2.2.2 Chế tạo màng mỏng Cu2O nano bằng phương phỏp CVD
2.2.2.2 Khảo sỏt khả năng thăng hoa của phức chất Cu(acac)2
Sự thăng hoa của phức chất Cu(acac)2 được thực hiện trờn thiết bị như mụ tả trong
Hỡnh 2.1.
Quỏ trỡnh thăng hoa được thực hiện như sau: cõn chớnh xỏcm0 gam Cu(acac)2vào
thuyền sứ, đặt vào ống thạch anh và điều chỉnh sao cho thuyền sứ ở vị trớ trung tõm của lũ nung. Bật mỏy hỳt chõn khụng để tạo ỏp suất thấp. Tiến hành đốt núng khi ỏp
suất trong hệ đó ổn định (∼160 mmHg). Nhiệt độ của lũ nung được điều chỉnh bằng
cỏch thay đổi hiệu điện thế của nguồn điện cung cấp bởi một mỏy biến ỏp. Tăng dần nhiệt độ và theo dừi nhiệt độ tại trung tõm của lũ nung thụng qua nhiệt kế đặt trong
Lò nung
Nớc làm lạnh Thuyền đựng chất ống thạch anh
Bơm chân không
1 2 3 45 6 7 8 9 10 áp kế
Hỡnh 2.1: Thiết bị thăng hoa dưới ỏp suất thấp
bằng nước. Dừng đốt núng khi chất đó thăng hoa hết hoặc khụng thăng hoa nữa (quan sỏt được qua ống thạch anh), để nguội về nhiệt độ phũng, tắt bơm chõn khụng và lấy thuyền sứ ra để xỏc định khối lượng chất cũn lại chưa thăng hoa. Khả năng thăng hoa của phức chất được đỏnh giỏ thụng qua hai đại lượng: phần trăm khối lượng chất đó thăng hoa và phần trăm kim loại đó thăng hoa.
• Tỉ lệ khối lượng phần thăng hoa hoặc phần cặn so với khối lượng phức chất ban
đầu (%m) được tớnh theo cụng thức:
%m= m
m0 ì100 (%)
• Hàm lượng kim loại cú trong phần thăng hoa hoặc phần cặn (%KL):
%KL= mM
m ì100 (%)
• Phần trăm kim loại đó thăng hoa (%M):
%M = mM
Trong đú:
m0 khối lượng ban đầu của phức chất đem thăng hoa (g)
m khối lượng của phần thăng hoa hoặc phần cặn (g)
m0M khối lượng kim loại trong phức đem thăng hoa (g)
mM khối lượng kim loại trong phần thăng hoa hoặc phần cặn (g)
2.2.2.3 Chế tạo màng mỏng Cu2O nano
Đế thủy tinh (Microscope Slides - 7102, kớch thước 2 cmì1 cm) được xử lý bằng
cỏch đun trong dung dịch HNO3 đặc (63%) và H2O2đặc (30%) khoảng 1 giờ. Sau đú
nhỳng đế thủy tinh vào dung dịch NaOH 5% và rửa bằng nước cất rồi đun sụi trong nước cất khoảng 30 phỳt. Tiếp tục đun trong ancol isopropanol khoảng 1 giờ. Đế thủy tinh sau khi đó xử lý được bảo quản bằng cỏch ngõm trong axeton.
Khí mang N2 Thuyền đựng tiền chất Đế Bơm chân khơng Bình chứa tác nhân phản ứng
ống thạch anh Lò nung 1 Lò nung 2
Hỡnh 2.2: Sơ đồ thiết bị chế tạo màng mỏng Cu2O nano trờn đế thuỷ tinh
Cỏc tỏc giả [64–67] đó chế tạo thành cụng màng mỏng bằng phương phỏp CVD
từ Cu(acac)2. Tuy nhiờn, thiết bị chế tạo màng mỏng Cu2O nano trờn đế thuỷ tinh
bằng phương phỏp CVD của chỳng tụi tự thiết kế (theo sơ đồ như trờn Hỡnh 2.2) nờn qui trỡnh chế tạo màng mỏng cũng cú một số thay đổi cho phự hợp với điều kiện của phũng thớ nghiệm, cụ thể như sau:
Cho một lượng phức chất (80 mg) vào thuyền sứ rồi đưa thuyền vào ống thạch anh (đường kớnh 3 cm); đế thủy tinh sau khi đó xử lý sạch được đặt ở tõm vựng lắng
khụng để tạo ỏp suất thấp (ỏp suất được giữ ổn định ở 160 mmHg). Bật lũ nung 2 (chứa đế) đến giỏ trị nhiệt độ cần khảo sỏt (nhằm mục đớch phõn hủy phức chất tạo ra
sản phẩm mong muốn). Sau đú, nõng nhiệt độ của lũ 1 (chứa Cu(acac)2) đến nhiệt độ
thăng hoa của phức chất (165-170°C) với tốc độ gia nhiệt 5°C/phỳt. Khi nhiệt độ của lũ nung 1 gần tới giỏ trị nhiệt độ thăng hoa của phức chất (160°C) thỡ mở dũng khớ
mang N2, phức chất thăng hoa sẽ được dũng khớ mang N2 cuốn vào vựng trung tõm
của lũ; đồng thời mở dũng khớ mang N2 khỏc để sục vào bỡnh chứa tỏc nhõn phản ứng
nhằm mục đớch lụi cuốn tỏc nhõn phản ứng vào gần trung tõm của ống thạch anh qua một ống dẫn khỏc để trỏnh cỏc tỏc nhõn phản ứng tỏc dụng với phức chất chưa kịp thăng hoa trong thuyền đựng chất. Cỏc dũng khớ mang được duy trỡ với tốc độ dũng khụng đổi (dũng khớ mang tiền chất là 3.9 l/h, dũng khớ mang tỏc nhõn phản ứng là 1.3 l/h). Sơ đồ cấu tạo và nguyờn tắc hoạt động của bộ đo lưu lượng dũng khớ được trỡnh bày trong Phụ lục E. Sau 1 giờ tớnh từ khi bắt đầu mở dũng khớ mang và tỏc nhõn phản ứng thỡ ngắt dũng khớ mang, để nguội về nhiệt độ phũng để kết thỳc quỏ trỡnh tạo màng.
Chỳng tụi sử dụng ba tỏc nhõn phản ứng khỏc nhau là: nước, dung dịch H2O230%
và rượu etylic.
Cỏc phương phỏp vật lớ và húa lớ dựng để đỏnh giỏ chất lượng và nghiờn cứu tớnh
chất của màng mỏng Cu2O nano trờn đế thủy tinh gồm: XRD, SEM hoặc AFM, phổ
truyền qua UV-Vis, phổ PL, phổ XPS, đo độ dày và hỡnh thỏi bề mặt trờn hệ thống Alpha-Step.
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
Cỏc chế độ đo của cỏc mẫu để so sỏnh chỳng tụi cố gắng thực hiện trong cựng một điều kiện, nhưng do điều kiện thực tế nờn trong một số trường hợp khụng thực hiện
được. Tuy nhiờn, sự khỏc nhau này khụng ảnh hưởng đến kết quả.