THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu so sánh tính chất nhạy hơi vocs của vật liệu zno có cấu trúc hình thái khác nhau (Trang 51 - 57)

Phƣơng pháp mà chúng tôi lựa chọn để chế tạo vật liệu nano ZnO có các hình thái cấu trúc khác nhau là: (i)- Cấu trúc phân nhánh bằng phƣơng pháp phun tĩnh điện để tạo sợi nano sau đó thủy nhiệt; (ii)- Cấu trúc thanh thẳng đứng bằng phƣơng pháp thủy nhiệt sử dụng mầm ZnO đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp quay phủ; (iii)- Cấu trúc hạt nano ZnO thƣơng mại và (iv)- Cấu trúc hạt nano bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. Tất cả quy trình thực nghiệm đƣợc thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật lý Chất rắn, khoa Vật lý, trƣờng Đại học Quy Nhơn. Ƣu điểm của các phƣơng pháp này là quy trình thực hiện đơn giản, giá thành nguyên vật liệu khá rẻ, vật liệu nano ô xít kim loại sau khi đƣợc tổng hợp có độ bền cơ học cao nên có thể sử dụng để khảo sát nhiều lần và có thể lắp ráp vào thiết bị để ứng dụng ngay đƣợc.

Hóa chất:

 Polyvinylpyrrolidone (PVP) (wt 360000)

 Zinc acetatedihydrate (ZnAc) (Zn(CH3COO)2·2H2O; 99,99%)

 Zinc nitratehexahydrate (Zn(NO3)2.6H2O, 98%)

 Nƣớc cất (DI; 18,4 MΩ/cm)

 N,N-dimethylformamide (DMF) (HCON(CH3)2, ≥ N-d

 Ethyl alcohol (C2H5OH)

 Hexamethylenetetramine (HMTA) (C2H12N4, 99%)

 Bột ZnO thƣơng mại

 Dymethyl Sulfô xyde DMSO (>99%)

Các hóa chất này đƣợc sử dụng trực tiếp mà không cần thanh lọc thêm.

 Các loại pipét 2ml, 10ml

 Bình đựng nƣớc 100ml

 Bình cầu ba cổ

 Các cốc, cân, đũa, thìa thủy tinh, quả bóp, bình xịt và nƣớc cất, v.v.

 Đế thủy tinh với kích thƣớc 22100,5mm3. Đế cảm biến Al2O3

tích hợp điện cực Au kích thƣớc 550,25mm3

(Hình 2.1). Các đế thủy tinh và đế cảm biến đƣợc rửa sạch bằng cách rung siêu âm trong môi trƣờng nƣớc cất (5 phút), sau đó trong môi trƣờng ethanol (5 phút) và để khô một cách tự nhiên trƣớc khi sử dụng.

Hình 2.1. Hìnhảnh mô phỏng (a) và hình ảnh thực tế (b) của đế Al2O3 tích hợp điện cực Au

Thiết bị

 Máy quay ly tâm

 Cân phân tích: max 120 g; độ chính xác 0,1 mg

 Máy rung siêu âm

Hình 2 2 Cân phân tích (trái) dùng để cân hoá chất. Máy rung siêu âm (giữa) dùng để rửa sạch dụng cụ thí nghiệm. Máy khuấy từ (phải) để hòa tan hóa chất

 Hệ phun tĩnh điện

 Kính hiển vi quang học

Hình 2 3. Hệ phun tĩnh điện (electrospining) (trái). Kính hiển vi quang học (phải)

Hình2.4. Lò nung (trái) và tủ sấy Memmert (phải), đặt trong phòng thí nghiệm Vật lý Chất rắn, trƣờng Đại học Quy Nhơn

2.1.1. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ZnO có cấu trúc phân nhánh

Bước 1. Chế tạo sợi ZnAc/PVPbằng phương pháp phun tĩnh điện

Hòa tan ZnAc (1 M; 1,09 g) vào dung dịch DMF (3 ml) và ethanol (2 ml) bằng cách khuấy từ trong 15 min, sau đó rắc từ từ PVP (0,7 g) vào hỗn hợp DMF, ethanol và ZnAc và khuấy từ thêm 30 phút. Trong quá trình phun tĩnh điện, dung dịch này đƣợc bơm vào xilanh có kim phun bằng thép không gỉ (đƣờng kính 0,2 mm). Đế thủy tinh hoặc đế cảm biến đặt trên giá đỡ kim loại đƣợc gia nhiệt ở nhiệt độ cỡ 90℃,đặt cách đầu kim phun 12 cm. Một nguồn điện áp cao với hiệu điện thế 15 kV kết nối giữa kim phun và giá đỡ. Dung dịch đƣợc bơmliên tục bằng một máy bơm xilanh với tốc độ bơm 0,01 ml/giờ. Các sợi nano composite ZnAc/PVP đƣợc thu thập trên đế sau thời gian phun tĩnh điện 10 phút.Sau khi kết thúc quá trình phun, các mẫu đƣợc ô xy hoá ở nhiệt độ 500℃ trong 2 giờ với tốc độ tăng nhiệt 1℃/phút để làm bay PVP và hình thành nên sợi nano ZnO. Hình 2.5 mô tả sơ đồ chế tạo sợi nano ZnAc/PVP bằng phƣơng pháp phun tĩnh điện.

Hình 2 5 Sơ đồ tạo sợi nano ZnAc/PVP bằng phƣơng pháp phun tĩnh điện

Hình2.6. Mô tả sự hình thành sợi nano ZnO trên đế điện cực bằng phƣơng pháp phun tĩnh điện

Bước 2. Chế tạo cấu trúc phân nhánh (ZnO-H) bằng phương pháp thủy nhiệt

Để chế tạo cấu trúc phân nhánh cho sợi ZnO ta tiến hành thủy nhiệt sử dụng hai dung dịch A và B nhƣ sau:

+ Dung dịch A: Cho 2,38g Zn(NO3)2 (80 mM) vào 100 ml nƣớc cất. Sau đó khuấy từ trong vòng 15 phút cho tan hết.

+ Dung dịch B: Cho 1,12g HTMA (80 mM) vào 100ml nƣớc cất. Sau đó khuấy từ trong vòng 15 phút.

Trộn hết dung dịch A vào trong dung dịch B ta đƣợc dung dịch C, khuấy từ trong vòng 15 phút ta thu đƣợc dung dịch C. Tiếp theo đặt dung dịch C vào tủ sấy trong vòng 10 phút ở 90℃. Sau đó đặt các mẫu đã chế tạo đƣợc ở bƣớc 1 vào dung dịch C để tiến hành thủy nhiệt trong thời gian 4 giở ở 90℃. Sau 4 giờ ta lấy mẫu ra khỏi dung dịch C, tiến hành rửa qua nƣớc cất và sấy khô. Lúc này ta thu đƣợc sản phẩm là cấu trúc ZnO phân nhánh trên đế [85][86]. Quá trình chế tạo nano ZnO có cấu trúc phân nhánh đƣợc mô tả bằng sơ đồ khối ởHình 2.7

Hình 2 7. Quá trình chế tạo nano ZnO có cấu trúc phân nhánh

3 2 2,38 ( ) g Zn NO 100ml Nước cất 3ml DMF 2ml Ethanol 1,09g ZnAc 1,12g HMTA 100ml Nước cất100 0,7g PVP

Khuấy từ 15 min Khuấy từ 15 min

Khuấy từ 10 min Hỗn hợp Khuấy từ 15 min Khuấy từ 30 min Hỗn hợp Điện cực

Phun tĩnh điện (U=15KV, Tốc độ dòng phun 0,01ml/h

Dây nano ZnO

Thủy nhiệt trong 4h ở 90 độ

ZnO cấu trúc phân nhánh Ủ nhiệt với tốc độ tăng nhiệt 10c/min tới

Hình 2.8.Hình vẽ mô tả vật liệu nano ZnO có cấu trúc phân nhánh trên đế cảm biến bằng phƣơng pháp thủy nhiệt

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu so sánh tính chất nhạy hơi vocs của vật liệu zno có cấu trúc hình thái khác nhau (Trang 51 - 57)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(96 trang)