- Điện cực nano Ti02: Đây là điện cực bao gồm một lớp nanoTi02 xốp dày
khoảng lO^rn, được hoạt hoá để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng, phủ trên lớp TCO đóng vai trò điện cực dẫn.
- Dung dịch điện ly chứa cặp Oxyhoá- khử r/I3‘. - Điện cực thu.
- Các cực ra của pin được nối bằng keo bạc
dich điện ly. Sau khi chê tạo, điện cực thu Sn02:F/Pt, đươc gắn một khung nhò bằng
polime đê phân tach 2 điện cực của pin măt trời và tao ra khoảng không gian chứa chất điện ly. Bề đày của khung vào khoảng 20 - 25ụm và có kích thước 4x5 mm. Mô hình màng điện cực thu dùng đê khảo sát đặc tính quang điện hóa màng vật liệu nano Ti02 được chỉ ra trên hình 3.13. Tiết diện hoạt động của pin là 0,2cm2. Khi khảo sát, Không gian điện cực được lấp đầy bằng dung dịch điện ly Redox I'/I3\ Các điện cực pin được nối ra ngoài bằng cách dùng keo bạc.
Màng điện cực SnO::F/Pt phú trên đế kính
Hình 3.13: Mô hình điện cực thu dùng khảo sát điện cực nano T i0 2 theo mô hình cấu trúc pin quang điện hóa
Mô hình cấu trúc thực tế của PMT dùng để khảo sát tính chất của điện cực nano Ti02 được chỉ ra ở hình 3.14,
3.3.3 Điện cực bột TiO, hoạt hoá chất màu.
Điện cực được làm từ bột nano Ti02 tự chế tạo bằng phương pháp quét miết lên đế thuỷ tinh dày l,2mm đã phủ sẵn lớp Sn02 điện trở R=10 n/ũ như đã trình bày ở trên. Sau khi thiêu kết ở 400°c điện cực này được ngâm trong chất mầu Ruthenium để hoạt hoá trong 10 giờ. Sau đó điện cực được ghép vào cấu trúc pin mặt trời để khảo sát tính chất. Các kết quả khảo sát cho thấy điện cực này đạt được giái trị về suất điện động 0.6-0.7V tương đương với giá trị quốc tế khi chiếu xạ bãng ánh sáng mặt tròi.
3.3.4. Điện cực TiO z chế tạo bằng phương pháp phun pha tạp .
Phương pháp phun nhiệt phân có khả năng pha tạp cho nano TìOị như đã nêu
ờ trên. Điều này mở ra một khả năng thay thế chất màu bằng kỹ thuật pha tạp đê
Màng TiOi pha tạp
Màng điện cực SnOi: F Đế Thuỷ Tinh
Hình 3.14 : Mồ hình màng điện cực TiCySnO,
❖ Đ iệ n c ự c n c T i 0 2:N v à T i 0 2:Sb
Chúng tôi đã chế tạo điện cực pha tạp nitơ và antimoan bằng cách phun hỗn hợp dung dịch chứa T1CI4 với NH4N 03 hoặc SbClv Dưới nguồn sáng kích thích của đèn Halogen qua kính lọc cắt vùng tử ngoại, kết quả thu được cho thấy rằng suất điện động quang điện của các điện cực này phụ thuộc mạnh vào nồng độ lạp chất NH4NO3 hoặc SbCl4 và đạt giá trị cực đại ở khoảng 30% đến 40% (hình 3.15 và hình 3.16). Suất điện động cực đại thu được UMax * 0.478 V. Trong khi đó với cùng quy trình chế tạo và và cường độ chiếu sáng, thì đối với mẫu vật liệu TìOị không pha tạp suất điện động cực đại chỉ là ƯMax = 0.167 V.
% NH4NO,
Hình 3.15: Sự phụ thuộc suất điện động của điện cực nano Ti03vẩo nồngđộ NH4NO,
Với Ti02 tinh khiết, hiệu ứng quang điện hoá chỉ xảy ra ở bước sóng < 380 nm. Thực nghiệm ỡ đây tiến hành với bước sóng > 400 nm chúng tỏ TiO: đã được
%SbCI,
Hình 3.16: Sự phụ thuộc suất điện động của điện cực vào nồng độ SbCl,
Để khẳng định thêm khả nãng nhạy quang của vật liệu ở vùng khả kiến chứng tôi đã sử dụng ánh sáng qua kính lọc sắc có bước sóng 520 nin. Kết quả của phép khảo sát này được chúng tôi đưa ra trên hình vẽ 3.17 và hình 3.18. Đối với vật liệu T i 0 2 chưa pha tạp thì giá trị suất điện động quang điện U Max ==0.128 V. Còn với vật liệu được pha tạp thì giá trị U Max - 0.426 V .
% SbCI,
Hình 3.17: Sự phụ thuộc suất điện độngcủa điện cực TiO,vào nồng độ SbCl4 khi chiếu xạ ánh sáng có bước sóng 520nm
%n h4n o3
Hình 3.18: Sự phụ thuộc suất điện động điện cực TiOiVào nồng độ tạp chất N H 4N 0 3 khi chiếu xạ ánh sáng có bước sóng 520nm
Các kết quả thực nghiệm cho phép kết luận rằng có thể pha tạp được nìtơ và antimoan cho vật liệu n a n o T i0 2 bằng công nghệ phun phân huỷ. Các tạp chất này đã làm tãng tính chất nhạy quang của vật liệu. Chúng mở ra khả năng thay thế chất mầu đắt tiền trong công nghệ chế tạo điện cực pin mặt trời đồng thời nâng cao giá trị sử dụng của vật liệu trong vùng ánh sáng khả kiến.
Với mục tiêu chủ yếu là nghiên cứu công nghệ chế tạo và ứng dụng màng nano Ti02 xốp, đề tài đã đạt được một số kết quả khoa học sau:
Về công nghệ chế tạo vật liệu:
1. Đã nghiên cứu phát triển phương pháp sol gel truyền thống với công đoạn nung thiêu kết ở 400-450°C chuyên dùng để tạo màng từ các tiền tố alkoxide đắt tiền thành phương pháp Sol-gel không nung ( Sintering-free Sol-gel) và phương pháp chế tạo bột nano Ti02 từ vật liệu rẻ hơn 10 lần là T1CI4.
2. Phát triển phương pháp phun nhiệt phân để tạo màng Nano Ti02 xốp trực tiếp trên đế từ dung dịch T1CI4 với khả nãng điều khiển độ xốp của màng và pha tạp chất nitrogren, antimony cho màng Ti02. Hoàn thiện cỏng nghệ chế tạo màng điện cực trong suốt dẫn điện Sn02:F và In2Oj:Sn
3. Áp dụng phương pháp quét miết để chế tạo màng Ti02 xốp từ bột Ti02
với chất kết dính và chế độ thiêu kết tối ưu.
Về kết quả chê tạo vật liệu và ứng dụng:
Đã tiến hành khảo sát tính chất của vật liệu đã chế tạo được thông qua các phép đo XRD, XPS, AUGER,SEM, AFM, Phổ hấp thụ, Phố truyền qua, Chiết suất, Đặc trưng Vol-Ampe,. Ọuang dẫn và Quang điện hoá. Kết quả là: 4. Đã chế tạo thành công bột NanoTi02, màng nano TiO? chiều dày từ
300nm đến 10 |im, đơn pha anatase, kích thước hạt từ 5-20nm có độ xốp điều khiển được. Chế tạo được vật liệu nano Ti02 nhạy quang vùng khả kiến bằng cách pha tạp chất N, Sb
5. Đã chế tạo thành công màng điện cực Sn02:F có phẩm chất tương đương với của nước ngoài và phù hơp cho muc tiêu chê tạo điện cực nano T1O2
với độ truyền qua 80%, điện trở nhỏ hơn IOÍÌ/d.
6. Đã chê tạo thành công điện cực pin mặt trời từ nano Ti02 xốp theo cấu trúc Ti02/Sn02:F. Các điện cực này cho suất điện động quang điện tương đương với giá trị công bố quốc tế.
7. Đả chế tạo thành công quang trở màng nano TìOị có thể dùng đê chê tạo cảm biến và phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu cơ chê dẫn điện của vật liệu nano Ti02.
Thành quả khoa hục quan trọng nhất của đé tài là bằng thiết bị công nghệ đơn giản tự chê tạo, từ vật liệu rẻ tiền sản có đã chê tạo được vật liệu nano có phấm chất tương đưong với quốc tế, mở ra khả nâng tiếp cận với thê giới trong lĩnh vực nghiên cứu chê tạo và ứng clụng vật liệu nano T i0 2 .
Nôi dung khoa hoc của dề tài đã tlươc công bỏ tai:
1. P h a m V a n N h o , N g u y e n T h i V a n A n h , N g u y e n T h e H ie n , Tran K im C u o n g , D a o T r o n g T h u , 2 0 0 4 , P r e p a r a tio n o f Sn d o p e d 111,0 ; and s tu d y in g its in te r f a c ia l p r o p e r tie s w ith n a n o c r y s t a llin e T i 0 2, P h y s ic s and E n g in e e r in g in E v o lu t io n P r o c e e d in g s o f th e 7 th V ie ta m G erm a n W o r k s h o p , pp 2 7 0 , H a n o i. 2. P h a m V a n N h o , P h a m A n h T u a n , N g u y e n T h i V a n A n h , 2 0 0 4 , E n h a n c e d p e r fo r m a n c e o f th e T C O tra n sp a ren t c o n d u c t iv e e le c tr o d e fo r P h o to - e le c t r o n ic d e v i c e s , P r o c e e d in g s , T h e n in th C o n fe r e n c e o n R a d io and E le c t r o n ic s , pp. 2 3 9 , H a n o i. 3 . P h a m V a n N h o , N g u y e n Q u a n g T ie n , T ran K im C u o n g , N g u y e n T h u o n g H a i, P h a m Q u a n g H u n g , 2 0 0 4 , U lt r a v io le t ir r a d ia tio n s e n s o r b a s e d on n a n o T i 02 m a te r ia l, P r o c e e d in g s , T h e n in th C o n fe r e n c e on R a d io and E le c t r o n ic s , p p .2 4 3 , H a n o i 4. N g u y e n A n h T u a n . N g u y e n T h i V a n A n il. P h am V a n N h o , N ” u y e n T hi T hu H a n g , 2 0 0 4 , T h e u s e o f A r c n a n o s iz e d p a r tic le s fo r in c r e a s in g e le c tr ic a l c o n d u c t ib ilit y o f S n O : :F e le c tr o d e , P r o c e e d in g s , T h e s e c o n d In te r n a tio n a l W o r s h ip o n N a n o P h y s ic s and n a n o t e c n o lo g y ( I W O N N1 0 4 ) , p p .2 0 9 , H a n o i. 5 . N g u y e n A n h T u a n , N c u y e n T lii V a n A n h , P h am V a n N h o , N g u y e n Thi T h u H a n g , 2 0 0 4 , T h e u s e o f A r g n a n o s iz e d p a r tic le s fo r in c r e a s in g e le c tr ic a l c o n d u c t ib ilit y o f SnO -,:F e le c t r o d e , P r o c e e d in g s , T h e s e c o n d I n te r n a tio n a l W o r s h ip o n N a n o P h y s ic s a n d n a n o t e c n o lo g y ( I W O N N ’ 0 4 ) , p p .2 0 9 , H a n o i. 6. P h a m V a n N h o , H o a n g N g o c T h a n h , I. D a v o li, F. D e m a tt ie is , p. P r o p o s ito , c , P a la z z e s i, S in te r in g -fr e e s o l - g e l fo r p rep aration o f tra n sp a ren t n a n o m e tr ic T i 02 f ilm s , P r o c e e d in g s , T h e s e c o n d I n te r n a tio n a l W o r k s h o p o n N a n o P h y s ic s and n a n o t e c n o lo g y ( I W O N N ’ 0 4 ) , p p .2 0 5 , H a n o i.
7. P h a m V a n N h o , H o a n g N g o c T h a n h , I. D a v o li. 2 0 0 4 , C h a r a c te r iz a tio n o f lu m ocryslaH iiK ' TiO^ f il m s p rep a red b y m e a n s o f s o lu tio n sp tra y m e th o d , T h e n in th A s ia P a c ip ic P h y s o c s C o n fe r e n c e Í 9" A P P C ). H a n o i.
Tài liệu tham khảo
[1] Kenichi Okada*, Hiroshi Matsui, Tawashima, Tetsuya, Nobuo Tanabe, 100 mm x 100 mm large - sized dye sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology A; Chemistry (2004), 164, ppl93 — 198. [2] Thangaraju , Structural and electrical studies on highly conducting spray
deposited luorine and antimony doped SnO, thin films from SnCl2 precursor, Thin Solid Films (2002), 402, pp71 - 78.
[3] Gopal K. Mor, Karthik Shankar, Maggie Paulóse, Oomman K. Varghese, and Craig A. Grimes*, Enhanced Photocleavage of Water using Titania Nanotube Arrays, Nano Letters 2005,Vol.5, No.l,pp 191- 195.
[4] Moataz Solimán*, Mohamed M. Hussein, Samir El- Ataawy, Mohamed EI Gamal, Renewable Energy (2001), 23,pp 463 — 470.
[5] Lukas Schmidt- Mende, Jessia E. Kroeze, James R. Durrant, Md. K.
Nazeeruddin, and Michael Gratzel, Effect of Hydrocarbon Chain Length of Amphiphilic Ruthenium Dyes on Solid- State Dye- Sensitized Photovoltaics, Nano Letters 2005, Vol.5, No.7, ppl315- 1320.
[6] A. S. Barnard and L. A. Curtiss, Prediction of Ti02 Nanoparticle Phase and Shape Transition Controlled by Surface Chemistry, Nano letters 2005, Vol.5.No.7, ppl26l- 1266.
[7] Zhen Song, Jan Hrbek, and Richard Osgood, Formation of TiO, Nanoparticles by Reactive - Layer — Assisted Deposition and Characterzation by XPS and STM, Nano letters, 2005, Vol.5, No.7, ppl327-
1332.
[8], Michael Gratzel, Photoelectrochemical Cells, nature ( 2001 ),414, pp338- 344.
|9]. S. A. Chembers, A potential role in spintronics, Materialstoday, April 2002. [10]. T. Dietl, Why ferromagnetic semiconductors, Institute of physics, Academy
of Sciences.
[11], B. H. Steele, A. Heinzel, Materials for fuel-cell technologies, nature (2001), 414, pp345-352.
[12]. N.A.Bulienkov, Phan Van An, Pham Van Nho, “Crystalline Types of Approximants of 3-Dimensional Quasicrystals of Various Semmetries”, Proceedings of SAMPE (Society for The Advancement of Material and Process Engineering), California, May 2003, pp. 1191-1202,
[13]. S.Seki, Makoto Ogawa, Yutaka Sawada. Jpn.J.Appl. Phys.Vol 40(2001), pp 1244-1246.
m [ 14], M, Jarzebski, “Preparation and Physical properties of transparent conducting oxide films”, Phys. stat. sol (1982), (a) 71, 13 .
[15]. J. Ma, D. Zhang, S. Li, J. Zhao, and H. Ma, Jpn. J. Appl. Phys. Vol 37 (1998), pp 5614-5617.
[16]. K. H. Kim, K. Choi, E. S. Choi, J. H. Hwang and J. T. Hwang; Journal of Ceramic Processing Research, Vol. 4 (2003), No. 2, pp 96-100 .
[17]. Kyu-Hyun Kim, Kyoon Choi, Jin-Ha Hwang and Jeung-Tae Hwang, Indium tin oxide thin films deposited by RF - magnetron sputtering for organic eiectro-luminescence devices”, Journal of Ceramic Processing Research, Vol. 4 (2003), No. 2, pp 96 - 100 .
[18J. M. Suzuki, Y. Maeda and Y.Sawada, “Enhanced Electrical Conductivity of Indium Tin Oxide Film by Ag Addition”, Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 37 (1998) pp 34-38.
[19]. J. Ma, D. Zhang, S. Li, J. Zhao, and H. Ma, “Optical and Electrical Properties of Sn - doped Indium Oxide Films Deposited on Polyester by Reactive Evaporation”, Jpn. J. Appl. Phys, Vol 37 (1998), pp 5614-5617.
[20]. M. Soliman Selim, M. Chandra Sekhar, A.R. Raju, “Preparation and characterzation of thin films of ZnO:Al by nebulized spray pyrolysis”, Appl. Phys.A, Vol 78 (2004), pp 1215-1218. ...
[21]. Bach, D. Lupo, P. Comte, J.E. Moser, F. Weissortel, J. Salbeck, H. Spreitzer, M. Gratzel, “Solid-state dye-sensitized mesoporous Ti02 solar cells with high photon to electron conversion efficiencies”, Nature 395 (1998)
[22]. D. Gebeyehu, C. J. Brabec, “Hybrid solar cells based on dye- sensitized nanoporous Ti02 electrodes and conjugated polymers as hole transport materials”, Synthetic Metals 125 (2002).
[23]. Abdelkrim Chemseddine and Thomas Moritz, “Nanostructuring Titania: Control over Nanocrystal Structure, Size, Shape. And Organization”, Eu. J. Inorg. Chem, 1999, p.235-245.
[24]. Deidong Yang, Dongyuan Zao,David I. Margolese, Bradley F.Chmelka, Galen D. Stucky, “Generalized syntheses of large —pore mesoporous metal Oxides with semicrystalline framework”, Letter to Nature, Vol 396,12 November 1998, pp 152-156.
[25]. J.D. Budai, C.W.White, S.P.Withrow, M.F. Chisholm, J.Zhu , R.A.Zuhr, “Controlling the size, structure and orientation of semicondutor nanocystals using metastable phase recrystallization”, Letter to Nature, Vol 390, 27 November 1997, pp 384-386.
[26]. A. Hreniak, M. Nyk, D. Hreniak, W. Strek, L. Keniski, J. Misiewicz, K. Maruszewski, “Optical properties of Eu (III) doped Nanocrystalline Films of Ti02”, ww.icms.com.au/sol-gel/session/
[27]. Titanium Dioxide- Titania, www.azom.cojii
[281. Tran Trung, Chang-Sik Ha, “One-component solution to prepare nanometric anatase Ti02”, Materials Science and Engineering, C24 (2004) p. 19-22. [29]. Emmanuel Scolan and Clement Sanchez, Synthesis and Characterization of
Surface-Protected Nanocrystallme Titania Particles”, Chem. Matter. 1998, 10,
pp 3217-3223. . .
[30]. S. Schutzmann, M. Casalboni, F. De Matteis and P. Prosposito, submitted to J. Non-Cryst. Solids, (2004).
[31]. www.Solaronix.com. # [32]. www.Nanosvs.com.
PHỤ LỤC
Đặc trưng phổ của kính lọc phổ khả kiến
4/12W5 9 W»wẳerflih(nniJ y-530 D1491BOỈI2 2 o NĨI 1100 - aso r*#T* Hình 3.19: Kính lọc cắt vùng tử ngoại V/avetengơií'«11] Oats F«e rvarrte Moơei Serĩal Nử BOTđ widlh Responso Meawjnomom ranga Gota pteíi Scanrung ipooíl « 28PM Mcirtwyfl V-530 ỄM4P160512 20 nm Quiete 1100 - 350 ftfn inm ¿OOnm'mn
}Lj’ ' p * K f \ V . flA ■ - r y ) *kJí[3í Vmệ*fíj
t J K B n W v ể ^ Ề ^ ì A M m L ^
Đường dây nóng: hotnews@vasc.com.vn Tel HN: (04j) 77 ; €>ãi Vietrib',Mí- 1 ưònọ ‘r ENGUSH I Toà soạn và trị sự Tim kiêm: ~ | I
rangn h ã t Chính trị Xã hội ih-Ttịtnràhg Quốc tê Văn hoá Thế thao . Viễn thông t - Sức khoé Trong nước Quốc tế Sức khỏe Môi trưởng Xu hướng V ã n đ ẻ Giáo dục ig sự - Ký Sự !t NHẢN ĐỊNH DIỄN ĐẢN THƯ HÀ NỘI N & BAN ĐOC 4òn trực tuyến NamNet TRƯC TUYỂN ietNamNet TV Tin tức Online Thê giới Ánh ỉmnet Ratings / lục Viêt Nam :h u y ẻ n s a n Net quê Netmode Giai điệu xanh Người viễn xứ uẵt nhập khêu ỏ tô Gia đinh CÀU LẠC BỘ Ìhanh
Công nghệ nano:Triển vọng cho những nước nghèo
15:55’ 18/04/2005 (GMT+7)
C ô n g n g h ệ n a n o s ẽ ả n h h ư ờ n g n h ư th ể n à o đ ế n tư ơ n g lai c ủ a c á c n ir ậ c n g h è o ? C h ắ c c h ắ n , c ô n g n g h ệ n a n o s ẽ đ ó n g v a i tr ò q u a n trọ n g tro n g n h iề u lĩn h v ự c , t r o n g đ ó , c ó tả n g s ả n lư ợ n g n ô n g n g h iệ p c ù n g n h iề u lợ i ích k h á c ...
C á c c h u y ê n gia thu ộc T ru n g tâ m Đ ạ o đ ứ c Sinh học của C a n a d a nhận định ảnh hưởng lớn n h ấ t c ủ a công n gh ệ nano đến hàng triệu người ở những nư ớ c đang phát triển là m an g lại c á c phươ ng pháp dự trữ và sàn x u ầ t năng lượng tốt hơn. Đ ồ ng thờ i, cải thiện đán g kể năng suất ngành nông nghiệp. Ư ng dụng công nghệ nano sẽ nân g c a o m ứ c sổng của người dân c á c nư ớc nghèo.
T IN ÁNH Tru ng tâm Đ ạ o đức Sinh học thuộc trường đại học T oron to cua C a n a d a (JC B ) đã mời nhóm 63 c h u y ê n gia thế giới . ____ . . , . 1 th a m gia đánh giá Cõng nahệ nano sè có thê ■ 3 hò trợ háng triệu người đản như ng Ịưih vực những nươc nghèo nhẳt Ihê nhiêu trién vọng
giới (BBC) nhắt của công nghệ
nano.
Đ ây lá nghiên cứu đ ầu tiên đánh giá ảnh hường của triển vọng côncj n gh ệ và khọa học nan o đ ến sự p h á t trien của thế giới. N ghiên cứu cũng x ẹ m x é t ả nh hường cùa cong n gh ệ nan o đ ến tá m M u c tiêu P h át i •*_ t l : ỉ . .¡An !/>'< Ar\ 4Ẳ I ¡Ân hiên
10 ừ n g d ụ n g h à n g đ ầ u c ủ a c ô n g n g h ệ n a n o
1} Dự trữ, sản xuất và chuyển biến năng lượng
2) T ăn g sản lượng nông nghiệp
3) X ử lý nước
4 ) C hẩn đoản bệnh v à chiếu chụp
5) H ệ thống cung cấp thuốc
6) C h ế biển và dự trữ thự c phẩm
7) Kiềm soát ô nhiễm
8) X â y dựng
9) G iá m sát sứ c khoẻ
10) P h á t hiện và kiểm soát sâu