Hình 3.6 là ảnh SEM bề mặt và mặt cắt ngang của mẫu màng TiO2 nhận ựược sau khi ựã xử lý nhiệt màng Ti lắng ựọng ở tốc ựộ 0,15 nm/s T1 (nhiệt ựộ ủ 3500C), T2 (nhiệt ựộ ủ 4000C). Có thể thấy rằng bề mặt mẫu T1 (hình 3.6a) mịn chứng tỏ các hạt TiO2 kết tinh ở kắch thước nhỏ. Ở mẫu T2 (hình 3.6c), ta thấy màng kết tinh ở kắch thước hạt lớn hơn, nhưng mật ựộ hạt cao, ựộ xốp thấp. Ảnh SEM cắt ngang (hình 3.6d) của mẫu này cho thấy các sợi TiO2 ựã hình thành và có phương gần vuông góc với ựế. Ở nhiệt ựộ ủ 450 0C (mẫu T3 hình 3.6e), màng kết tinh tốt hơn, cấu trúc sợi hình thành rõ rệt, thể hiện ở ảnh SEM hình 3.6f. Ảnh chèn vào ảnh 3.6f là hình thái học của mẫu T3 khi bị làm bung ra. Các sợi TiO2 dài 300 - 400 nm, ựường kắnh khoảng 30 nm. Kết quả này tương tự với Zhao và cộng sự trong công bố [147], theo ựó ựối với màng TiO2 chế tạo bằng phương pháp phún xạ, với nhiệt ựộ ủ dưới 500 0C thì TiO2 tồn tại ở pha anatase và có cấu trúc sợi. Tại nhiệt ựộ ủ 700 0C (mẫu T5) pha anatase ựã chuyển hoàn toàn sang pha rutile kết quả chỉ ra trên giản ựồ nhiễu xạ hình 3.2b. Ảnh SEM trên hình 3.6 g và h cho thấy các sợi TiO2 kết lại với nhau, ựường kắnh tăng lên vào khoảng 80 nm - 100 nm. Chiều dài của sợi chiếm hết chiều dày màng.
Hình 3.6: Ảnh SEM bề mặt và cạnh của các mẫu (a,b) T1;(c,d) T2;(e,f) T3;(g,h) T5.
g) h)
e) f)
a) b)
Hình 3.7: Ảnh SEM bề mặt và cắt ngang của màng Ti ủ tại các nhiệt ựộ: (a,b) T6 (tốc ựộ lắng ựọng màng Ti 1 nm/s, nhiệt ựộ ủ 350 0C); (c,d) T7 (tốc ựộ lắng ựọng màng Ti 1nm/s, nhiệt ựộ ủ 400 0C); (e,f) T8 (tốc ựộ lắng ựọng màng Ti 1nm/s,
nhiệt ựộ ủ 450 0C).
Mẫu TiO2 nhận ựược từ màng Ti lắng ựọng ở tốc ựộ 0,15 nm/s, nhiệt ựộ ủ 450 0C thì màng cho cấu trúc sợi nano. Hiện tượng này ựược cho là các màng Ti kim loại lắng ựọng ở tốc ựộ 0,15 nm/s thì các nguyên tử Ti xếp chặt hơn. Các nguyên tử Ti ở phắa ngoài sẽ bị oxy hóa trước trở thành TiO2. Các tinh thể TiO2 sẽ là những mầm tạo ựiều kiện cho cấu trúc sợi phát triển theo hướng vuông góc với ựế. Hơn nữa do màng Ti xếp chặt nên TiO2 hình thành trong quá trình oxy hóa nhiệt
c) d)
bị hạn chế phát triển theo các chiều nằm trên mặt màng. Còn chiều vuông góc với mặt phẳng màng là tự do. đối với các mẫu lắng ựọng ở tốc ựộ 1 nm/s (mẫu T6,T7,T8), màng Ti có ựộ xốp hơn nên khi ủ nhiệt, oxy trong không khắ dễ dàng khuếch tán vào các lỗ xốp giữa các hạt Ti và oxy hóa các nguyên tử Ti trở thành TiO2. Ở ựó vẫn còn các chỗ trống do ựó màng TiO2 nhận ựược có ựộ xốp cao. điều này thể hiện trên ảnh SEM hình 3.7 e,f (mẫu T8).
Qua các kết quả trên, chúng tôi nhận thấy rằng ở cả hai tốc ựộ lắng ựọng màng Ti kim loại, tại nhiệt ựộ ủ 350 0 C màng Ti ựã chuyển hoàn toàn sang TiO2 pha anatase (các kết quả ựo giản ựồ nhiễu xạ tia X không thấy xuất hiện các ựỉnh nào khác ngoài các ựỉnh ựặc trưng của TiO2). Pha rutile bắt ựầu xuất hiện tại nhiệt ựộ ủ 500 0C. Tại nhiệt ựộ ủ 700 0C, các pha anatase ựã chuyển hoàn toàn sang pha rutile. đối với tốc ựộ lắng ựọng màng Ti là 0,15 nm/s, màng Ti ủ ở nhiệt ựộ 450 0C, thu ựược màng TiO2 pha anatase có cấu trúc sợi nano với ựường kắnh sợi khoảng 30 nm, dài 300 nm - 400 nm. Còn ựối với trường hợp màng Ti lắng ựọng ở tốc ựộ nhanh hơn (1 nm/s), khi tăng nhiệt ựộ ủ màng Ti thì kắch thước hạt TiO2 cũng tăng. Tại nhiệt ựộ 450 0C, thu ựược màng TiO2 cấu trúc hạt với kắch thước các hạt khoảng17 nm-20 nm. Như vậy, nhiệt ựộ ủ 450 0C là thắch hợp ựể chế tạo màng TiO2 cấu trúc hạt nano và sợi nano tương ứng ở hai tốc ựộ lắng ựọng màng Ti kim loại lần lượt là 0,15 nm/s và 1 nm/s.