I pr ÒNG Ư : KẾT QUẢ
B -030 Nghiên cứu phổ huỳnh quang của sợi SiC kích thước nano chế tạo bằng 310 phương pháp kh ử n h iệ t cacbon (S tu d y on photolum inesecence o f S ic
nanorods synthesized b y ca rb oth e rm al red uctio n)
Huvnh Thi Hà. Đào Trần Cao, Lê Quang Huy, Nguyễn Thẻ Quỳnh
B -032 M à n ơ m ỏ n g Z n O lo ạ i p th u nhận bằng cách đồng pha tạp A I và n anoporous 314ca rb on (p -ty p e Z n O th in film s prepared b y co -d o p in g o f a lu m in u m and ca rb on (p -ty p e Z n O th in film s prepared b y co -d o p in g o f a lu m in u m and
carbon n a n o p o ro u s )
Dươns Thanh Tùns, Phạm Vẫn Tuấn, Phạm Thành Huy, Đỗ Vãn Nam, Lê
Hội nghị Vật lý chắt rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lằn thứ 6 (SPMS-20Ũ9) - Đà Nằng 8-10/112009
ẢN H HƯỞNG CỦA CHÉ Đ ộ CÔNG NGHỆ
Đ Ế N S ự H ÌN H THÀNH CÁU TRÚC NANO CỦA VẬT LIỆU T i 0 2 Ngỏ Thu Hưững , Lê Đại Thanh và Chu Thị Thu
Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quỏc gia Hà Nội Email: huongnt lc\’l(a.vnu.edu.vn
Tóm tắt. Anh hưởng của chế độ cõng nghệ đến sự hình thành cấu trúc nano của màng TiOj đã được khào sát băng phucmg pháp bôc baỵ nhiệt, phương pháp sputtering vả phương pháp gốm. Màng được chế tạo thành công bằng phuơng pháp bốc bay nhiệt ờ nhiệt độ ] 100 °c, nhiệt độ của để Si là 650 °c. Kích thước thu đươc của các dây nano từ 10 đến 30 nano mét. Tính chất quang và tính chất tù của vặt liệu này cũng được khảo sát. Kêt quà đo đường từ hóa M(H) và đường tù nhiệt M (T) cho thấy vật liệu có tính chất thuận từ.
Từ khóa: câu trúc nanô; T i0 2; phương pháp bốc bay nhiệt; phương pháp sputtering; phương pháp gốm G IỚ I T H IỆ U
TÌƠ2 là chất quang xúc tác được sử dụng rộng rãi trong việc làm phân huỷ mạnh của các hợp chất hữu cơ trong không khí và nước dưới bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn hơn độ rộng vùng năng lượng cùa nó. N gày nay, TÌO2 được nghiên cứu một cách rộng rãi bời vì độ rộng vùng năng luợng của chúng vừa phải, sản phàm của chúng được ứng dụng m ột cách thông dụng và phổ biến. Điểm nổi trội của vật liệu này lả tính chât hoá học và tính quang hoá rât ôn định [1-3], V ậ t liệu T1O2 được chê tạo băng nhiêu phương pháp khác nhau như: phương pháp gốm, sol-gel, phương pháp thuỳ n h iệ t... đã thu được rất nhiều kết quả. Các nhà nghiên cứu đã thấy T i0 2 ở dạng cố định là phù hợp hon đói với cả hai loại làm sạch nước và không kh í cũng như khó khăn trong việc thu hoi T1O2 bột từ nước đã qua xử lý là m ột cản trờ chù yếu. Hơn nữa, tính chất quang xúc tác nhạy của T1O2 là bị hạn chế bời sự tái hợp các phần từ tải thay đổi nhanh và tốc độ truyền dẫn giữa các mặt của các hạt tải phát quang là thấp. Đe giài quyết khó khăn này, hai phương pháp được sử dụng nhằm nâng cao tính quang xúc tác của vật liệu. Thứ nhất là mờ rộng dài sóng ánh sáng hấp thụ của T1O2 trong vùng khả kiến. Cách khác là ngăn chặn sự tái hợp của các cặp điện tử lỗ trống [4-8]. Tính quang xúc tác của loại vật liệu T i0 2 thu được kh i chúng có cấu trúc hạt nano hoặc ống nano. N hiều nhóm nghiên cứu đã chi ra ràng vật liệu có cấu trúc ống nano tính quang xúc tác cùa chúng cao hơn so với mẫu có cấu trúc hạt nano [9].
Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày ảnh hường cùa chê độ công nghệ đên sự hình thành của nano T1O2 và bước đầu nghiên cứu tính chất quang, tính chất từ cùa vật liệu này..
THỰC NGHIỆM
Vật liệu T1O2 được chế tạo bàng ba phương pháp: phương pháp gốm, phương pháp bốc bay nhiệt và phương pháp sputtering. Hệ mẫu gốm được chê tạo băng phương phập gôm truyên thông từ vật liệu ban đầu la oxýt T1O2 (99%) và T iO i + 2% w t Ti. Hệ mẫu màng được chế tạọ bằng phương pháp bôc bay nhiệt trong m ôi trường khí N2 với hai họ mâu được chê tạo từ vật liệu ban đâu: ô xýt T ÌO2 và bột kim loại Ti với nhiẹt độ nguồn nung là 1000 ° c và 1100 °c. Màng được hình thảnh trên đế Si (111) được đặt trong vùng có nhiệt độ từ 600 ° c đến 700 °c. Ở phương pháp sputtering, chúng tôi chê tạo mẫu màng từ bia T io l chế tạo theo phương pháp gốm trên hai loại đế là Si và thủy tinh. Mau màng chẻ tạo băng phương pháp sputtering trong môi trường khí N j dưới áp suât p = 4 .1 0 3 T orr — 2.10 Torr.
Thành phần cua mẫu được kiểm tra qua phép đo phồ tán sắc năng lượng (EDS). Tính chất cấu trác được khảo sát bằng nhiễu xạ tia X (XRJD) nhờ thiêt bị Siemens D^005. A nh VI cau true bs mạt (SEM ) được đo trên thiết bị JEO L-JSM 5410LV. Phổ huỳnh qụang đựợc phát hiện nhờ thiết bị FL3-22 Jobin Yvon Spex U S A Từ độ cùa các mẫu được xác định nhờ bằng thiết bị PPMS (Physical Property Measuring System) của Viện Khoa học V ật liệu thuộc Viện Khoa học V iệt nam.
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Phô nhiễu xạ tia X của tất cả các mẫu TĨƠ2 gốm và màng được chế tạo bằng ba phương pháp đều được nghiên cứu. K e t quả của các loại mẫu đều có cấu trúc khá giống nhau nên ờ đây chúng to i đưa ra giản đồ nhiễụ xạ tia X của mẫu màng được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt đuợc chế tạo kh i nhiệt độ nguôn là 1000 °c, nhiệt độ đẽ là 650 °c (hình 1). Pha chính là pha anatase ngoài ra vẫn có những đinh thuộc pha rutile. Hằng số mạng của mẫu được tính qua phép phán tích Rietveld dùng hàm fit R IE T A N -2000 [10]. Giá trị của hằng số mạng tính đuợc là a = b = 4,957 Â, c = 12 944 Â.
iQ- 60 ạ ũ 20 30 40 n 50 26
Hình ] : Phô nhiêu xạ tia X cùa mâu màng T1O1 chế tạo bang phương pháp bấc hav nhiệt.
Tnguèn = 1000 °c, Tđỉ = 650 ° c
Hình 2 là ảnh SEM của mẫu khối T1O2 được nung thiêu kết ờ nhiệt độ 1000 °c từ các vật liệu ban đầu khác nhau từ bột ô x ý t T1O2 và T1O2 + 2% wt Ti. N hìn vào ảnh SEM ta thấy chúng đều có cấu trúc hạt với kích thuớc khá Ión từ vài trãm nano mét tới vài m icro mét. M ật độ hạt khá đều trẽn toàn bộ bề mặt mẫu nhưng độ xếp chặt chưa cao. Đ iều đó chứng tò nhiệt độ thiêu kết 1000 °c chưa phải là thích hợp để thu được vật liệ u có cấu trúc nano mét vì bề mặt mẫu xuất hiện nhiều hạt có cấu trúc khác nhau.
a) TiOi,; b) Ti02+ 2 % w tT i.
K h i vật liệu nguồn là kim loại T i, màng được tạo thành ờ cùng một nhiệt độ đế 700 °c khi nhiệt độ nguồn nung từ 1000 đến 1200 °c cho két quả hoàn toàn khác so với mẫu được chê tạo từ T i0 2 (hình 3). Các dạng cấu trúc hình que và tụ lại thanh từng đám với mật độ thưa. Điêu đo cho thay kha năng hình thành cấu trúc nano sẽ rất khó xảy ra trong tarờng hợp này.
a) b) c)
Hình 3 . Anh SEM cùa các mâu màng được chê tạo từ Ti kim loại bằng phương pháp bốc bay nhiệt ở nhiệt độ đế là 700 "C. nhiệt độ nguồn nung khác nhau: a) T = ì 000 °C; b) T = 1100 °C; c ) T — 1200 ° c
H ình 4 là ảnh SEM của mẫu màng được chế tạo từ vật liệu bột ban đầu T i0 2, nhiệt độ nguồn là 1Ị 00 ° c tại các nhiệt độ đê 650 và 700 °c . K h i nhiệt độ đế là 650 °c , cấu trúc dây với kích thước từ 10 đen 30 nm được tạo thanh VỚI mật độ dày và rât đông đêu (hình 4a). K h i nhiệt độ đế cao hơn các dây sẽ
có kích thước lớn hợn và chúng kêt lại có câu trúc họa (hình 4b). Điều đó chứng tỏ kh i nhiệt độ nguồn là