1. Phương pháp chế tạo màng ZnO:Al Ti ến trình thực nghiệm
1.1.4. Chế tạo màng ZnO:Al
Màng ZnO:Al được chế tạo từ precusor Zn(CH3OO)3.2H2O, dung môi là 2- Methoxyethanol (2-ME) hoặc Ethanol với chất tạo phức là Monoethanolamin (MEA) hay Diethanolamin (DEA) và nguồn cung cấp tạp Al là Al(NO)3.9H2O, theo lưu đồ
tiến trình chế tạo như hình II.1.1. Quá trình chế tạo màng ZnO:Al gồm các bước sau: tạo sol, xử lí đế, tạo màng và ủ nhiệt.
Nguồn gốc các hóa chất sử dụng:
Zn(CH3OO)3.2H2O, Trung quốc, 99% Al(NO3)3.9H2O , Trung quốc, 99%
Dung môi 2- Methoxyethanol (2-ME), Merk, 99,5% Dung môi Ethanol, Merk, 99,9%
Chất tạo phức Monoethanolamin (MEA), Merk 99% Chất tạo phức Diethanolamin (DEA) Merk 99%
Dung môi 2-Methoxyethanol 2 ME( ) Ethanol − Zn(CH3COO)2.2H2O Al(NO3)3.9H2O Khuấy 30 phút Chất tạo phức ( ) ( ) Monoethanolamin MEA Diethanolamin DEA Khuấy 2 giờ Dung dịch trong suốt Phủ quay Nung 5000C,1giờ trong không khí Nung 5000C, 1giờ, trong chân không
Màng ZnO
Zn2+ / MEA hay DEA=1:1 hay 1,5(tỉ lệ mol) [Zn(CH3COO)2.2H2O] = 0.75 mol.l-1
1-6 lần
1.1.4.1. Tạo sol:
Sol được chế tạo từ các hóa chất như đã trình bày ở phần trên (II-1.1.4). Trước tiên, Zn(CH3COO)2.2H2O và Al(NO3)3.9H2O được hòa tan trong dung môi bằng máy khuấy từ (hình II.1.2 ) trong vòng 30 phút. Phương trình phân li của precusor trong dung môi thể hiện ở phương trình (2.1) [20].
Sau khi hòa tan, dung dịch thu được có màu trắng đục là do phản ứng nghịch (2.2) sinh ra Zn(OH)2 có kết tủa màu trắng.
Vì thế, để tránh phản ứng tái hợp xảy ra, chúng tôi nhỏ giọt chất tạo phức vào dung dịch, xảy ra phản ứng (2.3). Dưới tác dụng của chất tạo phức, dung dich được tạo thành cuối cùng là dung dịch trong suốt. Với mỗi chất tạo phức khác nhau, phản ứng
của với chất tạo phức được thể hiện ở phương trình (2.3, 2.4 và 2.5):
Chất tạo phức là MEA [5]:
Chất tạo phức là DEA, phản ứng có thể xảy ra trong 2 trường hợp sau [20]:
(2.3) (2.1)
(2.2)
Trong phản ứng (2.5), dung dịch tạo thành vẫn còn có mặt của nước nên vẫn có khả năng xảy ra phản ứng thủy phân (2.6) và ngưng tụ (2.7) [20]:
Từ các phương trình phản ứng, các hóa chất sử dụng được tính toán như ở bảng II.1.1, bảng II.1.2 và bảng II.1.3.
Để dung dịch tạo thành đảm bảo đồng nhất, chúng tôi tiếp tục khuấy trong 2 giờ
và sau đó ủ 24 giờ trước khi tạo màng.
Hình II.1.2: Máy khuấy từ
(2.5)
(2.6)
Bảng II.1.1: Lượng hóa chất dùng để tạo sol ZnO:
Tên hóa chất Lượng
Precusor: Zn(CH3OO)3.2H2O (Trung Quốc 99,5%) Dung môi: 2-Methoxyethanol – 2-ME (Merk) Hoặc ethanol (Merk)
0,823 g
5,00 ml
Bảng II.1.2: Lượng Al(NO3)3 pha tạp vào ZnO:
Lượng Al(NO3)3 pha tạp Thành phần Al (%)
0,014g 0,028g 0,056g 0,084g 1 2 4 6
Bảng II.1.3: Lượng chất tạo phức dùng để chế tạo sol ZnO
Chất tạo phức Tỉ lệ mol của Zn2+ /Chất tạo phức
Lượng
Monoethanolamine-MEA (Merk) Diethanolamine – DEA (Merk) Diethanolamine – DEA (Merk)
1 1 3/2 0,23 ml 0,36 ml 0.27ml
Trong quá trình chế tạo, để dễ dàng phân biệt dung dịch, chúng tôi sử dụng kí hiệu như
Trong đó: x = 0,1,2,4,6: phần trăm pha tạp Al3+
y = 1, 1.5: tỉ lệ mol của Zn2+ /Chất tạo phức
Ví dụ như: Mẫu A1MM1,5 nghĩa là dung dịch sol của ZnO pha tạp 1% Al với tỷ lệ
mol của Zn2+/ chất tạo phức là MEA là 1,5 trong dung môi 2-Methoxyethanol
Mẫu A2ED1,5 nghĩa là dung dịch sol của ZnO pha tạp 2% Al với tỷ lệ mol của Zn2+/ chất tạo phức là DEA là 1,5 trong dung môi Ethanol.