Dây Nano TiO2 không pha tạp Khả năng hình thành tính chất sắt từ ở nhiệt độ phòng.PDF

Nội dung chính cùa đề tài là nghiên cứu về hệ vật liệu T i02 có cấu trúc nano được chế tạo bàng các phương phác khác nhau như: phương pháp gốm truyền thống, phương pháp sputtering và phư

Đại học Quốc gia Hà nội Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Đại học Quốc gia Hà nội Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

TS Nguyễn Duy Phương

TS Đo Thị Kim Anh

Hà n ộ i-2011

- O A I H Ọ C QUỐC G!A HA NÓI

1 Báo cáo tóm tắt:

a Tên đề t à i : D â y nano TỈ02 không pha tạp: khả năng hình thành tính chất sắt từ ở nhiệt độ phòng”

Mã số: QG-09-03

b Chủ trì đề tài: PGS.TS Ngô Thu Hương

c Các cán bộ tham gia: TSKH Nguyễn Hoa Hồng

TS Nguyễn Duy Phương

TS Đỗ Thị Kim Anh

d Thòi gian thực hiện: 2 năm từ tháng 3 năm 2009 đến tháng 3 năm 2011.

e Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:

- Mục tiêu: Chế tạo vật liệu T i02 có cấu trúc dây nano bằng phương pháp bốc bay

nhiệt Nghiên cứu sự hình thành tính sắt từ ở nhiệt độ phòng và dựa trên một số mô hình

lý thuyết để giải thích sự hình thành đó

- Nội dung: Vật liệu bán dẫn có cấu trúc nano là những vật liệu thuộc lĩnh vực

nghiên cứu của cả hai ngành khoa học lớn đó là vật lý và hoá học Loại vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong phát quang sinh học đánh dấu và được dùng một phần ữong công nghệ pin mặt trời, dụng cụ phát quang điện Khả năng ứng dụng loại vật liệu này trong công nghệ truyền tin cũng được quan tâm Gần đây, một loại vật liệu có cấu trúc quantum dây, quantum ống và quantum dot T i0 2 đã được nghiên cứu khá nhiều

Chúng tôi quan tâm đến vật liệu T i0 2 vì vật liệu này có khả năng mang tính sắt từ

ở nhiệt độ phòng Một số nhóm nghiên cứu đã tập trung vào nghiên cứu các vật liệu màng

có tính sắt từ như T i0 2, H f0 2, ln20 3, ZnO và Sn02 Một số nhà lý thuyết cũng cố gắng tìm mồ hình để giải thích các tính toán các cấu trúc điện của loại vật liệu này Vì thế, để thành công trong nghiên cứu sự tạo thành quantum ống, quantum dây và quantum dot là một lĩnh vực nghiên cứu rất lý thú cả về thực nghiệm cũng như lý thuyết

Với những điều kiện thiết bị mà chúng tôi có, việc tạo các màng T i0 2 có cấu trúc nano bằng phương pháp bốc bay nhiệt là hoàn toàn có khả năng Nếu dây nano T i0 2 được

tạo ra, việc nghiên cứu hệ vật liệu này sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới và có nhiều kết quả lý thú.

f Các kết quả đạt được:

- Kết quả khoa học:

- Chúng tôi đã thành công ữong việc chế tạo màng mỏng T1O2 có ‘cấu trúc nano bàng phương pháp bốc bay nhiệt trong khí N2 Ở điều kiện tối ưu (nhiệt độ thiêu kết là

1100 °c và nhiệt độ đế Si là 650 °C) kích thước của các dây nano đạt từ 10 đến 30 nm

Các mẫu có tính sắt từ yểu với nhiệt độ Curie trên 400 K

- Kết quả đào tạo: đã đào tạo 03 cử nhân tốt nghiệp đại học, 01 thạc sĩ

+ Đào thạo thạc sĩ:

1 Học viên: Bùi Thị Bích, năm tốt nghiệp 12/2010 Tên đề tài luận vãn: “Chế tạo, nghiên

cứu cấu trúc và tính chất từ cùa vật liệu T i0 2”

+ Đào tao đai hoc:• * •

1 Sinh viên Phạm Thành Đại, năm bảo vệ 6/2010 Tên đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu sự

hình thành cẩu trúc nano có từ tính của vật liệu TÌO 2 ”.

2 Sinh viên Chu Thị Thu, năm bảo vệ 6/2009 Tên đề tài tốt nghiệp: “ Ả nh hưởng của

chế độ công nghệ tới tỉnh chất cẩu trúc của vật liệu oxit ZnO, Ti02”.

3 Sinh viên Nguyễn Quang Trưởng, năm bào vệ 6/2009 Tên đề tài: “Chế tạo và nghiên

cứu tỉnh chất của màng oxỉt Titan ”

- Kết quả công bố: có 02 bài báo được báo cáo tại Hội nghị khoa học ừong nước (Hội

nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc năm 8/2009, Hội nghị Vật lý toàn quốc năm 10/2010), 01

bài báo gửi đăng tạp chí quốc tế Materials Sciences and Aplications (MSA), 01 báo cáo

tại Hội nghị Quốc tế về khoa học Vật liệu (Hội nghị tại Hàn quốc năm 2010)

1 Ngô Thu Hương, Lê Đại Thanh, Chu Thị Thu Ảnh hưởng của chế độ công nghệ đểtt

sự hình thành cẩu trúc nano của vật liệu TiOy Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý

chất rắn toàn quốc lần thứ 6 - Đà nẵng 8/2009, ưang 289-292

2 Ngô Thu Hương, Đỗ Kim Anh, Hoàng Nam Nhật Nghiên cứu sự hình thành cẩu

trúc nano của Ti02 Sẽ in trong tuyển tập báo cáo hội nghị vật lý toàn quốc năm 2010.

3 Ngô Thu Hương, Bùi Thị Bích, Nguyễn Duy Phương, Hoàng Thu Hà, Nguyễn Hoa

Hồng Tính chất quang và từ của nano TỈ02 Đã được nhận đăng ở tạp chí Materials

Sciences and Aplications (MSA)

4 Ngô Thu Hương, Bùi Thị Bích, Nguyễn Hoa Hồng Ảnh hưởng của điểu kiện chế tạo

mẫu đến sự hình thành cẩu ừúc nano Ti02 Bảo cáo tại hội nghị Quốc tể:

“International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (ICAUMS 2010)” tại Hàn quốc năm 2010

g Tình hình kinh phí của đề tài:

Tổng kinh phí được cấp là 100 ữiệu đồng, đã chi theo đúng dự toán được phêduyệt

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

»KÓ HIỆU TRƯỎHO

2 Brief project report

a Project title: “Nano wires of undoped T i02: Potential room temperature ferromagnets”

b Project co-ordinator: Assoc Prof Dr Ngo Thu Huong

c Co-operator: Dr.Sc Nguyễn Hoa Hồng

Dr Nguyễn Duy Phương

Dr Đỗ Thị Kim Anh

d Duration: from 2009, March to 2011, March

e Objectives and scientific contents:

Objectives: Preparation nanowires-structured T i02 by evaporation method and studying potential room temperature ferromagnetic Try to explane experimental data by some models

Scientific contents: Semiconductor nanocrystals are the subject of a thriving area

of physical and synthetic inorganic chemistry These materials are already commercially marketed for application as luminescent biolabels and have been demonstrated as components in regenerative solar cells, optical gain devices, and elecfroluminescent devices A potentially far greater market awaits these materials in the area of information processing technologies So far, no one has succeeded so far with quantum wires, tubes

or dots of Ti02

Our interest on TĨƠ2 comes from a big reason concerning the recent discovery about magnetic properties of undoped T i02 thin films: it is found that T1O2 is a very conventional semiconducting oxide that hides a big potential of being room temperature ferromagnets if one can achieve to form oxygen vacancies/defects by creating confinement effects in low dimension structures Many groups declared for the room temperature ferromagnetism in T1O2, HÍD2, ln20 3, ZnO, and Sn02 films, and the reason was supposed to be oxygen vacancies/defects All come to an excellent agreement with a theoretical works So, the model suggests strongly that any structure of those

2 Brief project report

a Project title: “Nano wires of undoped T1O2: Potential room temperature ferromagnets”

b Project co-ordinator: Assoc Prof Dr Ngo Thu Huong

c Co-operator: Dr.Sc Nguyễn Hoa Hồng

Dr Nguyễn Duy Phương

Dr Đỗ Thị Kim Anh

d Duration: from 2009, March to 2011, March

e Objectives and scientific contents:

Objectives: Preparation nanovvừes-structured T1O2 by evaporation method and studying potential room temperature ferromagnetic Try to explane experimental data by some models

Scientific contents: Semiconductor nanocrystals are the subject o f a thriving area

of physical and synthetic inorganic chemistry These materials are already commercially marketed for application as luminescent biolabels and have been demonstrated as components in regenerative solar cells, optical gain devices, and electroluminescent devices A potentially far greater market awaits these materials in the area of information processing technologies So far, no one has succeeded so far with quantum wires, tubes

or dots of Ti02

Our interest on T1O2 comes from a big reason concerning the recent discovery about magnetic properties of undoped Ti02 thin films: it is found that T1O2 is a very conventional semiconducting oxide that hides a big potential of being room temperature ferromagnets if one can achieve to form oxygen vacancies/defects by creating confinement effects in low dimension structures Many groups declared for the room temperature ferromagnetism in Ti02, Hf02, ln20 3, ZnO, and Sn02 films, and the reason was supposed to be oxygen vacancies/defects All come to an excellent agreement with a theoretical works So, the model suggests strongly that any structure of those

semiconducting/insulating oxides with low dimension designs such as quantum tu ,

wừes, and dots that support confinements would certainly result in ferromagnets

With the facilities that we have, it is possible to make nano-wưes of T1O2 by a thermal evaporation, sputtering methods If we can achieve to obtain nano-wires of T1O2

that are ferromagnetic at room temperature, it can be really a break through in new materials

f Results: The main result of this project is:

* Science results:

We have succeeded in preparing of nano-structured T1O2 thin films by thermal evaporation method in N2 gas In optimal conditions (anneal temperature 1000 c and Si substract temperature 650 °C) the size of nanowires held within 10-30 nm The samples showed weak ferromagnetic behavior with Curie temperature larger than 400 K

* Training results: 03 Bc.s and 01 Master students

M aster student:

1 Bui Thi Bich (12/2010) Title of thesis: “Preparation, studying the crystal structure and magnetic properties of T1O2 materials”.

Bc.s students:

1 Pham Thanh Dai (6/2010) Title of thesis: ’’Study the formation nano-structured of

T1O2 materials with magnetic property”.

2 Chu Thi Thu (6/2009) Title of thesis: ’The influence of the technology on the crystal structure for oxides ZnO, TÌO2”.

3 Nguyen Quang Truong (6/2009) Title of thesis: “Preparing and studying T1O2

thin films”.

* Publication results: 02 papers submited at Vietnam National Conference on Solid State Physics 2009 and Vietnam National Conference on Physics 2010 01 paper accepted at International journal (Materials Sciences and Aplications (MSA)) 3/2011, 01 presentation at “International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (ICAUMS 2010)” in Korea 12/2010

1 Ngo Thu Huong, Le Dai Thanh, Chu Thi Thu “The influence of the technology on the formation of nano-structure for T1O2 material” Proceedings of Vietnam National

Conference on Solid State Physics, Danang 8/2009, pages 289-292

2 Ngo Thu Huong, Do Thi Kim Anh, Hoang Nam Nhat “Study on the formation of

nano-structure for T1O2 material” Proceedings of Vietnam National Conference on Physics, 2010 to be published

3 Ngo Thu Huong, Bui Thi Bich, Nguyen Duy Phuong, Hoang Thu Ha, Nguyen Hoa

Hong “Optical and magnetic properties of nano-structured TiOi” Accepted the

International journal: Materials Sciences and Aplications (MSA)

4 Ngo Thu Huong, Bui Thi Bich, Nguyen Hoa Hong “The influence of preparation conditions on nanostructure of T i02” Presentation at International Conference of

Asian Union of Magnetics Societies (ICAUMS 2010)

g Budget: 100.000.000 VND

2.2 Các phương pháp nghiên cứu tính chất của T i0 2 16

Khoa học công nghệ ngày càng có những phát triển không ngừng và đạt được nhiều thành tựu vĩ đại Ngành khoa học vật liệu cũng là một trong những ngành có rất nhiều những tiến bộ vượt bậc Việc nghiên cứu chế tạo những vật liệu có nhiêu ứng dụng ữong khoa học cũng như đời sống là mục tiêu hàng đâu của nhiêu quôc gia trên thê giới Titan đioxit (T1O2) là một trong những vật liệu cũng đã được sử dụng khá thông dụng trong cuộc sổng hàng ngày như trong công nghệ sơn, mĩ phâm, công nghệ giây, gôm va công nghệ điện tử hiện đại

Từ những năm 1960, những nghiên cứu về T1O2 mới ở giai đoạn khởi đâu, vậy

mà ừong những năm gần đây, việc nghiên cứu tính chất của T1O2 cũng như khả năng ứng dụng của T1O2 đã phát triển rất manh mẽ Có nhiều sản phẩm sử dụng các tinh chât mới của Ti02 được đưa vào thương mại hóa, và ứng dụng lên các vật phẩm sinh hoạt như vải, rèm, kính sứ, diệt trùng, khẩu ừang nano T1O2

Ti02 là chất quang xúc tác được nghiên cứu một cách rộng rãi do chúng có độ rộng vùng năng lượng vừa phải Các sản phẩm của chúng được ứng dụng một cách thông dụng và phổ biến trong đời sống cũng như ừong sản xuất Điểm nổi trội của vật liệu này

là tính chất hoá học và tính quang hoá khá ổn định Vật liệu Ti02 được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp gốm, sol-gel, phương pháp thuỷ nhiệt đã thu được rất nhiều kết quả lý thú Khi T1O2 ở dạng cổ định, chúng phù họp đổi với cả hai loại ứng dụng làm sạch nước và không khí Việc thu hồi TÌO2 bột từ nước đã qua xử lý là một cản trở chủ yếu trong việc ứng dụng chúng Do còn một vài hạn chế, nên

có rất nhiều phương pháp nghiên cứu được đề xuất nhằm giảm bớt những hạn chể trong việc ứng dụng của vật liệu TÌO2 như: mở rộng dải sóng ánh sáng hấp thụ của T i02 trong vùng khả kiến hoặc ngăn chặn sự tái hợp của các cặp điện tử lỗ ừống Nhiều nhóm nghiên cứu đã chỉ ra răng vật liệu có cấu trúc nano, tính quang xúc tác của chúng cao hơn

so với mẫu có cấu trúc hạt

Nội dung chính cùa đề tài là nghiên cứu về hệ vật liệu T i02 có cấu trúc nano được chế tạo bàng các phương phác khác nhau như: phương pháp gốm truyền thống, phương pháp sputtering và phương pháp bốc bay nhiệt Các phép đo cấu trúc, tính chất từ và tính chất quang của các mẫu T1O2 được khảo sát một cách chi tiết.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÈ VẬT LIỆU T i0 2

1.1 Các dạng cấu trúc của T1O2

Titan đioxit là vật liệu tinh thể với bẩy dạng cẩu trúc đã được công bố có bốn dạng có sẵn trong tự nhiên còn ba dạng còn lại là tổng hợp Ba dạng thù hình chính là anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) và brookite (orthorhombic) (Hình 1.1)

Dạng câu trúc anatase và brookite là dạng giả bền chuyển pha sang dạng rutile tại khoảng nhiệt độ 915 °c Nói chung dạng anatase rất hiếm gặp trong tự nhiên Anatase

T1O2 không tôn tại riêng biệt, nó thường được tìm thấy ừong các khoáng cùng với rutile, brookite, quarzt, feldspars, apatite, hematite, chlorite, micas, và calcite

Tất cả các dạng tinh thể đó của T1O2 tồn tại trong tự nhiên như là các khoáng bao gồm các dang cấu trúc như anatase, rutile, brookite, quarzt ứng dụng chủ yếu của Rutile là trong các dụng cụ quang học, còn anatase thường được khai thác trong các quá trình đòi hỏi đặc tính quang học đặc thù như ừong các quá trình quang xúc tác Ngoài ra

các pha khác như brookite cũng rất quan trọng về mặt ứng dụng nhưng bị hạn chế bởi gặp nhiều khó khăn trong việc điều chế vật liệu đom pha brookite.

Cấu trúc của rutile và anatase đều được xây dựng từ các bát diện phối trí T i0 6 (Hình 1.2, 1.3)

Cấu trúc bát diện trong rutile là không đồng đều, do sự biến dạng orthorhombic (trực thoi) yểu Còn các bát diện của anatase bị biến dạng mạnh vì mức đối xứng của hệ

là thấp hơn so với rutile Khoảng cách giữa ion Ti - Ti trong anatase là lớn hơn nhưng khoảng cách Ti-0 trong anatase lại ngắn hơn trong rutile cấu trúc của rutile trong mỗi bát diện tiếp giáp với mười bát diện lân cận (hai bát diện chung với một cặp oxi ở cạnh

và tám bát diện khác nối với nhau qua nguyên tử oxi ở góc), Trong khi đỏ ở cấu trúc anatase mỗi bát diện khác nối với nhau qua tám bát diện lân cận khác (bổn bát diện chung ở cạnh và bốn bát diện chung oxi ở góc) Những khác biệt này trong cấu trúc tinh thể dẫn đến sự khác nhau về mật độ và cẩu trúc điện tử của hai dạng T1O2 và đây là nguyên nhân của một số khác biệt về tính chất Cụ thể trong cả hai dạng thù hình trên của

T i02 thì chỉ có dạng anatase thể hiện tính hoạt động quang học dưới sự có mặt của ánh sáng, Sự khác biệt về cấu trúc năng lượng của anatase so với rutile, dẫn đến một số tính chất đặc biệt của anatase [1-2],

* Oxy

Hình 1.2 Cẩu trúc anatase và rutile Hình 1.3 Bát diện phổi trí TiOỷ

Tính chất và ứng dụng của T i02 phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc tinh thể các dạng thù hình và kích thước hạt của các dạng thù hình này Vì vậy khi điều chế T i02 cho mục đích ứng dụng thực tế cụ thể người ta thường quan tâm đến kích thước, diện tích bề mặt

và cấu trúc tinh thể của sản phẩm [3-5]

định hình hay anatase sang rutile thường xảy ra ờ nhiệt độ trên 450 °c Theo tác giả của

công trình [6] thì năng lượng hoạt hoá của quá trình chuyển anatase thành rutile phụ thuộc vào kích thước hạt anatase, nếu kích thước hạt càng bé thì năng lượng hoạt hoá cần thiết để chuyển anatase thành rutile càng nhỏ

Ngoài ra một số nghiên cứu còn cho thấy sự có mặt của pha brookite có ảnh hường đến sự chuyển pha anatase thành rutile: khi tăng nhiệt độ nung thì tốc độ chuyển pha từ brookite thành rutile xảy ra nhanh hơn tốc độ chuyển pha từ anatase sang rutile nên sẽ tạo ra nhiều mầm tinh thể rutile hơn Các mẫu càng chứa nhiều pha brookite thi sự chuyển pha anatase sang rutile xảy ra càng nhanh Quá trình này xảy ra hoàn toàn ờ nhiệt

độ 900 °c

1.3 Một số tính chất của T1O2

- T i0 2 bền về mặt hoá học (nhất là dạng đã nung), không phản ứng với: nước, dung dịch axít vô cơ loãng, kiềm, amoniắc, các axit hữu cơ T i02 tan không đáng kề trong các dung dịch kiềm tạo ra các muối titanat

- Titan đioxit là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, đôi khi hơi xanh, khi làm lạnh thì trở lại màu trắng Tinh thể T1O2 có độ cứng cao, khó nóng chảy ( nhiệt

độ nóng chảy khoảng 1870°C)

- T1O2 là một vật liệu có hằng số điện môi cao, trong suốt, chiết suất rất cao nên có nhiều ứng dụng độc đáo trong các lĩnh vực điện tử, quang tử, điện học spin

Những sự Hw nhau trong cấu trúc mạng lưới dẫn đến sự khác nhau về mật độ điện tử giữa hai Hạng thù hình anatase và rutile của T i02 Đây cũng là nguyên nhân của một số sự khác biệt về tính chất giữa chúng [7-11].

- Màng mỏng T1O2 pha tạp Co đã thu hút rất nhiều nhóm nghiên cứu bởi tính sắt

từ của nó ờ nhiệt độ phòng Gần đây bán dẫn pha loãng (DMS) với tính sắt từ ở nhiệt độ phòng được nghiên cứu rộng rãi để ứng dụng trong công nghệ spintronic Các kim loại chuyển tiếp và đất hiếm: Mn, Cr, Fe, N, V thường được dùng để pha tạp vào T i0 2 Tính sắt từ của mẫu bột TÌO2 pha tạp đã xuất hiện ở nhiệt độ phòng, một số nghiên cứu chỉ ra

sự có mặt của những pha thứ 2 và sự lắng đọng của những đám sắt tò cũng như gốc sắt

- Khi khảo sát tính chất từ của các mẫu T1O2 được pha Mn, V, Co, La bằng phương pháp thuỷ nhiệt, với nhiệt độ ủ và nồng độ tăng dần cho thấy tính sắt từ của mẫu giảm Các mẫu ủ ở nhiệt độ 650°c thì tính sắt từ thể hiện rất rồ Nguyên nhân của tính sắt từ ở nhiệt độ phòng là đo sự thay thế của v 5+, Mn2+, Co2+, La3+ cho Ti4+ trong tinh thể và sự tụ lại của các đám tạp chất

CHƯƠNG II: THựC NGHIỆM

2.1 Chế tạo mẫu:

Vật liệu Ti02 có thể được chế tạo bằng rất nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp phản ứng pha rắn, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp sol-gel, phương pháp thuỷ nhiệt Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vì vậy tuỳ theo mục đích sử dụng mà người ta chọn phương pháp này hay phương pháp khác

Ờ đây, chúng tôi sử dụng các phương pháp chế tạo mẫu từ các thiết bị sẵn có tại phòng thỉ nghiệm như: phương pháp phản ứng pha rắn và phương pháp bốc bay nhiệt

2.1.1 Chế tạo mẫu gốm bằng phương pháp phản ứng pha rắn:

Các mẫu gốm T i0 2 được chế tạo theo hai hệ mẫu dùng bột TĨƠ2 (99%) và hệ mẫu dùng bột T i02 + 2 % khối lượng Ti kim loại

Để tạo được sự đồng nhất của vật liệu, quá trình nghiền trộn là rất quan trọng

Hệ mẫu T i0 2 được nghiền trong các thời gian 4h, 7h, lOh để so sánh và từ đó tìm ra qui trình công nghệ tối ưu Hệ mẫu T1O2 + Ti được nghiền trộn trong thời gian lOh Ban đầu, vật liệu được nghiền khô sau đó nghiền ướt trong môi trường cồn để tăng sự đồng nhất của các hạt

Sau khi nghiền, vật liệu được trộn chất kết dính để việc định dạng mẫu dễ dàng hơn Các mẫu được ép có dạng hình hộp chữ nhật dưới áp suất 5 tẩn/ cm2 và được sấy

ở nhiệt độ 80 °c ừong vòng lOh trước khi nung thiêu kết

Các mẫu được nung trong dải nhiệt độ tà 900 -1100 °c Các mẫu sau khi nung xong được khảo sát cấu trúc, tính chất quang và tính chất từ Các mẫu đo tính chất từ được ủ trong không khí ở nhiệt độ 650 °c

2.1.2 Quá trình tạo mảng

* Tạo màng bằng phương pháp bốc bay nhiệt:

- Vật liệu ban đầu của hệ mẫu màng chế tạo bằng phương pháp bốc bay là hỗn hợp bột TÌO2 + 2% wt.c có độ sạch 99%.

- Quy trình bốc bay: Nhiệt độ nguồn nung là 1000° c , thời gian giữ nhiệt trong khoảng từ 30 đến 60 phút, khí mang được sử dụng ữong quá trình bốc bay là khí Ar hoặc N2 Đế Si được đật trong vùng có nhiệt độ từ 600°c đến 700°c

Lò LX-1600 XCHIDA thuộc Trung tâm khoa học vật liệu - Đại học Khoa học

Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã được sử dụng trong quá trình tạo bốc bay nhiệt

*Tạo màng bằng phương pháp sputtering:

Ở phương pháp này, chứng tôi chi áp dụng để chế tạo mẫu từ vật liệu ban đầu là oxit

T1O2 Bia được dùng từ các mẫu chế tạo theo phương pháp gốm ở trên Hai loại đế được dùng là

đế Si và đế thủy tinh Mầu màng chế tạo bằng phương pháp sputtering được thực hiện với qui

trình sau: sử dụng dòng 1=60 mmA, và áp suất p = 4.10'3 Torr -H- 2.1 o4 Torr, khoảng cách bia

- để là 25 cm, thời gian bốc bay là 15 phút, tốc độ bốc bay là 0,1 nm/s, nhiệt độ để là 300 °c Trong thí nghiệm này, chúng tôi sử dụng khí N2 thổi hơi đến đế tạo thành màng Màng chế tạo bàng phương pháp sputtering được thực hiện trên hệ máy thuộc học viện Kỹ thuật Quân sự

2.2 Các phương pháp nghiên cứu tính chất của T i0 2:

Các mẫu sau khi chế tạo xong được nghiên cứu tính chất cấu trúc bằng phép đo phổ nhiễu xạ tia X, chụp ảnh SEM Các phép đo nghiên cứu tính chất quang, từ của các mẫu cũng được thực hiện Các phép đo đường từ nhiệt M(T) và đường cong tà hóa M(H) của các mẫu nghiên cửu được thực hiện trên máy đo từ PPMS 6000 tại phòng vật liệu từ học và siêu dẫn - Viện khoa học vật liệu - Viện khoa học và công nghệ Việt Nam Đường M(H) được đo ở nhiệt độ phòng ưong từ trường từ - 1 Tesla đến 1 Tesla Đường M(T) được đo từ 5K đến 350 K trong từ trường lkOe

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của chế độ công nghệ tới sự hình thành cấu trúc nano của vật liệu gốm T1O2 (được chế tạo tò các nguyên liệu ban đầu là ôxít T1O2, T i02 + 2% khối lượng Ti) và của màng T i0 2 chể tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt Ở điều kiện tối ưu, vật liệu là đơn pha và có cấu trúc Rutile, kích thước của các hạt đạt từ 50 nm đến 70 nm Các kết quả về tính chất quang và tính chất từ của các hệ vật liệu cũng được chúng tôi khảo sát một cách chi tiết

3.1 Kết quả phân tích cấu trúc:

Chất lượng mẫu phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu nguồn và chế độ công nghệ chế tạo vật liệu Dựa vào các kết quả phân tích cấu trúc của các mẫu nghiên cứu, tò đó chúng

ta có thể tìm được qui trình công nghệ chế tạo tối un nhất

3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X

Phổ nhiễu xạ tia X của tất cả các mẫu T i02 gốm và màng được chế tạo bằng hai phương pháp đều được nghiên cứu

Đối với hệ mẫu màng được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt ở các nhiệt

độ nguồn từ 1000 đến 1200 °c, nhiệt độ đế từ 600 tới 700 °c và các mẫu màng được chế tạo bằng phương pháp sputtering đều được nghiên cứu cấu trúc của chúng đều khá đơn pha Do vậy ở đây chúng tôi chỉ đưa ra phổ nhiễu xạ tia X của mẫu màng được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt Hình 3.1 là phổ nhiễu xạ tia X của mẫu màng được chế tạo từ vật liệu nguồn là bột T i0 2, nhiệt độ nguồn nung là 1000 °c, nhiệt độ đế là 650 °C- Pha chính là pha anatase ngoài ra vẫn có những đỉnh thuộc pha rutile Hằng số mạng của mẫu được đưa ra qua phép phân tích Rietveld dùng hàm fit RIETAN-2000 Hằng số

mạng tính được là a - b = 4,957 Â, c - 12,944 Â.

Đ A I H Ọ C Q u ô c G IA HÀ N ỘI TPỤNG (ẦM T h ô n g t i n Thư v i ệ n' 0 0 0 6 0 0 0 0 4 4 7-

Hình 3.1: Phô nhiêu xạ tia X của mâu màng TiOi chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt từ bột Ti02, nhiệt độ nung T = 1000 °c, Tđé = 650 °c.

Đối với hệ mẫu khối, tất cả các mẫu được nghiền ừong 4h, 7h, lOh và nung ở 900

°c, 1000 °c và 1100 °c đều được nghiên cứu Hình 3.2 là phổ nhiễu xạ tia X của tất cà

các mẫu gốm

Từ hình 3.2 ta thấy khi so sánh các mẫu được nung ở cùng một nhiệt độ, thì mẫu được nghiền trong thời gian lOh cho độ đồng nhất cao hơn cả so với các mẫu được nghiền với thời gian ít hơn

Khi so sánh phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu được nghiền trong thời gian như nhau nhưng nung tại các nhiệt độ khác nhau cho ta kết quả khá là khác nhau Đổi với các mẫu nhiệt độ nung là 900 °c, dù thời gian nghiền là 4h, 7h hay lOh thì phổ nhiễu xạ đều không đơn pha và tồn tại cả hai pha anatase và rutiỉe,

Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu nung ở nhiệt độ 1000°c và 1100°c được nghiền trong lOh đều đưn pha và có cấu trúc rutile Tuy nhiên với hai hệ mẫu được nghiền trong thời gian 4h và 7h, kích thước hạt lớn hơn cũng như cấu trúc của chúng không hoàn toàn đơn pha như hệ mẫu được nghiền trong thời gian ỈOh Rõ ràng thời gian nghiền và nhiệt

độ nung ảnh hường rất nhiều tới tính chất cấu trúc của vật liệu Từ kết quả nehiên cứu tính chất cấu trúc cho thấy khi mẫu được nghiền trong trong thời gian lOh và nung ở nhiệt độ 1000 °c và 1100 °c cho kết quả tốt Vì vậy chúng tôi chỉ dùng những mẫu này

để nghiên cứu các tính chất quang cũng như tính chất từ của vật liệu

3.1.2 Ảnh SEM của các mẫu T i0 2:

3 1.2.1: Ảnh SEM của mẫu gốm T i0 2:

Đối với hệ mẫu gốm, ảnh SEM của các mâu được nghiên trong thời gian lOh, nhiệt độ nung là 900°c, 1000°c, 1100°c được đưa ra trên các hình 3.3, 3.4 và 3.5 tương

Hình 3.3 Anh SEM của mẫu gốm nghiền Hình 3.4 Ảnh SEM của mẫu gốm nghiền

5<4 :2 0 1 c H V ip o i \ ’JŨ m a o đ2 l Víi-; (T ic J r - ỉ l ! p i r ,

-i:2& 32 fy\A 3 0 0 0 k ư 3 5 12-3 m in e OOC ạ E T C H u ll v a c u u m L a b P A M - )EP - H U T

Hình 3.5 Anh SEM của mẫu gốm nghiền trong ỈOh và nung ờ 11 Off c.

Quan sát và phân tích hình 3.3 và hình 3.4 chúng ta có thể thấy kích thước hạt của các mẫu nung ở nhiệt độ 900 °c và 1000 °c vào khoảng vài trăm nano mét đến vài micro mét, kích thước hạt tương đổi đồng đều nhưng mật độ các hạt không cao Độ xốp của chúng khá cao chứng tỏ nhiệt độ này chưa phải là nhiệt độ cho sự hình thành của pha Ti02

Đối với mẫu nung ở 1100° c (hình 3.5), kích thước hạt vào khoảng vài trăm nano mét đến vài micro mét Độ đồng đều của các hạt cũng như mật độ của các hạt cũng đã cao hơn các mẫu nung ở các nhiệt độ thấp hơn Mầu nung ở nhiệt độ 1100°c thì mật độ hạt là rất cao Be mặt các hạt của mẫu nung ở 1100 °c rất khác so với bề mặt các hạt của

các mẫu nung ở 900 và 1000 °c Điều đó chứng tỏ khi mẫu được nung ờ nhiệt độ 1100

°c chất lượng của mẫu sẽ tốt hơn khi nung ở các nhiệt độ thấp hơn Do vậy khi đo các tính chất quang, từ của mẫu khối chung tôi sử dụng mẫu nung ở 1100 °c

3.1.2.2 Ảnh SE M của mẫu màng:

Việc nghiên cứu ảnh SEM của các loại mẫu màng và khối được chế tạo ở các điều kiện công nghệ khác nhau đều được nghiên cửu và đưa ra để so sánh rồi từ đó tìm được chế độ công nghệ thích hợp và tối ưu nhất cho việc chế tạo vật liệu T i02 có cấu trúc nano Như ta đã thấy, với các mẫu khối T1O2 được chế tạo ờ các chế độ khác nhau ảnh SEM chỉ cho cấu trúc hạt từ vài trăm nano mét tới vài micro mét Các mẫu màng được chế tạo bằng phương pháp sputtering khi nghiên cứu ảnh SEM đã cho kết quả rất ổn định: kích thước hạt cũng như mật độ rất đồng đều Do vậy ở phần này chúng tôi đi vào nghiên cứu ảnh SEM của các mẫu màng T1O2 được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt ờ các điều kiện khác nhau

Hĩnh 3.6, 3.7 và 3.8 là ảnh SEM của các mẫu TÌO2 với 1% c khi nhiệt độ nguồn nung tương ứng là 1000°c, 1100°c, 1200°c và nhiệt độ đế là 700°c Khi nhiệt độ nguồn nung là 1Q00 °c (hình 3.6), ta thấy xuất hiện cấu trúc thanh với kích thước khoảng 100

nm và dài cỡ 1 um Tuy nhiên, kích thước các thanh nano khá đồng đều nhưng mật độ

các thanh nano chưa cao

Hình 3.6: Ảnh SEM của mẫu màng Ti02 Hĩnh 3.7: Ảnh SEM của mẫu màng TỈ02 khi nhiệt độ nguồn nung T= 1000 °c, khi nhiệt độ nguồn nung T= ỉ ỉ 00 °c,

Hình 3.8: Ảnh SEM của các mẫu màng T 1 O 2 , nhiệt độ nguồn nung T = ỉ 200 °c, Tđé = 700°c.

Khi nhiệt độ nguồn nung được nâng lên Ỉ100°c (hình 3,7), ảnh SEM của mẫu màng này có kích thước dây và thanh đã nhỏ hon khá nhiều và mật độ cao hơn so với ảnh SEM của mẫu khi nhiệt độ nguồn là 1000 °c Ở nhiệt độ này, các dây và các thanh tụ thành từng đám điều đó cho thấy có thể nhiệt độ đế 700 °c là khá cao và khó hình thành các dây có kích thước nano

Khi ta tiếp tục nâng cao nhiệt độ nguồn nung tới 1200°c thì kết quả cho thấy ảnh SEM xuất hiện sự dính chảy của vật liệu Vậy ở nhiệt độ nguồn nung 1200 °c và nhiệt độ

đế là 700 °c không thích hợp để chế tạo màng có cẩu trúc nano (hình 3.8)

Hình 3.9 và 3.10 là ảnh SEM của mẫu màng T i0 2 ở nhiệt độ nguồn nung 1100°c nhưng nhiệt độ đế tương ứng là 650 °c và 700 °c Khi nhiệt độ đế T = 650°c, xuất hiện

dây nano dài, mảnh và mật độ dày đặc, kích thước khoảng 10 nm với độ dài cờ vài ụm

(hình 3.9) Ảnh SEM của mẫu có nhiệt độ đế T = 700°c thì kích thước các dây đã xuất hiện nhưng với kích thước khá lớn và chung kết lại thành đám với cấu trúc teừagonal hoặc cấu trúc hoa Như vậy khi nhiệt độ nguồn nung là 1100 °c, nhiệt độ để là 650°c là điều kiện tối ưu để chế tạo được vật liệu T1O2 có câu trúc dây với kích thước từ 10 đên

100 nm.

Hình 3.9: Anh SEM của màng mỏng Hĩnh 3 J0: Anh SEM của màng mỏng

TỈO 2 khi nhiệt độ nguồn T = ỈỈOO °c, Ti02 khi nhiệt độ nguồn T = ỉ 100 °c,

3.2 Tính chất quang của mẫu T i0 2:

3.2.1 Tính chất quang của hệ mẫu gốm:

Đe nghiên cứu tính chất quang của mẫu T i02 chúng tôi đã tiến hành đo phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang cùa chúng Hình 3.11 là phổ huỳnh quang của mẫu gốm T1O2 được nghiền trong thời gian lOh, nung ở 1000 °c được chế tạo từ hai nguồn vật liệu ban đầu khác nhau với bước sóng kích thích là 365 nm

Hình 3.11: Phổ huỳnh quang của các mâu TiỠ 2 được chế tạo từ các rìguôn vật liệu ban đầu: (a): TiO 2 : (b): TiOĩ + 2% wt Ti (c) TiO 2 ủ trong ôxyvới bước sóng kích

thích 365 nm

Ta thấy phổ huỳnh quang của tất cả các mẫu đều xuất hiện hai đỉnh xung quanh vùng có bước sóng 420 rưn và 439 nm Nhìn vào hình ta thấy cường độ phổ huỳnh quang của mẫu T1O2 ủ trong môi trường ôxi cao nhất sau đó đến mẫu T i02 không pha tap, không ủ và nhỏ nhất là cường độ phổ huỳnh quang của mẫu T i0 2 pha Ti Vậy cường độ phổ huỳnh quang của mẫu được ủ trong môi trường ô xy cao hom so với các mẫu còn lại Đỉnh xuất hiện xung quanh vùng có bước sóng 420 nm liên quan đến tái hợp exciton, đỉnh xuất hiện quanh vùng có bước sóng 439 nm liên quan đến tái hợp vùng-vùng

Hĩnh 3.12: Phổ kích thích huỳnh quang của các mâu T 1 O 1 được chế tạo từ các nguồn vật liệu ban đầu: (a): Ti02 ; (b): TiO? + 2% wt Ti (c) TỈO 2 ủ trong ôxykích tại

đỉnh 439 nm.

Hình 3.12 là phổ kích thích huỳnh quang của mẫu được chế tạo từ các nguồn vật liệu ban đầu khác nhau kích tại đỉnh 439 nm Độ rộng của đỉnh cũng như cường độ của các đỉnh là khác nhau đối với các mẫu khác nhau Cũng giống như phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang của mẫu được ủ trong môi trường ôxy có cường độ lớn hơn so với các mẫu khác Do vậy khi khảo sát tính chất từ của vật liệu T1O2, chúng tôi chỉ tiến hành đo trên mẫu được xử lý ủ nhiệt trong môi trường khí

3.2.2 Tính chất quang của hệ mẫu màng:

Hình 3.13 biểu diễn phổ truyền qua của mẫu màng được chế tạo từ TÌO2 bằng phương pháp sputtering láng đọng trên đế thủy tinh Đường gạch biểu diễn phổ truyền qua của đế thủy tinh Đường liền nét biểu diễn phổ truyền qua của màng chế tạo từ T i0 2 lắng đọng trên để thủy tính

Mang T Ì0 2 lien, De gach mau 13.11.08

W ave len g th [nm]

Hình 3.13: Pho truyền qua của mẫu màng được chế tạo từ vật liệu Ti02 bằng

phương pháp sputtering tại công suất p = 40 w.

Quan sát hình 3.13, chúng ta thấy độ truyền qua của mẫu màng trên để thủy tinh là

90 % Phổ truyền qua của màng xuất hiện bốn đỉnh tại bước sóng 360 nm (ánh sáng tím),

410 nm (ánh sáng chàm), 510 nm (ánh sáng màu lục) và 720 nm (ánh sáng màu đỏ) với

độ truyền qua tương ứng là 60, 90, 92 và 93% Sự xuất hiện các đỉnh chứng tỏ có sự giao thoa ánh sáng Như vậy độ truyền qua của màng là cao và khá đều Điều đó chứng tỏ màng chế tạo có chất lượng khá tốt

Từ phổ truyền qua chúng ta cũng thấy rằng màng T1O2 phản xạ tốt với ánh sáng tử ngoại Tuy nhiên độ rộng của các đỉnh là khác nhau, càng về phía bước sóng dài thì độ rộng đinh càng lớn

Phổ truyền qua của mẫu màng chế tạo với công suất p = 60 w cũng được khảo sát Hỉnh Hạng của phổ tương tự như phổ của màng với chế độ p = 40 w , nhưng hệ số truyền qua thấp hơn nên chúng tôi không đưa ra ở đây.

Hình 3.14 là phổ hấp thụ của các mẫu màng chế tạo từ vật liệu oxit T i02 bằng phương pháp sputtering tại công suất 40 và 60 w

Điều đó là do mẫu màng chế tạo ở công suất p = 40 w có độ dày mỏng hơn so với mẫu màng chế tạo ở công suất p = 60 w

3.3 Tính chất từ của mẫu T i02:

Do điều kiện thiết bị nên chúng tôi không thể khảo sát được tính chất từ của tẩt

cả các mẫu bằng thiết bị PPMS Do vậy ứong nghiên cứu này, chúng tôi mới tập trung nghiên cứu tính chất từ của mẫu gốm T i0 2 (bằng thiết bị PPMS) và mẫu màng chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt (bằng thiết bị VSM)

Sự phụ thuộc của moment từ vào từ trường (M(H)) ở nhiệt độ phòng 300 K (hình 3.15) và sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ (M(T)) trong dải nhiệt từ 5 K tớ i3 5 0 K ở từ trường 1 kOe (hình 3.16) của mẫu gốm T i02 ủ trong oxy được chỉ ra ờ đây.

Magnetic field (T)

Hình 3.15: Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường ở nhiệt độ phòng

của mẫu TiỠ 2 được ù trong ôxy.

Từ hình 3.15 ta thấy từ độ tăng theo sự tăng của từ trường và đạt giá trị 1,5 X 10‘3 emu/g ở giá trị tò trường cực đại 1 Tesla Mẫu có tính sắt từ yếu (hoặc siêu thuận từ) phụ thuộc vào nồng độ của ôxy hoặc các lỗ trống tồn tại trong mẫu Từ đường M(T) trong hình 3.16 ta có thể thấy khi nhiệt độ tăng đến 350 K, từ độ của mẫu vẫn có xu hướng chưa giảm Do không có điều kiện đo đường từ nhiệt ở nhiệt độ cao hơn nên chúng ta chưa xác đinh được chính xác nhiệt độ Curie của mẫu nhưng có thể nói nhiệt độ Curie của mẫu sẽ cao hom 350 K

Hình 3.16: Sự phụ thuộc cùa từ độ vào nhiệt độ ở từ trường 1 kOe

của mẫu T 1 O 2 được ủ trong ôxy

Hình 3.17 là đường cong sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường của các mẫu gốm khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau từ 600 °c -700 °c được đo trên thiết bị tò kế mẫu rung (VSM) Nhìn vào đồ thị ta thấy các mẫu có tính sắt từ và đạt giá trị từ độ khá lớn khi nhiệt độ ủ là 600 °c và 700 °c

-150-00 - 7 5 00 0 7 5 00 tSOỮO

H (Oe)

Hình 3.17: Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường của các mẫu gốm Ti02

tại các nhiệt độ khác nhau

Đối với mẫu màng được chế tạo bàng phương pháp bốc bay nhiệt, chúng tôi đãchọn mẫu được chế tạo với điều kiện công nghệ tối ưu nhất có cấu trúc nano để nghiêncứu tính chất từ Hình 3.18 là đồ thị sự phụ thuộc của từ độ vào từ trưởng ở nhiệt độ

phòng của mẫu màng được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt khi nhiệt độ nguồn

là 1100 °c, nhiệt độ đế là 650 °c.

0.0004

3* 0.0002

Ẹ 0)

Ễ, 0.0000 C

<u

E -0.0002

- 0.0004

Hĩnh 3.17: Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường ở nhiệt độ phỏng

của mẫu màng TiOỉ được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt.

Từ hình 3.17 cho thấy mẫu có tính sắt từ và đạt giá trị từ độ bằng 4.10"6 emu tại giá ứị từ trường 1,35 Tesla Vì màng rất mỏng và khối lượng của màng là vô cùng nhỏ chi quãng phần mười đến phần trăm miligam nên khi so sánh với mẫu gom thì từ độ của chúng chắc chắn sẽ lớn hơn cỡ một đến hai bậc Từ đó chúng ta có thể rút ra kết luận rằng vói mẫu có kích thước nano, từ độ của chúng cao hơn nhiều lần so với mẫu có kích thước hạt Điều đó cho thấy khả năng hình thành chắt sắt từ ờ nhiệt độ phòng của mẫu TiC>2 là hoàn toàn có thể

I — ■ — M a u M a n a l

-15000 -7500 0 7500 15000

H(Oe)

KẾT LUẬN

Chúng tôi đã chế tạo thành công vật liệu gốm và màng T i02 được chế tạo bằng phương pháp gốm, phương pháp bốc bay nhiệt và sputtering

* Đối với hệ mẫu gốm:

Đã chế tạo thành công vật liệu T1O2 đơn pha có cẩu trúc rutile ở nhiệt độ ừên 1000°c Kích thước hạt đạt được cỡ vài trăm nanô mét đến vài micro mét, mật độ tương đối đồng đều Phổ huỳnh quang của các mẫu xuất hiện 2 đinh ở vùng tử ngoại Vật liệu

T1O2 có tính chất siêu thuận từ, xuất hiện tính sắt tò yếu ở nhiệt độ phòng Nhiệt độ Curie của mẫu cỏ giá trị cao hơn nhiệt độ phòng, cụ thể trên 350 K

* ĐỐI với hệ mẫu màng:

Đã chế tạo hai hệ mẫu màng T1O2 bằng phương pháp bốc bay nhiệt và phương pháp sputtering Đặc biệt hệ chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt, cấu trúc của vật liệu có cẩu trúc dây nanô với kích thước từ 10-30 nm khi nhiệt độ nguồn nung 1100°c, nhiệt độ đế là 650°c Tính chất từ của mẫu màng thể hiện tính sắt từ rất rõ rệt, từ độ của mẫu màng có cấu trúc dây nano lớn hơn cỡ một đến hai bậc so với mẫu có kích thước micromet Tính chất quang của vật liệu tại nhiệt độ phòng có sự giao thoa ánh sáng Hệ

số truyền qua với mẫu màng chế tạo ở công suất p = 40 w là 90 % Mau màng chế tạo tại công suất p = 40 w mỏng hơn thì hệ số truyền qua cao hơn và hệ số hấp thụ thấp hơn so với mẫu chế tạo tại công suất p = 60 w.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Văn Bền, Bài giảng về vật lý bán dẫn, ĐHQGHN, ĐHKHTN, 2006.

[2] A.Fujishima, K.Hashimoto, T.Watanabe, “TỈO 2 photocatalysis fundamentals and applications’’, Journal of Photochemistry and Photobiology 1(2000) 1-21.

[3], Akừa Fujishima, Tata N.Rao, Donald A.Tryk, ‘‘Titanium dioxide photocatalysis ”,

Journal o f Photochemistry and Photobiology 1(2001) 1-21

[4] GregoryB.Raupp, Alessio alexiadis, Md.Moazzem Hossain, Rajnish Changrani,

‘‘First-principles modeling, scaling laws and design o f structured photocatalytic oxidation reactors for air purification”, Catalysis Today 69 (2001) 41-49.

[5] Aldra Fujishima, Tata N.Rao, Donald A.Tryk, "Ti02 photocatalysts and diamond

electrodes", Electrochimica Acta 45 (2000) 4638-4690.

[6] Joon-Chui Lee, Moon-Sun Kim, Byung-WooKim, “Removal of paraquat dissolved

in a photoreactor with T1O2 immobilized on the glaa-tubes of lamps”, Water Research 36 (2002) 1776-1782

[7] P.Zeman, S.Takabayashi, "Effect o f total and oxygen partical pressures on

structure o f photocataỉytỉc T 1 O 2 films sputtered on unheated substrate ”, Surface

and Coatings Technology 153(2002) 93-99

[8] Angela G Rincón, Cesar Pulgarin, Nevenka Adler, Paul Peringer , "Interaction

between E coli inacvation and DBP-precursors-dihydroxybenzene isomers-in the photocatalytic process o f drink-water disinfection with TÌO 2 ", Journal of

Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 139 (2001) 233-241

[9] Ju-Young Park, Changhoon Lee, Kwang-Woo Jung, and Dongwoon Jung,

"Structure Related Photocatalytic Properties o f Ti02 ”, Bull Korean Chem Soc,

2009, Vol 30, No 2 402-404

[10] K Madhusudan Reddy, Sunkara V Manirama, A Ramachandra Redy, “Bandgap

studies on anatase titanium dioxide nano particles”, Materials Chemistry and

Physics 78 (2002) 239-245

[11] FengHui Tian and ChengBu Liu, “DFT Description on Electronic Structure and

Optical Absorption Properties o f Anionic S-Doped Anatase Ti02”, J Phys Chem

B 2006, 110, 17866-17871

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

L ờ i đ âu liê n em xin được bàv to ỉò n íỊ biét ơn chân thành vù sáu sác nhái Jen

(TS Ngó Thu Hương, người đã tận tình chi dạv hướng dan 1 ’ứ rạo những cĩĩên tth u ã n lợi nhái cho em irong quá trình nghiên cửu khoa học cũrig như hoàn

! luận văn nàv Em xin cám ơn cô vì những bải học quỷ báu vế phưimo pháp

ịivỉệc trong khoa hoc.

sr- Em xin chân í hành cám ơn PGS TS Hoàng Nam Nhặt, ihâỵ đù hirứnn Ján những kiến ihức, kỹ nủníỊ cơ bàn trong nhừnịỉ buôi đáu làm ínực nghiêm

> cứu khoa học.

§r ị Em xin chán irọnv, căm ơn các thầy cô giáo khoa Vật lý, trường Đai học

ĩ h ọ c Tự nhiên Đại học Ouổc giư ỉỉù nội, các tiĩãy có đủ cho em những kiên ịih o a học cơ bủn, truyẽn chờ em niêm đarrt mê khoa học, íỊiúp em hoàn thcmh

ịvãn,

Ẹm xin chân íhữnh cám ơn íập the cán bộ khoa hạc Trung tâm Khoa hực VỘI

Trường Đ ại học Khoa hục Tự nhiên và Viện Khoa học Vộỉ liệu - ilệ iỉ Khoa

ỹ c v à Công nghệ Việt Nam ăù giúp đ ỡ và lạo điêu kiện thuận lợi cho em from; việc

ĩ tạo, nghiên cừu, đo các tinh chát vật liệu đè hoàn chinh sổ liệu nghicn cứu chc

■ủn.

Con xin bàv tỏ !Ình cam hiéi ơn sủii núng d ã i hô nu;, các anh chị u v iror.ỵ

ĩ đinh bạn bè, đồnq nglỉiệp Jã lìậng vién hô trợ cun vé mọi min ỉuổn moi:!i ĩnu,

! tnrởtĩg thành hem vả vững vàng trang cuộc Sủng.

Cuối CWỈ% lôi xin cùm ơn người chồng, lĩgưứi bạn cùa tỏ! - 1’hnm !h ‘ỉg S:P',

ftệẽf hum ớ cạnh lói giúp đừ lãi cỏ vù iỉộnụ riởn lói tr-tnv \U«! frj-.'i 'ĨIW' :hj>Ú!

văn này!

Há Sói, r.gàv JO: j 2.-20]0

Học viên

MỤC LỤC • «

I CHƯƠNG I TỐNG QUAN VỀ VẬT LIỆU T i02 3

I 1.2 Sự chuyển dạng thù hình cùa TIOj 5

Ệ 13. Tính chất hoá học của T iO j 6 1,4 Một số tính chất vặt [ý của T ì O ị 7 ịlííU Tính chất từ của TiOj 8

r r ’t.6 Tính chát xúc tác quaog hoá cùa T i0 2 ờ dạng anatase 9

1*8 Hiệu ứng tách H vả o từ n ư ớ c 1 4

lỆ ịẩịỆ ?- Một số ứng dụng của TìOị dạng anatase 15

- J I & f l / O N G II: THỰC N G H IỆ M 20

ĐẠI HỌC ỌUỐC Gí A HÀ NỘI TRUỒNG ĐẠI HOC KHOA HOC T ựN H IẾ N

LỜI CẢM ƠN

Đê hoãn thành khóa ìuạn nài', đầu tiên (ôi xin gưi lời cảm cm chán thành tới các thầy giáo, cô giảo Khoa vật ìỷ - Trường Đại Học Khoa Học

Tự Nhiên — Đại Học Ouốc Gia Hà Nội Các thầy cô đã cho tói von kiến thức

cơ bản trong những năm trên giảng điỉờng đại học.

Đặc biệt tôi xin bày tỏ ỉòng biết ơn sáu sắc tới PGS TS Ngó Thu Hươiig ở hộ môn Vật Lý Chất Rẳn - Khoa vật /v - Trưởng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình hướỉĩg dẫn và truyền thụ cho tôì nhũng kiến thức chuyên môn, lòng nhiệt rình và niềm đam mê khoa học trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại bộ môn.

Tỏi xin gửi lời cảm ơn chán thành tới: Ban giám đốc, các cán bộ tại trung tấm khoa học vậí liệu - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, các cán

bộ tại bộ môn Vậỉ Lý Chất Rắn - Khoa Vật Lý đã tạo điều kiện sư dụng các thiết bị hiện đại trong quá trình thực hiện khóa luận.

Tôi cũng gửi cảm on sáu sắc tởi gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ, điêu đó giủp cho tói cỏ thê hoàn thành toi hon kiĩóa luận cùa mình,

Và cuối cùng xin cám ơn các anh chị khóa trước đã cho tói những kinh

rìgỉiiém rât Cần thiêt.

M ột lần nữa tôi xin chán thành cam ori tất cà những sự giúp đỡ đỏ !

Hờ Sủi, tháng 5-2010 Sinh Viên Phạm Thanh Đại