Quỏ trỡnh tạo mẫu dựa trờn phương phỏp sol-gel, là một phương phỏp hữu hiệu để tạo SnO2 . Ta lựa chọn phương phỏp này bởi đõy là phương phỏp đơn giản, rẻ tiền và dễ dàng đưa vào cỏc tạp chất. Quỏ trỡnh được thực hiện qua hai cụng đoạn chớnh: quỏ trỡnh tạo gel và quỏ trỡnh tạo sol.
II.3.2.1. Quỏ trỡnh tạo gel
- Lấy 100 g SnCl4 độ sạch 99%, pha vào 1400 ml nước để tạo dung dịch cú nồng độ 0.2M.
đồng nhất. Độ pH của dung dich là pH=0.91
- Nhỏ dần dần NH4OH (từ lọ Ammonia water cú 23% ữ25%) vào dung dich trong điều kiện đang khuấy để phản ứng tạo kết tủa wet gel.
SnCl4 + 4NH4OH → SnO2 .nH2O + 4NH4Cl + (2-n)H2O (2.1)
- Lượng NH4OH đưa vào được khống chế sao cho phản ứng xảy ra hoàn toàn (pH=7). Trong quỏ trỡnh nhỏ NH4OH vào, độ pH của dung dịch luụn được khảo sỏt. Hỡnh II.2 đưa ra sự phụ thuộc độ pH theo hàm lượng NH4OH đưa vào. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 NH4OH (ml) p H
Hỡnh II.2 Sự phụ thuộc độ pH vào hàm lượng NH4OH
Qua đồ thị ta thấy độ pH của dung dịch thay đổi rất ớt khi lượng NH4OH nhỏ và SnO2 .nH2O hoà tan ngay vào dung dịch của nú. Khi lượng NH4OH gần đến giỏ trị để trung hoà dung dịch thỡ độ pH tăng nhanh, lỳc này dung dịch bắt đầu bị gel hoỏ.
- Lọc dung dịch sau phản ứng để thu được gel ướt. - Rửa gel để loại ion Cl-.
Kết tủa sau khi lọc lần một được tỏi hoà tan vào 1400 ml nước và khuấy để đỏnh tan kết tủa. Sau đú mẫu lại được lọc lại để thu kết tủa. Quỏ trỡnh này được lặp đi lặp lại ba lần để đảm bảo loại hoàn toàn ion Cl-. Cuối cựng ta thu được gel trong suốt.
Việc tạo được hệ lọc đú rỳt ngắn rất nhiều thời gian tạo gel, đẩy nhanh tốc độ cụng việc và tạo thiết bị cho những người làm tiếp.
II.3.2.2. Quỏ trỡnh tạo sol khụng pha tạp
- Để tạo được sol cú nồng độ mong muốn thỡ ta phải xỏc định tỷ lệ % của SnO2 trong gel. Ta thực hiện như sau:
⇒ Tỷ lệ SnO2 là: 01..38624 ≈ 31%
- Khi đó biết tỷ lệ SnO2 trong gel thỡ ta xỏc định được lượng gel cần để pha thành một lượng sol cú nồng độ SnO2 xỏc định.
Vớ dụ: khi cần tạo 80 ml dung dịch 5%wt SnO2 thỡ ta cần 80x5%x31%=12,9 (g) gel. Thực tế ta lấy 12.88 (g) gel và cho thờm nước để được khoảng 80 ml dung dịch. Dung dịch được khuấy đều trong 2 giờ ở nhiệt độ phũng. Kết quả thu được cho thấy mẫu ở dạng huyền phự phõn tỏn tốt và khụng bị lắng đọng khi để qua đờm
Nhỏ dần NH4OH (6 ml) vào để khống chế pH lớn hơn 10.5, lỳc này mẫu thu được cú dạng sol trong suốt. Sol được xử lý bằng rung siờu õm trong 30 phỳt hoặc được nhiệt thuỷ phõn ở 80oC trong 1giờ để tạo sự ổn định và phõn tỏn tốt.
II.3.2.3. Chế tạo sol pha tạp
Việc pha cỏc tạp chất cú một vai trũ quan trọng trong việc thay đổi cỏc thụng số của cảm biến như độ nhạy, thời gian hồi đỏp, nhiệt độ làm việc tối ưu. Vỡ vậy ta tiến hành pha một số tạp hiện cú trong phũng thớ nghiệm như Pd, Cu, Co,…
Từ cỏc muối nitrat của cỏc kim loại ta pha thành dung dịch của cỏc muối tương ứng. Muối Độ sạch Khối lượng phõn tử Khối lượng muối Thể tớch dung dịch Nồng độ (mol/l) Cu(NO3)2.3H2O 99.5% 241.60 0.625 g 25 ml 0.1M Co(NO3)2.6H2O 99% 291.04 0.735 g 25 ml 0.1M Pd(NO3)2.2H2O 40%Pd 266.43 0.232 g 17.5 ml 0.05M Cd(NO3)2.4H2O 99% 308.47 0.782 g 25 ml 0.1M Pb(NO3)2 99.5% 331.21 0.833 g 25 ml 0.1M Cr(NO3)2.9H2O 98% 400.15 1 g 25 ml 0.1M Ni(NO3)2.6H2O 99% 290.81 0.996 g 34 ml 0.1M
Cỏc dung dịch muối được khuấy đều từ 1-2 tiếng và được cất trong lọ tối. Sau khi cỳ cỏc dung dịch muối ta tiến hành pha cỏc muối này vào sol SnO2 . Kết quả tớnh tớnh toỏn để tạo thành cỏc sol pha tạp được thực hiện như bảng sau:
Dung dịch pha tạp Dung dịch SnO2 (5%wt) Dung dịch muối tương ứng
1%wt CoO 10 ml 0.667 ml Co(NO3)2 0.1M 1%wt PdO 10 ml 0.817 ml Pd(NO3)2 0.05M 0.1%wt PdO 10 ml 0.082 ml Pd(NO3)2 0.05M 0.2%wt CuO 7 ml 0.088 ml Cu(NO3)2 0.1M 0.5%wt CuO 7 ml 0.22 ml Cu(NO3)2 0.1M 2%wt CuO 7 ml 0.88 ml Cu(NO3)2 0.1M 5%wt CuO 7 ml 2.20 ml Cu(NO3)2 0.1M
Cỏc muối pha tạp được khuấy 1giờ và được rung siờu õm 30 phỳt. Cỏc dung dịch thu được cú độ hoà tan và đồng đều cao.
II.3.2.4. Chế tạo màng nhạy khớ
- Tạo màng bằng phương phỏp quay phủ (spin-coating): dựng pipet hỳt khoảng 1 ml sol, nhỏ sol phủ lờn đế điện cực, bật mỏy quay với tốc độ và thời gian định trước. Ta đó tiến hành đặt thời gian quay là 60 giõy và thay đổi tốc độ quay từ 1000 v/phỳt đến tốc độ 7000 v/phỳt để được cỏc màng cú chiều dày khỏc nhau. Màng tạo được cú độ đồng đều cao.
- Xử lý nhiệt màng sau khi quay phủ: Màng sau khi quay phủ được để bay hơi tự nhiờn trong 1 đến 2 ngày rồi sau đú đưa đi ủ nhiệt. Ta tiến hành ủ nhiệt tại nhiệt độ 600oC trong 30 phỳt. Nhiệt độ được tăng dần dần như sau: từ nhiệt độ phũng đến 300oC tốc độ tăng nhiệt là 3oC/phỳt, từ nhiệt độ 300oC đến 600oC tốc độ tăng nhiệt là 2oC/phỳt. Sau khi giữ ở nhiệt độ 600oC trong 30 phỳt lũ được tắt để đưa nhiệt độ trở về nhiệt độ phũng. Mẫu được lấy ra và khảo sỏt.