Từ Hình 3.14 cho thấy độ gồ ghề của bề mặt RMS = 1,00594, Độ gồ ghề bề mặt trung bình: RMStb = 1,1918. Nhƣ vậy qua hình ảnh AFM màng tạo trên lam kính có độ gồ ghề thấp, hơn nữa các hạt tinh thể sắp xếp trên màng có kích thƣớc nhỏ và đều đặn.
3.1.6. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của màng nano TiO2/SiO2.
3.1.6.1. Tính chất siêu ưa nước, chống đọng sương.
Sự hình thành liên kết Ti-O-Si và lợi ích của nó có thể đƣợc hình dung nhƣ sau: Những ôxit kim loại hai nguyên đƣợc biết đến là có tính axit bề mặt, giả thiết rằng cation của những ôxit tạp chất (chất thêm vào - dopant) tham gia vào mạng ôxit của chất nền (host) và giữ nguyên số phối vị ban đầu. Bởi vì cation tạp chất vẫn đƣợc liên kết cùng với số ôxy đó nên sự mất cân bằng điện tích xảy ra. Để bù trừ sự mất cân bằng điện tích âm, cần phải bổ sung những proton (những vị trì đó gọi là vị trí Bronsted). Để trung hòa sự mất cân bằng điện tích dƣơng thì cần phải bổ sung những điện tích âm (những vị trí đó gọi là vị trí Lewis). Sự mất cân bằng điện tích đƣợc tính trƣớc hết đối với từng mối liên kết riêng biệt với cation tạp chất, sau đó nhân với tổng số liên kết với cation này.
Với cấu trúc TiO2/SiO2, khi TiO2 là thành phần chính thì trong lớp tiếp xúc giữa 2 loại ôxit, nguyên tử Si sẽ tham gia vào mạng Ti. Số phối vị vẫn giữ nguyên 4 đối với Si và 6 đối với Ti, còn số phối vị của những nguyên tố âm tƣơng ứng phải là 3 và 2. Bốn điện tích dƣơng của Si đƣợc phân bố cho bốn liên kết. Nghĩa là một điện tích dƣơng đƣợc phân bố cho mỗi liên kết, trong khi 2 điện tích âm của nguyên tử ôxy đƣợc phân bố cho 3 liên kết hay -2/3 đơn vị hoá trị đƣợc phân bổ cho mỗi liên kết. Vậy sự chênh lệch điện tích cho mỗi liên kết
a
là +1-2/3 = +1/3, và cho tất cả các liên kết thì đơn vị hoá trị +1/3 x 4 = +4/3 là vƣợt quá. Trong trƣờng hợp này, tâm axit (Lewis) đƣợc giả thiết là xuất hiện khi có sự dƣ thừa của điện tích dƣơng.
Chênh lệch điện tích: (4/4-2/3)x4 = +4/3
Tính axit bề mặt tạo ra những nhóm hydroxyl bề mặt, những nhóm hydroxyl ổn định này có lợi cho sự duy trì sự ƣa nƣớc. Điều này giải thích tại sao góc tiếp xúc của nƣớc tăng chậm và duy trì ở giá trị thấp trong một thời gian dài trong bóng tối đối với màng mỏng phức hợp.
Mặt khác, trong màng phức hợp kích thƣớc hạt giảm cũng làm cho diện tích bề mặt riêng và tính ƣa nƣớc của màng tăng. Để khảo sát đặc tính ƣa nƣớc của các màng trên kính với các nồng độ SiO2 khác nhau chúng tôi đã đo xác định góc thấm ƣớt của màng.
Mẫu lam kính mang đi kiểm tra tính ƣa nƣớc đƣợc phủ màng TiO2/SiO2
15%SiO2 và lam kính trắng làm đối chứng.
Hình 3.15: Ảnh chụp góc tiếp xúc của các giọt nƣớc trên bề mặt các lam kính.
Kết quả thu đƣợc từ Hình 3.15 cho thấy với mẫu 15% SiO2 có tính chất ƣa nƣớc rất tốt. Màng sau đó đƣợc ủ trong bóng tối một ngày mang đi đo lại. Kết quả với màng 15% SiO2 vẫn còn duy trì khả năng ƣa nƣớc rất tốt.
Tính ƣa nƣớc của màng TiO2/SiO2 còn thể hiện ở khả năng chống tạo sƣơng mờ đối với hơi nƣớc nóng và hơi nƣớc lạnh. Dƣới đây là một số hình ảnh minh họa khả năng đó. Để kích thích hoạt tính của màng TiO2/SiO2 đƣợc tạo
+4/4-2/3
(a) Kính không phủ màng (b) Kính phủ màng 15% SiO2
sau khi chiếu sáng 2 giờ bằng đèn UV
(c) Kính đo lại sau 1 ngày trong bóng tối.
thành trên đế thủy tinh chúng tôi dùng đèn UV Mitsubishi/Osram FL20S.BL- 360 với công suất 20W, bƣớc sóng chính 340nm chiếu lên mẫu màng trong 2 giờ sau đó dùng hơi nƣớc nóng và nƣớc lạnh để khảo sát định tính khả năng chống tạo sƣơng của màng TiO2/SiO2 15% SiO2.
Hình 3.16: Khả năng chống tạo sƣơng mờ của màng nano TiO2/SiO2 (15% SiO2)
Hình 3.16 ta thấy màng tạo từ dung dịch TiO2/SiO2 với 15% SiO2 không bị mờ đi trong môi trƣờng có độ ẩm cao, với khả năng ƣa nƣớc của màng đã làm các giợt nƣớc trải đều ra thành lớp mỏng trong suốt cho ánh sáng đi qua do đó với các lam kính co phủ màng không bị mờ đi ta có thể đọc rõ chứ bên dƣới, với các lam kính không phủ màng trong điều kiện độ ẩm cao bị mờ đi ta không thể đọc đƣợc chữ bên dƣới.
3.1.6.2. Khả năng tự làm sạch và diệt khuẩn.
a. Tính chất tự làm sạch trên đế thủy tinh.
Chúng tôi đã khảo sát đặc tính tự làm sạch của màng thông qua chất thử methylblue. Lam kính đƣợc phủ màng đƣợc kích thích bởi đèn UV trong 2 giờ. Sau đó các giọt dung dịch methylene blue đƣợc nhỏ lên trên bề mặt kính và quan sát sự mất màu theo thời gian.
I - Với hơi lạnh; a- lam kính có phủ màng; b- Lam kính không phủ màng. II- Với hơi nóng; c - Lam kính có phủ màng; d - Lam kính không phủ màng
I
a b c d