấu trúc nano 2D.
Nhưng ở cùng thời gian, khi thay đổi bán kính nanotube từ 2,5 – 5 nm, vị trí vùng hấp thu và phát xạ không thay đổi. Chứng tỏ rằng, tính chất quang của cấu trúc nano 2D trội hơn 1D. Bước sóng kích thích tối ưu của TiO2 nanowire là 473 nm, và cường độ quang phát quang của nanowire mạnh hơn nano tinh thể trong mọi trường hợp. Nanowire có hoạt động quang học mạnh hơn nano tinh thể, vì vậy TiO2 nanowire có vùng phát quang rất mạnh trong vùng ánh sáng xanh da trời đến màu xanh lục.
1.1.5.3Tính chất hấp phụ
Vật liệu TiO2 cấu trúc 1D có diện tích bề mặt lớn, tăng khả năng tương tác giữa thiết bị với môi trường trong các ứng dụng liên quan đến hiệu ứng bề mặt và mặt tiếp xúc. TiO2 cấu trúc 1D với diện tích bề mặt lớn có thể sử dụng trong các ứng dụng quang xúc tác, sensor (nhờ khả năng hấp phụ tốt).