2.1.2.1.Cơ chế phản ứng
Trong thực tế cơ chế của phản ứng xảy ra rất phức tạp và được quy thành 2 quá trình chính là:
Alkoxide titan có công thức tổng quát là M(OR)n, có phản ứng mạnh với nước theo phương trình sau:
M(OR)n + nH2O → M(OH)n + nROH
Tùy theo hàm lượng của nước có mặt trong dung dịch và sự có mặt của xúc tác, phản ứng thuỷ phân có thể tiếp diễn đến khi thay thế hết tất cả cỏc nhúm OR bằng nhóm OH. Các sản phẩm của phản ứng thuỷ phân này (toàn bộ hay từng phần) lại tiếp tục được nối kết với nhau bằng phản ứng ngưng tụ. Các phản ứng này sinh ra nước và cồn.
M O H M O R H M H R-OH M O H M O H H M O M H H-OH
Các monome được hình thành bởi các phản ứng thủy phân trước và ngưng tụ sau. Các phản ứng này cứ tiếp diễn, cuối cùng sẽ dẫn đến sự hình thành polyme vô cơ. Dạng của polyme nhận được tùy thuộc vào số liên kết có thể tạo thành giữa các monome, có nghĩa là tùy thuộc vào sự hoạt động của nó. Như vậy qua các phản ứng thủy phân và ngưng tụ các monome alkoxyde, sẽ tạo ra được sol, dùng để tạo màng.
Theo như tài liệu đã được cấp bằng sáng chế phát minh của Mỹ (số US 2006/0019028 A1) thì chúng tôi được biết khi sử dụng alkoxyde titan, quá
trình thủy phân sẽ tạo ra các hydroxit trung gian dạng TiOx(OH)y, rồi qua các
công đoạn chế tạo sol và xử lý nhiệt tiếp theo sẽ cho ra dạng tinh thể TiO2
2.1.2.2.Quy trình tạo sol dùng để phủ màng sử dụng alkoxyde titan Khuấy trộn 30 phút Thêm chậm Khuấy trộn 1h ở 300C Khuấy trộn 1h ở 700C Khuấy trộn 5h ở nhiệt dộ phòng Để 20 phút, 90W trong lò vi sóng Nung ở 4500C trong 30 phút Ti(iso-C4H9O)4 1M ( tuyệt đối 98% ) Iso propanol ( tuyệt đối 99%) Nước cất Dung dịch HCl 37%
Sol A chứa TiO2 0.28M
PEG (poly etylenglycol) Sol B PEG (poly etylenglycol) Sol C Sol D Nhúng phủ và để khô tự nhiên
Hình 2.2. Quy trình tạo màng TiO2 sử dụng alkoxyde titan
Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm tạo sol chứa các hat nano TiO2
2.2.THIẾT BỊ NHÚNG PHỦ [11,12]
2.2.1.Lý thuyết kỹ thuật nhúng phủ ( Dip-coating )
Kỹ thuật nhúng phủ (Dip-coating) là một quá trình mà các bề mặt được nhúng từ từ trong một chất lỏng và sau đó kéo ra với một tốc độ xác định ở nhiệt độ và điều kiện khí quyển để thu được một lớp màng phủ thống nhất.
Độ dày lớp phủ chủ yếu được xác định bởi tốc độ bay hơi và độ nhớt của chất lỏng.
Độ dày lớp phủ có thể được tính toán bằng phương trình Landau-Levich
g : trọng lực γLV : Độ bay hơi trên bề mặt
η : mật độ v : vận tốc
Kỹ thuật nhúng phủ được chia làm 5 giai đoạn :
• Nhỳng chìm vật liệu ( sự ngâm)
• Kéo vật liệu lên
• Tạo màng phủ
• Sự bay hơi
• Thoát nước
Hình 2.4. Kỹ thuật nhúng phủ
2.2.2.Thiết bị
Để không làm tốn và hỏng dung dịch thì trước khi nhỳng trờn gốm ceramic chúng tôi sẽ nhúng thử trên lam kính để kiểm tra trước. Nếu quá trình nhúng phủ tạo màng trên lam kính là tốt thì khả năng tạo màng trên gốm ceramic là rất lớn và khả thi. Do tính chất của vật liệu gốm sứ ceramic có bề dày 5mm và một mặt bẩn, một mặt sạch nên trước khi nhúng để tránh tối đa
những ảnh hưởng xấu này chúng tôi đã lau bằng cồn C2H5OH và rửa sạch lại bằng nước cất mặt cần nhúng phủ, cũn cỏc mặt không cần thiết khác đều được dán kín bằng băng dính.
Tuy nhiên việc làm này cũng không loại bỏ được hoàn toàn các yếu tố bất lợi kể trên mà chỉ hạn chế chỳng đờn mức thấp nhất (ảnh chụp).
Ngoài ra chúng tôi cũng nhận thấy rằng khi dán băng dớnh lờn cỏc mặt như vậy thì sẽ tạo ra hiện tượng các bề mặt mấp mô không đều nhau từ đó có thể sẽ làm thay đổi chế độ thủy động và dòng chảy bao quanh gốm sứ ceramic làm quá trình tạo màng thay dổi theo.
Ở đây, chúng tôi nhúng phủ tạo màng trên gốm ceramic theo hai loại kích thước và tương ứng với nó cũng là hai loại thiết bị khác nhau
♦ Gốm sứ ceramic loại nhỏ có kích thước : 10 x 5 (mm) tương ứng là
Thiết bị loại nhỏ có vận tốc nhúng phủ là 4cm/phỳt
♦ Gốm sứ ceramic loại lớn có kích thước : 10 x 10 (mm) tương ứng là
thiết bị nhúng phủ loại lớn (ảnh chụp)
Thiết bị nhúng phủ laọi lớn có vận tốc nhúng phủ là 15cm/phỳt 2.2. THIẾT BỊ PHUN PHỦ [11,12]
2.2.1. Lý thuyết kỹ thuật phun phủ ( Spray )
Do nhược điểm lớn nhất khi nhúng phủ gốm ceramic loại có kích thước lớn là cần lượng dung dịch nhiều nên thay vì nhúng phủ ta dùng phương pháp phun phủ.
Phun phủ có ưu điểm lớn là có thể chủ động phun lên bề mặt ta cần mà không tốn quá nhiều dung dịch hoặc làm bẩn dung dịch. Ngoài ra do khi nhúng phủ thì mỗi giai đoạn khác nhau đều cần có một khoảng thời gian xác định nên khi đem vào sản xuất thì phun phủ lại có ưu điểm lớn hơn rất nhiều vỡ nú có thể làm việc một cách liên tục.
Kỹ thuật phun phủ được chia làm 3 giai đoạn :
• Phun dung dịch lên bề mặt vật liệu
• Tạo màng phủ
• Sự bay hơi và thoát nước
2.2.2.Thiết bị
Phương pháp phun lắng đọng không đòi hỏi thiết bị cầu kỳ phức tạp mà chỉ cần hai thiết bị chính là :
─ Vòi phun dung dịch ─ Thiết bị tạo áp lực
CHƯƠNG III
3.1.SEM : KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUẫT
Hình 3.1.Kính hiển vi điện tử quét SEM
Tiếng anh: SEM (scanning electron microscope) là thiết bị kính hiển vi điện tử quét, SEM có thể hiểu như là 1 chiếc kính lúp để phóng to mọi vật, tuy nhiên kính lúp là việc nhìn một ảnh ảo của thấu kính có tiêu cự ngắn bằng ánh sáng quang học để làm vật thể to hơn còn SEM thì tạo ra chùm điện tử và sử dụng nó như một công cụ nhằm phóng to mọi vật mà kính lúp hay kính hiển vi thông thường không làm được.
Một chùm điện tử được tạo ra tại tập trung (hội tụ) xuống mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử đập vào mẫu phát ra các điện tử catot. Chùm electron đi theo một đường thẳng qua trường điện từ, thấu kính, trường quét rồi phản xạ thứ
cấp. Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu sỏng, chỳng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn hình.
Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình. Độ sáng tối trên màn hình tuỳ thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời còn phụ thuộc sự khuyết tật bề mặt của mẫu nghiên cứu. Đặc biệt do sự hội tụ cỏc chựm tia nên có thể nghiên cứu cả phần bên trong của vật chất.