2.2. Thực nghiệm chế tạo và khảo sỏt cấu trỳc của vật liệu chứa chuyển tiếp dị
2.2.2. Chế tạo và khảo sỏt cấu trỳc vật liệu PVK+nc-MoO3
Quy trỡnh chế tạo vật liệu PVK+nc-MoO3 với cấu trỳc chuyển tiếp dị chất lớp
kộp:
Để chế tạo vật liệu PVK+nc-MoO3 với cấu trỳc chuyển tiếp dị chất lớp kộp chỳng tụi thực hiện cỏc bước như sau (hỡnh 2.6): trước tiờn cần chế tạo lớp màng MoO3 cấu trỳc nanụ trờn đế kim loại Mo tinh khiết, sau đú quay phủ ly tõm lớp
polymer PVK lờn trờn kết hợp xử lý nhiệt trong chõn khụng ta sẽ thu được lớp vật liệu lai PVK+nc-MoO3 (k là PNM) chuyển tiếp dị chất lớp kộp.
Hỡnh 2.6. Quy trỡnh chế tạo vật liệu PVK+nc-MoO3 với cấu trỳc chuyển tiếp dị chất lớp kộp chuyển tiếp dị chất lớp kộp
(1)Chế tạo màng MoO3 cấu trỳc nanụ:
Xử lý đế kim loại Mo tinh khiết: Vật liệu làm đế được sử dụng là mảnh kim loại Mo tinh khiết (độ sạch 4N) kớch thước 1 x 1 cm2. Đế Mo được ngõm trong dung dịch KOH đặc để tẩy sạch bề mặt, sau đú đỏnh búng bằng bột kim cương nhõn tạo kớch thước hạt mịn cỡ 1,5 μm. Sau đú đế được rửa bằng cỏch rung siờu õm 10 phỳt trong nước khử ion, 10 phỳt trong dung mụi axeton, sấy khụ, cuối cựng xử lý bằng kỹ thuật phúng điện lạnh.
ễxy húa nhiệt tạo thành màng MoO3 cấu trỳc nanụ: Vật liệu màng MoO3
được chế tạo trờn đế Mo đó được xử lý như mụ tả ở phần trờn bằng phương phỏp ủ nhiệt trong mụi trường ụxy sạch, tại cỏc nhiệt độ khỏc nhau như 300o
C, 450oC, 600oC trong 2 giờ và 800oC trong 30 phỳt. Kết quả khảo sỏt hỡnh thỏi học cho thấy, khi ủ ở nhiệt độ 600o
C và 800o
C thỡ bề mặt màng ụxy húa khụng đồng đều, kộm bỏm dớnh lờn trờn Mo, độ xốp vĩ mụ cao. Cũn khi ủ ở nhiệt độ 300o
C thỡ tốc độ mọc ễxy húa đế kim loại Mo nc-MoO3 Phủ ly tõm PVK Xử lý nhiệt trong chõn khụng PVK+nc -MoO3
màng quỏ chậm, màng khụng hỡnh thành dưới dạng cấu trỳc nanụ. Mẫu ụxy húa tại 450o cho kết quả tốt hơn cả: màng nhận được cú bề mặt tương đối đồng đều, mịn và cú màu đen xỏm.
(2) Chế tạo vật liệu PVK+nc-MoO3 với cấu trỳc chuyển tiếp dị chất lớp kộp (bilayer heterojunction):
PVK được hũa tan trong cloroform theo tỷ lệ trọng lượng WR = 0,35. Dung dịch này được phủ ly tõm lờn trờn lớp màng MoO3 ụxy húa nhiệt vừa chế tạo được. Sau khi để khụ trong khoảng 15 phỳt, mẫu được cho vào lũ chõn khụng ủ nhiệt dưới ỏp suất 1x10-3
Torr tại nhiệt độ 100oC trong 1 giờ nhằm loại bỏ hết dung mụi và kết dớnh 2 lớp vật liệu với nhau. Mẫu màng vật liệu PVK+nc-MoO3 với cấu trỳc chuyển tiếp dị chất lớp kộp được ký hiệu là PNM. Để đo đặc tuyến IV, một số mẫu được tạo điện cực nhụm lờn trờn cựng bằng phương phỏp bốc bay nhiệt.
Hỡnh thỏi học của màng nc-MoO3
Hỡnh 2.7. Ảnh SEM của vật liệu màng MoO3 chế tạo theo phương phỏp ụxy húa nhiệt ở 450o
C.
Phõn tớch ảnh SEM cho thấy, bề mặt kim loại Mo dựng làm đế cú độ gồ ghề cỡ 1-2 m. Sau khi ụxy húa nhiệt, ở thước đo micro-một, bề mặt mẫu trở nờn mịn hơn rất nhiều. Khi tăng độ phúng đại lờn thước đo nanụ-một, bề mặt của màng thể hiện cấu trỳc xốp rất rừ ràng (hỡnh 2.7), cỏc hạt cú hỡnh hạt đậu.
Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng nc-MoO3
Trờn hỡnh 2.8 là giản đồ nhiễu xạ tia X của màng ụxy húa nhiệt. Trong số 11 đỉnh nhiễu xạ cú đến 7 đỉnh thuộc mạng tinh thể lục giỏc MoO3, cũn lại 4 đỉnh thuộc tinh thể Mo. Cỏc đỉnh MoO3 cú bề rộng vạch tại nửa chiều cao của đỉnh (gọi tắt là bề rộng bỏn vạch - BRBV) lớn hơn so với cỏc đỉnh Mo. Như vậy, lớp ụxy húa được hỡnh thành hỗn hợp hai loại vật liệu, trong đú xen giữa cỏc tinh thể MoO3 cấu trỳc nanụ là cỏc tinh thể kim loại Mo.
Hỡnh 2.8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu màng MoO3 chế tạo theo phương phỏp ủ nhiệt tại 450o
C.
Để tớnh kớch thước hạt, d, chỳng tụi sử dụng cụng thức cụng thức Scherrer:
0.9 .cos
d
(4.1)
trong đú: là bước súng tia X phỏt ra từ cực đối Cu, cú giỏ trị bằng 0,1504 nm, là gúc nhiễu xạ và là giỏ trị BRBV tớnh theo radian.
Thay cỏc giỏ trị thực nghiệm vào cụng thức trờn, kớch thước của cỏc hạt nanụ tinh thể MoO3 định hướng (020) và (110) tớnh được, tương ứng là 17 nm và 12 nm.
Phổ Raman của vật liệu PVK+nc-MoO3 0 200 400 600 800 1000 1200 435 529 725 292 336 470 664 819 996 MoO3 PVK+MoO3 Số sóng (cm-1) C -ờn g độ (đ.v.t.y)
Hỡnh 2.9. Phổ Raman của vật liệu màng PVK+nc-MoO3
Phổ tỏn xạ Raman của màng mỏng MoO3 và vật liệu màng PVK+nc-MoO3 được nghiờn cứu để phõn tớch cấu trỳc phõn tử vật liệu chứa chuyển tiếp dị chất lớp kộp PVK+nc-MoO3 (hỡnh 2.9). Cỏc đỏm dao động đặc trưng của vật liệu vụ cơ MoO3 là (292, 336, 470, 664, 819, 996 cm-1) [92] và cỏc đỏm dao động đặc trưng của vật liệu PVK là (435, 529, 725, 1022 cm-1
) [6] đều được quan sỏt thấy trong phổ tỏn xạ Raman của vật liệu màng PVK+nc-MoO3 và khụng cú đỉnh đặc trưng nào khỏc ngoài cỏc đỉnh của PVK và MoO3. Điều đú chứng tỏ vật liệu PVK đó bao phủ một lớp rất mỏng lờn trờn vật liệu vụ cơ MoO3 tạo thành tổ hợp polymer và ụxớt vụ cơ trong đú cỏc hạt nanụ ụxớt được bao bọc bởi polymer. Cấu trỳc này tạo ra cỏc biờn tiếp xỳc vụ cơ/hữu cơ, mật độ biờn tiếp xỳc càng lớn thỡ cường độ quang huỳnh quang của tổ hợp đạt giỏ trị càng cao.