6. Cấu trúc luận văn
1.3.1. Cấu trúc của SnO2
Tin oxide có hai dạng chủ yếu là SnO2 và SnO, trong đó SnO2 tồn tại phổ biến hơn dạng SnO. Năng lượng vùng cấm của SnO2 xấp xỉ 3,6 † 3,8 eV.Tin (IV) oxide (SnO2) với cấu trúc cassiterite là một loại chất bán dẫn loại n điển hình (Eg = 3,6 eV) [31], [32] và là một trong những chất bán dẫn được sửdụng rộng rãi nhất do hoạt tính cảm biến khí, độ bền hóa và bền cơ cao.
Một thuộc tính độc đáo của SnO2 là từ chất cách điện có thể dẫn điện nhờ các lỗ trống và các điện tử làm cho vật liệu hữu ích cho nhiều ứng dụng. Do đó, ngày càng có nhiều sự chú ý đến các nghiên cứu về oxide này, đặc biệt là về các phương pháp tổng hợp, các tính chất điện và quang học của nó. Hình 1.7 trình bày cấu trúc một đơn vị tinh thể của SnO2.
SnO2 là tinh thể phân cực bất đẳng hướng, có cấu trúc tinh thể kiểu Rutile. Cấu trúc Rutile kiểu tứ diện thuộc nhóm đối xứng P42/mm [33]. Mỗi ô cơ sở sẽ có 2 phân tử SnO2 trong đó có 2 nguyên tử Sn nằm ở vị trí (0,0,0); ( , , )12 12 12 và
4 nguyên tử O nằm ở vị trí ( , , 0)u u , 1 1 1
2 2 2
( u, u, )
với 𝑢 = 0.307. Mỗi nguyên tử Sn liên kết với 6 nguyên tử O nằm trên 6 đỉnh của một bát diện gần đều. Bao quanh mỗi nguyên tử O có 3 nguyên tử Sn, gần như tạo thành một tam giác
đều. Khoảng cách từ Sn cho đến 2 anion bằng 2ua (2.053 Å) và 4 anion bằng 2 2 1 2 2 2( ) (c ) a u a (2.597 Å). Các hằng số mạng là a = b = 4,7374 Å và c = 3,1864 Å [34] với tham số u = 0,30, tỷ lệ c/a là 0,6726. Bán kính ion của O2- và Sn4+
lần lượt là 1,40 Å và 0,71 Å [33].
Hình 1.7. (a) Cấu trúc một đơn vị tinh thể của SnO2 ; (b) Mô hình 3D của SnO2
Năng lượng tương ứng của các mặt (110), (100) hoặc (010), (101) hoặc (011) và (001) lần lượt là 1,20; 1,27; 1,43; 1,84 J/m2. Như vậy, mặt (110) có năng lượng bé nhất tiếp theo là mặt (100), đến (101) và cuối cùng là (001).
Trên các bề mặt có chỉ số thấp (110), (100), (101) và (001), khối bát diện bị cắt ngắn làm phát sinh các tổ hợp phối trí khác nhau cho các cation tin ngoài cùng.
Hình 1.8. Các bề mặt có chỉ số Miller thấp của SnO2: (110); (100); (101); (001) [33]