b) Kết quả vừa thay đổi khoảng cách và áp suất Bảng 4.5 Các điều kiện chế tạo màng.
4.2.1.2.THAY ĐỔI TỈ LỆ KHÍ NITROGEN.
Khi thay đối FN từ 0 đến 0.9, trong cùng một điều kiện phún xạ, kết quả so sánh tính chất, cấu trúc và tính năng quang xúc tác của màng TiO2 (FN = 0) với màng TiO2:N (FN tăng dần) trong vùng ánh sáng khả kiến được dẫn ra như sau: Bảng 4.7. Các điều kiện chế tạo màng khi thay đổi tỉ lệ khí FN. Mẫu FO FN p(mtorr) V(V) I(A) P(W) h(cm) Ts(oC) df(nm) NG36 12.5 0 1 430 0.4 172 4 140 1044 N36 12.5 0.33 1 440 0.4 176 4 140 596 N55 12.5 0.6 1 440 0.4 176 4 152 700 N63 12.5 0.85 1 460 0.4 184 4 165 681
N72 12.5 0.9 1 470 0.4 188 4 157 679
Bảng 4.8. Kết quả tính chất và tính năng quang xúc tác của màng khi thay đổi FN. Mẫu Eg (eV) σf (Gpa) %atN trong màng ∆ABS sau 5 giờ chiếu sáng khả kiến
NG36 ~ 3.4 7.68 - 0.007
N36 ~ 3.1 -7.8 0 0.025
N55 ~ 3.0 -9.05 9.41 0.033
N63 ~ 2.25 -11.88 23.66 0.037
N72 ~ 2.15 -14.82 25.10 0.068
Hình 4.22. Phổ truyền qua của màng TiO2:N trênđếthủy tinh khi thayđổi FN.
FN = 0.9 Việc tăng FN làm tăng lượng tạp N vào màng, kết quả là bờ hấp thụ của màng dịch về vùng ánh sáng khả kiến (hình 4.22) và Eg giảm (hình 4.23). Khi FN = 0, màng TiO2 được chế tạo cĩ bờ hấp thụ nằm hồn tồn trong vùng tử ngoại mặc dù độ dày của màng lớn hơn cỡ gấp đơi so với màng TiO2:N, và Eg ~ 3.4eV Các màng cĩ độ kết tinh tốt, thể hiện pha anatase và một ít pha rutile của TiO2, nhận được khi FN = 0.33. Theo [7], độ kết tinh của màng TiO2:N giảm khi FN tăng và khi FN FN = 0.85 FN= 0.6
Hình 4.24. Giản đồ XRD của màng TiO2:N khi thay đổi FN.
= 0.75, màng chuyển sang cấu trúc TiN. Mặt khác, theo [12]: độ kết tinh của màng TiO2:N cao hơn so với màng TiO2, nhưng khi tỉ lệ dịng N2 thay đổi từ 5 ml/s – 20 ml/s thì độ kết tinh của màng giảm. Trong khi đĩ, kết quả luận án cho thấy, khi FN thay đổi từ 0 đến 0.9 thì độ kết tinh của màng cĩ xu hướng tăng (hình
4.24) và chưa thấy cĩ biểu hiện giảm. Điều này đạt được là do nhiệt độ chế tạo màng luơn nhỏ hơn 170oC, màng sau khi chế tạo khơng ủ nhiệt và quá trình kết tinh của màng chủ yếu là do động năng của hạt trong hệ phún xạ. So sánh với các cơng trình của các tác giả khác đã cơng bố cho thấy màng sau khi chế tạo phải ủ nhiệt ở 250oC [7], 200oC - 300oC [12]. Ở đây, cĩ thể chính năng lượng nhiệt trong quá trình ủ nhiệt màng đã làm cấu trúc màng chuyển dần sang pha TiN mà biểu hiện ban đầu là sự giảm độ kết tinh của tinh thể anatase TiO2.
Khi tăng tỉ lệ FN thì nhận thấy lượng pha tạp N trong màng tăng (23.66%atN đối với màng N63 và 25.10%atN đối với màng N72, ứng với FN lần lượt là 0.85 và 0.9 (hình 4.26)). Với lượng pha tạp cỡ 25.10%atN, độ rộng vùng cấm quang giảm nhiều nhất (Eg ~ 2.15eV) và màng vẫn thể hiện pha anatase TiO2. Kết quả này tốt hơn so
với kết quả của cơng trình [7], ở đĩ, khi tỉ lệ khí FN = 0.75 thì lượng pha tạp đạt được 20.8%atN và màng chuyển sang cấu trúc tinh thể TiN.
Hình 4.26. Sự phân hủy MB của màng TiO2:N khi thay đổi FN.
Hình 4.25. Sự phân hủy MB của màng TiO2:N khi thay đổi FN. FN = 0.9
FN = 0.85 FN = 0.6 FN = 0.33
FN = 0
Ngồi ra, khả năng quang xúc tác trong vùng khả kiến của màng TiO2:N cao hơn màng TiO2. Lượng phân hủy MB lớn nhất khi màng được chế tạo ở điều kiện FN = 0.9, P = 188W (hình 4.25). Ở đĩ, lượng tạp N trong màng là nhiều nhất, bờ hấp thụ của màng dịch nhiều về vùng khả kiến (nghĩa là Eg giảm mạnh).
Nhận thấy rằng, ở cùng một điều kiện chế tạo, màng TiO2 luơn cĩ ΔABS luơn nhỏ hơn so với màng TiO2:N, nghĩa là khả năng quang xúc tác yếu hơn. Như vậy, sự cĩ mặt của N trong màng (FN ≠ 0) sẽ làm tăng tính năng quang xúc tác của màng trong vùng ánh sáng khả kiến.
Hình 4.26. Phổ EDS của màng TiO2:N khi thay đổi FN.