CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1.3.1. Phổ UV – Vis của các dung dịch sol với nồng độ khác nhau của SiO
Các dung dịch sol TiO2-SiO2 với các thành phần SiO2 khác nhau 5%, 10%, 15%, 20%, 25% và 30% lần lượt được đo xác định độ truyền qua trên máy quang phổ hấp thu tử ngoại và khả kiến UV-VIS Cary 100 (Varian – Australia).
Phổ hấp thu ở hình 3.4 cho thấy các dung dịch này hầu như trong suốt với độ truyền qua gần trong khoảng từ 88% trở lên. Cụ thể giá trịđộ truyền qua của các dung dịch sol với SiO2 100%, sol TiO2-SiO2 30%, sol TiO2-SiO2 25%, sol TiO2-SiO2 20%, sol TiO2- SiO2 15%, sol TiO2-SiO2 10%, sol TiO2-SiO2 5% lần lượt là 97%, 99%, 97%, 92%, 90%, 88%.
Các dung dịch sol này đều có giá trịcủa độtruyền qua giảm nhẹ khi giá trị của bước sóng ánh sáng tới giảm từ 800 đến 400 nm, và hầu như không đổi trong vùng bước sóng từ 500 – 800 nm. Đặc biệt các dung dịch sol có mặt thành phần TiO2 đều có giá trị
của độ truyền qua giảm rất nhanh khi giá trị bước sóng ánh sáng tới nhỏ hơn 400 nm, và bị hấp thu hoàn toàn trong vùng tử ngoại có giá λ < 350 nm. Trong khi điều này hoàn toàn không xuất hiện với trường hợp dung dịch sol chứa 100% SiO2, tức là không tồn tại thành phần TiO2. Nguyên nhân của hiện tượng trên là do các dung dịch sol có chứa thành phần TiO2 là vật liệu có khả năng hấp thu năng lượng của ánh sáng tử ngoại gây kích thích các electron vùng hoá trị nhảy qua vùng cấm lên vùng dẫn, để tạo ra các cặp điện tử và lỗ trống.
Qua phổ hấp thu trên ta cũng nhận thấy khi hàm lượng SiO2 trong hệ giảm, tức là hàm lượng TiO2 tăng, độ truyền qua của dung dịch sol cũng giảm dần. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể do sự có mặt của thành phần TiO2 càng nhiều càng dễ gây ra
Hình 3.5: Phổ truyền qua của các dung dịch sol TiO2- SiO2 với các tỉ lệ khác nhau của SiO2. SiO2100% SiO230% SiO225% SiO220% SiO215% SiO25% SiO210%
phản ứng thuỷ phân của TiO2 với nước tạo các hạt tủa trắng li ti của các hydroalkoxide làm cho dung dịch không đạt độ truyền qua tốt.
Một đặc điểm khác ta có thể nhận thấy trên phổ UV – Vis ở hình 3.5 là khi nồng độ
SiO2 tăng bờ hấp thu tại vùng tử ngoại UV cũng dịch chuyển nhẹ về phía vùng tím.
Điều này đồng nghĩa với bước sóng hấp thu cực đại λmax giảm dần, làm tăng khoảng năng lượng Eg của vùng cấm. Mặt khác theo hiệu ứng giam cầm điện tử thì các hạt có kích thước nhỏ hơn sẽ có giá trị Eg lớn hơn và λmax nhỏ hơn. Như vậy sự gia tăng nồng
độ SiO2 trong dung dịch có khả năng làm giảm kích thước của các hạt rắn trong dung dịch sol, điều này sẽđược kiểm tra thêm khi khảo sát phổ XRD của các hệ sol ở phần sau.
Giá trị độ rộng vùng cấm từ phổ UV – Vis được tính toán thông qua giá trị λht xác
định từ phổ ở hình 3.5. Giá trị λht này được xác định bằng cách xác định giá trị hoành
độ của tiếp điểm của tiếp tuyến với đoạn đi thẳng lên của đồ thị.
Độ rộng vùng cấm được xác định bằng công thức sau:
Eg = hc/ λht≈ 1242.19 / λht (3.2)
Bảng 3.5: Độ rộng vùng cấm của các hạt TiO2 trong các dung dịch sol có nồng độ
SiO2 khác nhau.
Loại sol λmax(nm) Eg (eV) TiO2-SiO2 (5%) 352 3.53 TiO2-SiO2 (10%) 371 3.35 TiO2-SiO2 (15%) 363 3.42 TiO2-SiO2 (20%) 360 3.45 TiO2-SiO2 (25%) 357 3.48 TiO2-SiO2 (30%) 352 3.53
Từ các kết quả tính toán được của giá trị độ rộng vùng cấm Eg ta nhận thấy các giá trị Eg này đều lớn hơn so với năng lượng vùng cấm Eg của vật liệu khối Eg = 3.2 eV, tương ứng với bước sóng hấp thu cực đại là λmax= 388nm.
Thực tế bảo quản các hệ sol trên chúng tôi cũng nhận thấy, hệ sol TiO2-SiO2 có càng nhiều thành phần SiO2 càng dễ bị gel hoá, và khi bị gel hóa kết khối những hệ sol này thường có độ trong lớn hơn so với các hệ sol có ít thành phần SiO2.
Phổ UV-VIS trên chứng tỏ tính trong suốt của dung dịch sol vì thế khả năng tạo
được một màng TiO2-SiO2 trên thủy tinh hoặc gạch men mà không làm ảnh hưởng đến màu sắc và các hoa văn gạch là hoàn toàn có thể.