TOÀN VĂN BÁO CÁO NÓI ORAL Tiểu ban VẬT LÝ KỸ THUẬT – HẢI DƯƠNG HỌC

Quy luật phân rã của đồng vị 99 Mo và đồng vị 99m Tc Từ kết quả hoạt độ tương đối được tính toán thông qua công thức 6, chúng ta có thể quan sát được quy luật phân rã của đồng vị 99Mo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ISBN: 978-604-82-1375-6

TOÀN VĂN KỶ YẾU HỘI NGHỊ Conference Proceeding Fulltext

TP HCM – 21/11/2014 www.hcmus.edu.vn

TOÀN VĂN BÁO CÁO NÓI

ORAL

Tiểu ban VẬT LÝ KỸ THUẬT – HẢI DƯƠNG HỌC

II-O-1.1

Hồ Thị Thông 2 , Chary Rangacharyulu 1 , Châu Văn Tạo 2 , Võ Hồng Hải 2 , Ronan Lefol 1

1Khoa Vật Lý-Vật Lý kỹ thuật, Trường Đại Học Saskatchewan

2Khoa Vật Lý-Vật Lý kỹ thuật, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp Hồ Chí Minh

E-mail: thongho1990@gmail.com

TÓM TẮT

(141 keV) ở nhiều thời điểm khác nhau đã mang lại những kết quả đáng mong đợi Thứ nhất, quy luật phân rã của đồng vị 99 Mo và đồng vị 99m Tc theo thời gian phù hợp tốt với những mô tả trong lý thuyết Thứ hai, tỉ số hoạt độ tương đối giữa đồng vị 99m Tc và 99 Mo duy trì là hằng số sau khoảng 40-50 giờ kết thúc kích hoạt tức là sự cân bằng chuyển tiếp xảy ra sau khoảng thời gian này Tuy nhiên, kết quả của đỉnh năng lượng 777 keV không đủ tốt và nguyên nhân chính là do sự ảnh hưởng của đỉnh năng lượng 772 keV phát ra từ đồng vị 187 W được tạo ra trong quá trình kích hoạt mẫu

Từ khóa: Sự cân bằng chuyển tiếp, cân bằng phóng xạ, đặc tính phân rã của 99 Mo/ 99m Tc

sự phân rã của đồng vị 99Mo (T1/2=66 giờ) và đồng vị con 99mTc (T1/2=6 giờ) Hiện nay, đồng vị 99Mo chủ yếu được sản xuất từ lò phản ứng bằng phản ứng phân hạch 235U tuy nhiên trong nghiên cứu này, chúng tôi sản xuất đồng vị 99Mo từ phản ứng bắt neutron với bia được sử dụng là molybden tự nhiên MoO3 Nguyên nhân là những công bố gần đây cho thấy phương pháp sản xuất này đáp ứng các yêu cầu mà nghiên cứu đề ra như đơn giản, chi phí thấp, thời gian chế tạo và xử lý ngắn nhưng vẫn đảm bảo lượng đồng vị phóng xạ sản xuất được [1]

THỰC NGHIỆM

Thiết bị

Mẫu bột MoO3 được chứa trong hộp nhựa polyethylen sau đó được đưa vào lò phản ứng để kích hoạt Mẫu được kích hoạt tại lò nghiên cứu SLOWPOKE-2 (Safe LOW Power Kritical Experiment) ở Saskatoon, Canada SLOWPOKE-2 là một loại lò có công suất thấp 20 (kW), có lượng neutron rất ổn định với thông lượng neutron cực đại là 1012 (neutron/cm2/s) Kênh được sử dụng trong thực nghiệm là kênh neutron nhiệt, có thông lượng khoảng 5x1011 (neutron/cm2/s)

Mẫu được đo bởi hệ phổ kế gamma gồm đầu dò HPGe, bộ tiền khuếch đại, bộ khuếch đại, máy vi tính và các thiết bị phụ trợ (sơ đồ khối hình 1) Đầu dò HPGe có độ phân giải năng lượng 2,5 keV tại đỉnh 1,33 MeV của

60Co, hiệu suất 10%, hoạt động nhờ vào cao thế cung cấp cho nó và duy trì hoạt động ổn định nhờ vào bộ làm lạnh điện tử

Hình 1 Sơ đồ khối của hệ phổ kế gamma Phương pháp thực nghiệm

Trong thực nghiệm này, để kiểm tra sự cân bằng chuyển tiếp chúng tôi đã xem xét quy luật phân rã của đồng vị 99Mo và đồng vị con 99mTc, tức là khảo sát quy luật thay đổi của hoạt độ theo thời gian Vì thế, chúng tôi không tính toán giá trị hoạt độ chính xác của đồng vị 99Mo và đồng vị 99mTc mà thay vào đó là xác định đại

lượng “hoạt độ tương đối” Để tính hoạt độ tương đối thì cần phải xác định “hiệu suất tương đối” do đó chúng

tôi đã tiến hành xây dựng đường cong hiệu suất tương đối ứng với đầu dò HPGe từ phép đo nguồn chuẩn 152Eu với hiệu suất tương đối của mỗi đỉnh năng lượng của nguồn 152Eu được tính bởi công thức (5):

I Ei : xác suất phát gamma năng lượng Ei

Kết hợp với phép đo mẫu sau khi kích hoạt, hoạt độ tương đối 𝛬 sẽ được tính theo công thức:

Trong đó, N E  i là diện tích đỉnh năng lượng Ei đã quy về cùng một thời gian đo

Lưu ý, trong việc tính toán hoạt độ của đồng vị 99mTc ngoài việc xem xét xác suất phát của đỉnh năng lượng

141 keV, cũng phải xem xét xác suất tạo thành đồng vị 99mTc từ phân rã của đồng vị 99Mo Tức là giá trị Iγ(Ei) trong công thức (6) không chỉ đơn giản là xác suất phát gamma của đồng vị 99mTc mà là xác suất phát gamma xét

từ phân rã của đồng vị 99Mo và do đó I  (141)  82% 89%  đối với đồng vị 99mTc

HV Chuẩn trực

Mẫu

HPGe

Bộ làm lạnh điện tử

Bộ tiền khuếch đại

Bộ khuếch

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Đường chuẩn hiệu suất tương đối:

Từ phổ nguồn chuẩn 152Eu, đường cong hiệu suất tương đối được xây dựng (hình 2) Và kết quả của việc chuẩn hiệu suất tương đối 𝜖 là:

Đánh giá sự cân bằng chuyển tiếp:

Sự cân bằng chuyển tiếp được đánh giá thông qua hai đặc diểm quan trọng: quy luật phân rã của hai đồng

vị 99Mo và 99mTc và quy luật thay đổi của tỉ số hoạt độ giữa hai đồng vị

3.2.1 Quy luật phân rã của đồng vị 99 Mo và đồng vị 99m Tc

Từ kết quả hoạt độ tương đối được tính toán thông qua công thức (6), chúng ta có thể quan sát được quy luật phân rã của đồng vị 99Mo (từng đỉnh năng lương tương ứng) và đồng vị con của nó 99mTc bằng cách vẽ đồ thị thay đổi hoạt độ theo thời gian (hình 3) kết hợp với các đường cong lý thuyết

Từ đồ thị hình 3 ta thấy rằng:

Trong cả ba đồ thị, hoạt độ của đồng vị 99Mo giảm dần theo thời gian với quy luật tương tự nhau và phù hợp tốt với lý thuyết Đặc biệt, chúng ta có thể nhận thấy điều này rõ ràng qua đồ thị của đỉnh 181 keV và 739 keV, các giá trị thực nghiệm gần như nằm trên đường cong lý thuyết

Hoạt độ của đồng vị 99mTc: đầu tiên tăng dần (vì tại thời điểm ban đầu trong mẫu hầu hết chỉ có đồng vị

99Mo do đó tốc độ tạo thành của đồng vị 99mTc lớn hơn nhiều tốc độ mất của nó) Sau một khoảng thời gian, hoạt

độ này đạt giá trị cực đại và bắt đầu giảm Một điều quan trọng là dù cho hoạt độ của đồng vị 99mTc giảm nhưng hoạt độ củsa nó vẫn duy trì lớn hơn hoạt độ của đồng vị 99Mo Các điểm thực nghiệm phù hợp tốt với đường biểu diễn của lý thuyết, không xuất hiện bất kỳ điểm dị thường nào trong tất cả kết quả thực nghiệm

Như quan sát từ ba đồ thị, điểm giao nhau giữa đường cong của đồng vị 99Mo và đồng vị 99mTc trong thực nghiệm khác nhau tương ứng với ba giá trị năng lượng nhưng không quá xa với kết quả của lý thuyết Cụ thể, với ba giá trị năng lượng, ta xác định được điểm giao nhau nằm trong ba vùng tương ứng như trình bày trong bảng 2

Tóm lại, chúng ta có thể kết luận chung rằng điểm giao nhau nằm trong vùng 18-23 giờ Sau thời điểm này,

sự cân bằng chuyển tiếp có thể xảy ra vì thế điểm này rất quan trọng trong việc quan sát sự cân bằng chuyển tiếp

từ thực nghiệm

y = 190.6x -1.085

R² = 0.9956

0.000.200.400.600.801.001.20

Theo lý thuyết, điểm giao nhau giữa đường cong phân rã của đồng vị mẹ và đồng vị con là điểm mà hoạt

  và trong trường hợp phân rã này thì t max  22(giờ)

Rõ ràng giá trị này nằm trong vùng được dự đoán trong thực nghiệm Nhưng xét riêng nó phù hợp tốt với hai đỉnh 181 keV và 739 keV trong khi sai lệch nhiều với kết quả của đỉnh 777 keV

Bảng 2 Vùng giao nhau giữa đường phân rã của đồng vị 99mTc (năng lượng 141 keV) và đồng vị 99Mo

(năng lượng 181 keV, 739 keV và 777 keV)

Kết quả của đỉnh năng lượng 777 keV sai lệch nhiều so với lý thuyết nguyên nhân chủ yếu là do sự chồng chập đỉnh năng lượng 772 keV phát ra từ đồng vị 187W làm ảnh hưởng đến kết quả diện tích đỉnh và từ đó ảnh hưởng đến kết quả hoạt độ

Một lý do khác có thể ảnh hưởng đến kết quả này là sự ảnh hưởng của hiệu suất ghi đối với từng năng lượng khác nhau Nói cách khác, hai đỉnh năng lượng 181 keV và 141 keV gần nhau nên hiệu suất ghi nhận chúng gần giống nhau do đó sai số bé Trong khi hai đỉnh năng lượng 777 keV và 141 keV thì quá xa nhau nên dẫn đến sai số hiệu suất ghi lớn hơn so với trường hợp 181 keV Tuy nhiên, kết quả ứng với năng lượng 739 keV khá tốt dù năng lượng này cũng khá xa đỉnh 141 keV do đó nguyên nhân này chỉ ảnh hưởng một phần nhỏ đến kết quả của đỉnh 777 keV

Tất cả các kết quả đều biểu diễn sự phù hơp khá tốt giữa thực nghiệm và lý thuyết (ngoại trừ đỉnh 777 keV), từ đó khẳng định tính đúng đắn cũng như tăng độ tin cậy của thực nghiệm

3.2.2 Tỉ số hoạt độ giữa đồng vị 99m Tc và đồng vị 99 Mo

Sau khi đạt đến điểm giao nhau, độ giảm hoạt độ của đồng vị 99Mo và đồng vị 99mTc bắt đầu trở nên tương

tự, tức là lượng giảm của chúng bắt đầu theo một quy luật sao cho giữ được tỉ số giữa chúng là hằng số Để kết luận chắc chắn về luận điểm này, chúng tôi đã xem xét đồ thị của tỉ số hoạt độ giữa đồng vị 99mTc và đồng vị

99Mo theo thời gian

(c)

Hình 3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hoạt độ

tương đối theo thời gian của đồng vị 99mTc (đỉnh 141 keV) và của đồng vị 99Mo tại đỉnh

181 keV (a), tại đỉnh 739 keV (b) và tại đỉnh

777 keV (c)

Tỷ số lý thuyết tính toán bởi công thức (3) cũng được biểu diễn cùng đồ thị với các kết quả thực nghiệm (hình 4) để xem xét sự phù hợp giữa chúng

Trong vùng thời gian nhỏ hơn 15 giờ, tỉ số hoạt độ tương ứng với ba năng lượng của đồng vị 99Mo phù hợp khá tốt với nhau nhưng lại lệch khỏi giá trị tính toán từ lý thuyết (hình 4c ) Nguyên nhân của điều này có thể là

do các đỉnh năng lượng 139 keV (Iγ= 0,0053%), 141 keV (Iγ= 0,00797%) phát ra từ đồng vị 187W cùng với năng lượng 141 keV mà đồng vị 99Mo phát ra làm ảnh hưởng đến kết quả đỉnh năng lượng 141 keV của đồng vị

99mTc dẫn đến cả ba kết quả tỉ số hoạt độ đều bị lệch Tuy nhiên, xác suất phát ứng với năng lượng gamma nhiễu này khá nhỏ nên sự ảnh hưởng của nó không kéo dài lâu, cụ thể là sự sai lệch này giảm đáng kể trong vùng lớn hơn 15 giờ

Trong vùng lớn hơn 15 giờ:

Tỉ số hoạt độ ứng với năng lượng 181 keV của đồng vị 99Mo: các giá trị thực nghiệm phù hợp tốt với tính toán lý thuyết ngay cả khi không xét đến sai số

Tỉ số hoạt độ tương ứng với năng lượng 739 keV và 777 keV của đồng vị 99Mo: kết quả thực nghiệm lệch khỏi giá trị tính toán của lý thuyết Điều này có thể giải thích là do sự sai khác trong hiệu suất ghi nhận giữa các năng lượng gần nhau và các năng lượng xa nhau Tức là năng lượng 739 keV và 777 keV khá xa năng lượng 141keV do đó kết quả tỉ số hoạt độ sẽ sai lệch hơn so với tỉ số hoạt độ giữa năng lượng 141 keV và 181 keV Tuy nhiên, khi kết hợp với sai số thì các giá trị lý thuyết nằm trong vùng giá trị của tỉ số hoạt độ ứng với năng lượng 739 keV tức là kết quả của đỉnh năng lượng 739 keV vẫn còn phù hợp tốt với lý thuyết Riêng đối với kết quả ứng với năng lượng 777 keV thì còn bị ảnh hưởng của đỉnh 772 keV (Iγ= 5%) phát ra từ đồng vị

187W, do đó vùng giá trị tỉ số hoạt độ tương ứng bị lệch khỏi giá trị lý thuyết

Thời gian càng tăng độ sai lệch càng tăng và biến đổi càng nhiều là do: theo thời gian cường độ của các đỉnh năng lượng giảm do đó các đỉnh năng lượng trở nên không đủ tốt và làm cho sai số của kết quả diện tích đỉnh năng lượng cũng tăng theo Với đỉnh 777 keV, sự sai lệch biểu hiện rõ ràng hơn là do cường độ gamma này nhỏ hơn so với cường độ của đỉnh năng lượng 181 keV và 739 keV kèm với sự chồng chập của đỉnh năng lượng

772 keV làm cho việc hiệu chỉnh tăng và kéo theo sai số lớn hơn

Từ đồ thị, ta nhận thấy rằng tỉ số hoạt độ tăng dần sau đó duy trì hằng số “1,1” sau khoảng 40-50 giờ kết thúc chiếu xạ Theo công thức (3), 𝑟 = 1,1 tại 𝑡 = 140 giờ và duy trì giá trị này tới vô cùng Tuy nhiên chúng ta

có thể chấp nhận rằng sự cân bằng chuyển tiếp xảy ra sau 40-50 giờ kết thúc chiếu xạ do từ thời gian này, tỉ số

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

r-181 r-739 r-777 r-lt

Hình 4 Kết quả tỉ số hoạt độ giữa 99mTc và 99Mo (a) So sánh với đường lý thuyết

(b) So sánh với các điểm lý thuyết (kèm sai số)

(c) So sánh với các điểm lý thuyết (trong vùng < 30 giờ)

Thời gian (giờ)

Tỉ

số hoạ

t độ

(c)

(b)

thay đổi rất chậm từ 1,09 đến 1,1 Như vậy dù sự cân bằng đã xảy ra sau khoảng 23 giờ kết thúc chiếu xạ nhưng

ta chỉ có thể khẳng định đây là cân bằng chuyển tiếp sau khoảng 40 giờ kết thúc chiếu xạ

KẾT LUẬN

Sự cân bằng chuyển tiếp được khảo sát tốt trong quá trình phân rã của 99Mo/99mTc từ việc xem xét sự thay đổi hoạt độ của đồng vị 99Mo (năng lượng 181 keV, 739 keV và 777 keV) và hoạt độ của đồng vị 99mTc (140 keV) theo thời gian, kết hợp với việc đánh giá tỉ số hoạt độ của hai đồng vị này Tỉ số hoạt độ giữa đồng vị 99mTc

và đồng vị 99Mo tăng theo thời gian và đạt đến giá trị xấp xỉ “1,1” sau khoảng 40-50 giờ sau khi kết thúc chiếu

xạ và duy trì giá trị này trong một thời gian dài, tức là sự cân bằng chuyển tiếp được thiết lập sau thời gian này Tất cả kết quả đạt được phù hợp tốt với những tính toán trong lý thuyết, điều này khẳng định độ tin cậy của thực nghiệm Tuy nhiên kết quả ứng với năng lượng 777 keV của đồng vị 99Mo bị lệch nhiều và nguyên nhân của điều này là do sự chồng chập của năng lượng 772 keV được phát ra từ đồng vị 187W Để giảm thiểu sự ảnh hưởng này thì ta cần phải tiến hành quá trình xử lý mẫu trước và sau khi kích hoạt

Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn bộ nhân viên ở lò phản ứng

chân thành đến ban điều hành của Trường Đại Học Saskatchewan đã tạo kiện cho thí nghiệm được tiến hành thuận lợi

Ho Thi Thong 2 , Chary Rangacharyulu 1 , Chau Van Tao 2 , Vo Hong Hai 2 , Ronan Lefol 1

1Department of Physics and Engineering Physics, University of Saskatchewan

2Department of Physics and Engineering Physics, University of Science of Ho Chi Minh City

ABSTRACT

We observed the 99 Mo/ 99m Tc radioactive mixture decay to study the transient equilibrium being an important definition to refer to a state in serial radioactive decay in which the ratio of activity between the parent and daughter radionuclides is constant At SLOWPOKE-2 reactor, Saskatchewan, Canada, the natural molybdenum sample MoO 3 is irradiated to produce 99 Mo which will decay to 99m Tc Then relative activity of 99 Mo (consists of three energies 181 keV, 739 keV, and 777 keV having high

behavior of their activity with time has a good agreement with theoretical predictions In addition to, the ratio of activity between 99m Tc (141 keV) and 99 Mo (with individual energies) going along with the plot

of theory is very good and remains around the value of “1,1” after 40-50 hours Mean that the transient equilibrium relatively occurs in region of 40-50 hours after the end of irradiation However, with the peak of 777 keV, result is not good enough and the main excuse for this is the influence of

Key words: Transient equilibrium, radioactive equilibrium, serial decay of 99 Mo/ 99m Tc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Chary Rangacharyulu, Christine K Roh, Teerasak Veerapaspong and Sarayut Phonapha (2013), “Production

of Moly-99 at low power nuclear research reactors”, Nuclear Science Symposium and Medical Imaging

[2] Huda Abdulrahman Al-Sulaiti (2011), “Determination of Natural Radioactivity Levels in the State of Qatar Using High-Resolution Gamma-ray Spectrometry”, Thesis for degree of doctor, University of Surrey

[3] John R Prince (1979), “Comments on Equilibrium, Transient Equilibrium, and Secular Equilibrium in Serial

Radioactive Decay”, The Journal of Nuclear Medicine, vol 20, p 162-164

[4] Peter Crowther, J.S Eldridge (1965), “Decay of 99Mo-99mTc”, Nuclear Physics, vol 66, p 472-480

[5] http://laraweb.free.fr/

(a)

II-O-1.4

PREPARATION OF HYBRID TRANSPARENT ELECTRODES OF SILVER NANOWIRES AND CHEMICALLY CONVERTED GRAPHENE ON ABITRARY SUBSTRATE AT LOW

TEMPERATURE

Hoang Thi Thu, Huynh Tran My Hoa, Tran Quang Trung

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

E-mail: htthu@hcmus.edu.vn

ABSTRACT

Graphene has enjoyed significant recent attention due to its potential applications in electronic and optoelectronic devices Graphene is usually prepared via Hummers' method or modified Hummers' methods These method are the most suitable for the large-scale production of single graphene at low cost but the main drawbacks of these method are the use of strong oxidizing agents make graphene films were separated small sheets leading to extremely decrease its electrical conductivity Herein, we report an inexpensive, fast and facile method for preparation of a double layer structured transparent, flexible hybrid electrode from silver nanowires (Ag NWs) with chemically converted graphene (CCG) coating on arbitrary substrate These films dramatically decreases the resistance of graphene films and exhibited high optical transmittance (82.4%) and low sheet resistance (18 Ω/□), which is comparable to ITO transparent electrode They also show the ratio of direct conductivity to optical conductivity DC /OP = 104 is very close to that displayed by commercially available ITO Especially, the whole fabrication process is carried out at low temperature The graphene films is spin coating directly on the substrate without transferring, eliminated many troubles bring back from transfer method

Key words: graphene, silver nanowires, conducting films, hybrid electrodes, low temperature

INTRODUCTION

Transparent and conducting metal oxides such as indium tin oxide (ITO) have been widely used as an essential element of various optoelectronic devices such as organic light-emitting diode (OLED) panels, touch screen panels, e-paper, and solar cells Vacuum deposited ITO transparent electrode possesses good physical properties such as high optical transmittance and low sheet resistance as a transparent electrode for various optoelectronic devices [1] However, it has several drawbacks such as brittleness and high processing temperature Furthermore, the scarcity of indium resources makes ITO transparent electrode very expensive recently Therefore, cheap, flexible, and solution-process able transparent electrodes have been required for next generation of optoelectronic devices such as flexible solar cells and displays Recently, new transparent electrode materials such as graphene, carbon nanotubes (CNT), and Ag nanowire (Ag NWs) films have been developed to replace conventional ITO transparent electrode [4-6,11,12] Among various ITO alternatives, Ag NWs films already showed the good optical and electrical performance comparable to ITO [9,13,14] Ag NWs are prepared

by polyol method, which extremely low cost and facile Additional, Ag NWs films can be fabricated by many methods such as spin coating, bar coatings or spray coating but one of the drawbacks of Ag NWs films is that it can be easily oxidized when exposing to ambient condition for a long time Therefore, thermal oxidation stability

of the Ag NWs films is much poorer than the competing transparent conductors such as CNT and graphene with theoretical values of charge carrier mobility higher than 200 000 cm2/V and single layer graphene only absorbs about 2.3% of visible light Although the CVD grown graphene have been used in various application areas, we should address some obstacles, such as catalyst material, growth conditions, etching problems, transfer technical and the high cost of CVD grapehene Fortunately, CCG is usually prepared by using chemical method that is the most suitable for the large-scale production of single graphene at low cost However, the main drawbacks of these method are the use of strong oxidizing agents make graphene sheets were small pieces (as show in fig 1a) leading to extremely decrease electrical conductivity of graphene films Fig 1c also show many defects in CCG films via Raman spectroscopy The Raman D band (~1365 cm−1) of graphene is activated by the defects that cause an intervalley double resonance involving transitions near two inequivalent K points at neighboring corners of the first Brillouin zone of graphene [7] To improve the conductive properties of chemical graphene films the authors have attempted to percolate more and more layers of rGO on the substrates (as shown in fig 1b) But this way is not efficiency in decrease resistance of the electrode (R = 21 000 Ω/sq with T = 78.13% at 550nm) The resistance too high to be applied to TCF for photovoltaic, which require sheet resistances of 10 Ω/sq to 50 Ω/sq approximately Just recently, Iskandar N.Kholmanov et al reported that they had experimentally verified this model by covering Ag NWs with single layer of graphene on glass substrate, and the obtained hybrid film exhibited the lowest sheet resistance of 64 Ω/sq (T = 93.6%) Following, Yang Liu et al had also

successfully fabricated this model on flexible substrate with lowest sheet resistance of 32.5 Ω/sq (T = 81.5%) [15] Although hybrid transparent electrodes of Ag NWs and graphene are demonstrated in many publishes, only few additional attempts toward hybrid with chemical graphene are reported

Figure 1 Characterization of chemical graphene (a) AFM images of graphene oxide sheets with their height

profiles (b) SEM image of many sheets of graphene (c) Raman spectroscopy of chemical graphene (1300−1400

cm) centered on the D mode (1365 cm)

Therefore, in this work we demonstrate here experimentally the assembly of CCG with 1D Ag NWs The benefits of using this hybrid films are not only to connect the rGO islands but also to protect the fiber Ag from oxidation [6,8] CCG/Ag NWs hybrid films with TCF characteristics can comparable to that of ITO films (typically, Rs = 18 Ω/sq for an optical transmittance at λ = 550 nm T550 = 82.4%) The authors have fabricated transparent electrodes at a low temperature by adding Ag NWs to CCG The hybrid transparent electrodes on plastic films exhibited low sheet resistance, high transparency, and excellent flexibility These studies on hybrid transparent electrodes demonstrate the potential for the fabrication of electrical devices on plastic films by continuous roll-to-roll processes using a simple, inexpensive, and scalable process The goal of this study was to fabricate graphene hybrid films with a Ag NWs network on arbitrary substrate The process sequence of synthesizing CCG/Ag NWs hybrid films is illustrated in Fig 2 Ag NWs dispersion in de-ionized water is spraying on a precleaned polyethylene terephthalate (PET) or glass substrate, followed by a spraying process, to form conductive subpercolating network of Ag NWs Then, several layer graphene films are spin coating on the top of the network of Ag NWs to form the final hybrid transparent electrodes, See experiment section for detailed information

Fabrication of hybrid CCG/Ag NWs electrode

The Ag NWs/CCG hybrid transparent electrode reported herein was fabricated on a glass or PET substrate with two steps Firstly, Ag NWS is spray coating on the arbitrary substrate to form Ag NWS network Then, GO solution is directly sequential spin coating on the Ag NWs network Finally, this hybrid films are exposure to hydrazine and heated to 150oC in the air condition to reduce to CCG films In this report, we fabricated Ag NWS networks on the arbitrary substrates with the same concentration of Ag NWs and conditional produce Through changing the thickness of CCG on the substrate, five samples were obtained and labeled with: H1, H2, H3, H4 and H5 We also prepared 5 samples (only with CCG) with the same thickness corresponding with the thickness

of CCG in the samples of hybrid to reference

a )

b

Figure 2 Fabrication of graphene/Ag NW films Schematic illustration of hybrid film fabrication.

RESULTS AND DISCUSSION

The morphology and structure of the as-synthesized Ag NWs was determined by SEM image (fig.3a) The

Ag NWs is separated, majority, with 40-50 nm diameter and upper 20 µm length, and the rest amount of nanoparticles is insignificant [2]

In this proceeding, the improvement of good contact among AgNWs network is extremely important and the annealing temperature is the key for solving this problem The heat treatment is not only removing the remained PVP on the surface of the AgNWs but also fuses the AgNWs together such that tight connections leading to high conductivity

Figure 4 shown the SEM image of the Ag NWs-CCG hybrid electrode, confirming that the Ag NWs create conductive bridges between graphene sheets leading to efficient in collecting and transporting the carriers to the external circuits

Figure 4 SEM image of CCG/Ag NWs on

glass substrate demonstrate that the Ag NWs bridge line defects and line disruptions (scale 500 nm)

Figure 3 (a) SEM image of AgNW network

So these hybrid films show resistance 18 Ω/sq with T = 82.4% at 550nm (for glass substrate), while previously resistance of Ag NWS and Graphene is 75 Ω/sq and 350 000 Ω/sq repectively This means improved the electrical conductivity of the graphene films up to 2000 times To explain the vast improvement in sheet

resistance of a Ag NWs-CCG electrode, we also agree with the explanation of Vincent at all that the formation

of an extended conjugated network with individual Ag NWs bridging the gaps between graphene sheets The large graphene sheets cover the majority of the total surface area, while the Ag NWs act as wires connecting the large pads together [11]

In Fig 5 and Fig 6, the optoelectronic performances of the CCG/Ag NWs films and CCG films are further compared From Fig 5, the transmittance of CCG/Ag NWs films are slightly reduced by 6% ~9%, which is due

to the added layer of Ag NWs In contrast, from Fig 5, the sheet resistance of the obtained hybrid films are simultaneously reduced, which is even lower than that of Ag NWs film Therefore, another advantage of the coated Ag NWs can be concluded that it may play a role of increasing the conductivity of Graphene film through its unique electronic properties

Recently, to evaluate optical and electrical properties of the thin films, the concept of aspect ratio DC/Op

often used The higher the aspect ratio is the better the properties of TCO thin film The transmittance and sheet resistance for thin films are related by (1) expression, where Op is the optical conductivity (here quoted at 550 nm) and DC is the DC conductivity of the film [9,10]

Figure 6 Transmittance of the AgNWs, CCG and

the hybrid CCG/Ag NWs electrode without

including the substrate

Figure 5 Sheet resistance vs transmittance of Ag

NWs, CCG and hybrid CCG/Ag NWs electrode

Table 1: The optical and electrical properties of hybrid silver nanowires/graphene film with respect to different

molar ratio of rGO and Ag NWs

CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT DỰA TRÊN TỔ HỢP LAI BẠC

NANOWIRE VÀ GRAPHENE Ở NHIỆT ĐỘ THẤP

Hoàng Thị Thu, Huỳnh Trần Mỹ Hòa, Trần Quang Trung

Khoa Vật lý - Vật lý Kỹ thuật, Trường ĐH KHTN, ĐHQG-HCM

TÓM TẮT

Gần đây, Graphene đang rất được chú ý do các ứng dụng tiềm năng của nó trong các thiết bị điện tử và quang điện tử Graphene thường được chế tạo bằng phương pháp Hummer hoặc Hummer' cải tiến Các phương pháp này rất thích hợp cho việc sản xuất quy mô lớn với chi phí thấp nhưng những nhược điểm chính của phương pháp này là việc sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh sẽ làm cho màng graphene bị nát dẫn đến giảm đáng kể tính dẫn điện của màng Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày một phương pháp rẻ tiền, nhanh chóng và đơn giản để chế tạo điện cực lai dựa trên các dây nano bạc (Ag NWS) với graphene (CCG) trên các đế tùy ý Những điện cực này có điện trở thấp (18 Ω/□) và độ truyền qua cao (82,4%), có thể so sánh với điện cực trong suốt ITO Điện cực chế tạo được có tỉ số DC /OP = 104 gần bằng với đế ITO thương mại Đặc biệt, toàn bộ quá trình chế tạo được thực hiện ở nhiệt độ thấp Các màng graphene là quay phủ trực tiếp trên bề mặt đế mà không cần transfer, tránh được rất nhiều khó khăn, hệ lụy do phương pháp này mang lại

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] C.H Chung, T.B Song, B Bob, R Zhu, Y Yang Solution-Processed Flexible Transparent Conductors

Composed of Silver Nanowire Networks Embedded in Indium Tin Oxide Nanoparticle Matrices, Springer Nano Res (2012) ISSN 1998-0124

[2] H T Thu, T Q Trung Preparation of silver nanowires by polyol method and their application for

transparent conducting electrode, Sci Tech 50/1B (2012) 472-480

[3] Tran Quang Trung, Le Thi Lua, Tran Van Tam, Nguyen Thi Phuong Thanh, Huynh Tri Phong, Huynh Tran

My Hoa The effect of annealing temperature on conductivity of reduced graphene oxide prepared by the

modified hummers method Journal of Science and Technology 50 (1B) (2012) 425-431

[4] David S Hecht, Liangbing Huand Glen Irvin, Emerging transparent electrodes based on thin films of Carbon

nanotubes, Graphene, and metallic nanostructures Advanced Materials (23), (2011) 1482–1513

[5] T Tokuno, M Nogi, J.Jiu, KSuganuma, Hybrid transparent electrodes of Silver nanowires and carbon

nanotubes: a low temperature solution process, Nanoscale Research Letters 7 (1) (2012) 281

[6] Ahn Y, Jeong Y, Lee Y, Improved thermal oxidation stability of solution-processable silver nanowire transparent electrode by reduced graphene oxide, ACS Appl Mater Interfaces. 4 (12) (2012) 6410-4

[7] I N Kholmanov, C W Magnuson, A E Aliev, R S Ruoff Improved electrical conductivity of graphene

films integrated with metal nanowires Nano Lett.12 (11) (2012) 5679–5683

[8] Y S Yun, D H Kim, B.Kim, H H Park, H-J Jin Transparent conducting films based on grapheme oxide/silvernano wire hybrids with high flexibility, Synthetic Metals 162 (15–16) (2012) 1364–1368

[9] S De, T M Higgins, P E Lyons, E M Doherty, P N Nirmalraj, W Blau, J J Boland, J N Coleman Silver Nanowire Networks as Flexible, Transparent, Conducting Films: Extremely High DC to Optical

Conductivity Ratios, ACS Nano 3 (7) (2009)1767–1774

[10] Dressel, M.; Gruner, G Electrodynamics of Solids: Optical Properties of Electrons in Matter; Cambridge University Cambridge, 2002

[11] V C Tung, L-M Chen, M J Allen, J K Wassei Low-Temperature Solution Processing of

Graphene-Carbon Nanotube Hybrid Materials for High-Performance Transparent conductors, Nano Lett 9 (5) (2009),

1949–1955

[12] Li, X L.; Zhang, G Y.; Bai, X D.; Sun, X M.; Wang, X R.; Wang, E.; Dai, H J.Nat - Highly conducting

graphene sheets and Langmuir–Blodgett films - Nanotechnol 3, 2008, 538

[13] Erik C Garnett, Mark L Brongersma Self – Limited plasmonic welding of silve nanowire junctions

Nature materials 11, (2012), 241–249

[14] Liqiang Yang, Tim Zhang, Wei you Solution – Processed Flexible Polymer Solar Cell with Silve Nanowire

Electrodes ACS applied materials and interfaces 3, (2011), 4075-4084

[15] Yang Liu, Quanhong Chang and Lei Huang Transparent, flexible conducting graphene hybrid films with a

subpercolating network of silver nanowires J Mater Chem C, 2013,1, 2970-2974

II-O-1.5

KIỂM TRA THÙNG THẢI PHÓNG XẠ BẰNG KỸ THUẬT QUÉT GAMMA PHÂN ĐOẠN VÀ CHỤP ẢNH CẮT LỚP GAMMA

Huỳnh Tăng Hiền, Hoàng Thị Kiều Trang, Trần Thiện Thanh, Trần Thị Thu Sương,

Lê Bảo Trân, Châu Văn Tạo

Bộ môn Vật lý – Kỹ thuật Hạt nhân, Khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Tp HCM

Email: htktrang@hcmus.edu.vn

TÓM TẮT

Để giảm thiểu ảnh hưởng của chất thải phóng xạ tới môi trường và con người, ta cần kháo sát cẩn thận đặc tính và hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong thùng thải phóng xạ Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng kỹ thuật quét gamma phân đoạn và chụp ảnh cắt lớp gamma để xác định phân

bố đồng vị phóng xạ trong thùng thải Tia gamma phát ra từ nguồn Co-60 đặt trong thùng được ghi nhận bởi đầu dò NaI(Tl) có kích thước 3 in Đầu tiên, chúng tôi quét dọc trục thẳng đứng để xác định

vị trí nguồn phóng xạ theo chiều cao thùng Sau đó, chúng tôi chụp ảnh cắt lớp gamma để xác định vị trí nguồn phóng xạ trên một lát cắt Ảnh được tái tạo bằng phương pháp chiếu ngược có lọc và được

xử lý bằng phương pháp biến đổi cường độ ảnh Bên cạnh đó, chúng tôi cũng xác định hàm độ nhòe điểm của hệ chụp ảnh để hiệu chỉnh ảnh hưởng của đầu dò Vị trí nguồn được xác định phù hợp với thực nghiệm với sai số là 6% Việc kiểm tra thùng thải bằng cách áp dụng hai kỹ thuật quét gamma phân đoạn và chụp ảnh cắt lớp gamma phát xạ cho ta thấy được phân bố nguồn trong thùng với độ chính xác cao

Từ khóa: chụp cắt lớp gamma, dựng ảnh, hàm nhòe điểm, thùng thải phóng xạ, nguồn điểm

đó, bằng cách thay đổi hàm đáp ứng của đầu dò, T Krings và E Mauerhofer [2] đã thu được hoạt độ nguồn với sai số thấp hơn phương pháp của Y.F Bai Trong nước, T.Q Dũng [3] đã sử dụng hai đầu dò đồng nhất trong kỹ thuật SGS để xác định hoạt độ nguồn phóng xạ trong thùng thải Tuy nhiên, vị trí nguồn phóng xạ thu được từ kỹ thuật SGS có độ chính xác thấp Với sự phát triển của ảnh kỹ thuật số, Raphael Thiery [4] đã áp dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp gamma để xác định phân bố nguồn trong thùng thải phóng xạ Trong bài báo này, chúng tôi tập trung cải thiện độ chính xác của vị trí nguồn phóng xạ bằng cách kết hợp phương pháp SGS với chụp ảnh cắt lớp gamma cho hệ đo thùng thải chứa nguồn điểm Ảnh cắt lớp được tái tạo bằng phương pháp chiếu ngược có lọc Đồng thời, chúng tôi áp dụng các phương pháp xử lý ảnh để tăng chất lượng hình ảnh như biến đổi cường độ ảnh

cm, 10.5 cm Độ rộng cửa sổ của ống chuẩn trực là 3 cm Đầu dò được gắn với ống Osrey, đây là một bộ tích hợp bao gồm ống phân tích đa kênh (Multi-Chanle Analyzer – MCA) và một số thiết bị xử lý tín hiệu Osrey được kết nối với máy tính và kiểm soát thông qua chương trình Genie-2000 để hiển thị và xử lý phổ gamma Nguồn phóng xạ có dạng hình trụ, đường kính 5 mm, cao 3.18 mm Vỏ bọc của nguồn có đường kính 25.4 mm

và chiều cao 6.35 mm Đồng vị phóng xạ được sử dụng trong thực nghiệm là nguồn Co-60 có hoạt độ là 15.75 μCi [6] Ở đây, chúng tôi sử dụng thùng thải có thể tích 210 lít với đường kính và chiều cao thùng lần lượt là 58

cm, 86 cm Cấu hình của hệ đo được mô tả trên hình 1

Hình 1 Cấu hình hệ đo

Bên trong thùng chứa đầy cát và các ống nhựa được đặt thẳng đứng tại những vị trí xác định để đưa nguồn vào trong thùng thải Hình 2a và 2b lần lượt là hình chụp và tọa độ các ống nhựa bên trong thùng

Hình 2 Cấu trúc bên trong thùng thải, (a) hình chụp bên trong thùng, (b) vị trí phân bố ống nhựa

Chúng tôi áp dụng phương pháp SGS để xác định vị trí nguồn theo chiều cao thùng Đầu dò được đặt trên một hệ nâng Thùng được chia thành 11 phân đoạn khác nhau theo chiều thẳng đứng Chúng tôi di chuyển đầu

dò dọc theo các phân đoạn Từ đó, chúng tôi xác định được phân đoạn chứa nguồn phóng xạ tương ứng với số đếm đo được lớn nhất

Hình 3 Phương thức ghi nhận dữ liệu, (a) phương dịch chuyển thẳng đứng của đầu dò dọc theo thùng thải, (b)

phương dịch chuyển ngang của đầu dò và chiều quay của thùng trên mặt cắt ngang

Sau khi xác định được phân đoạn chứa nguồn, chúng tôi tiến hành ghi nhận các hình chiếu để dựng ảnh cắt lớp Đầu tiên, đầu dò được dịch chuyển từ biên trái tới biên phải của thùng Mỗi bước dịch chuyển là 3 cm, tương ứng với độ rộng ống chuẩn trực Sau một lần dịch chuyển theo phương ngang của thùng, ta ghi nhận được một tập hợp các số đếm, còn gọi là một hình chiếu Tiếp theo, thùng được quay một góc θ nhờ một hệ quay phía dưới thùng Ta tiếp tục ghi nhận hình chiếu của thùng tương ứng với vị trí góc quay mới Từ đó, ta thu được một tập hợp các hình chiếu, hay ma trận hình chiếu sau khi quay hết một vòng thùng thải Hình 3a mô tả phương dịch chuyển thẳng đứng của đầu dò theo các phân đoạn, 3b mô tả phương dịch chuyển ngang của đầu dò và chiều quay của thùng thải để ghi nhận các hình chiếu của một lát cắt

Phương pháp chiếu ngược có lọc

Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng phương pháp chiếu ngược có lọc để tái tạo ảnh Giá trị mỗi điểm ảnh được tính bằng tổng giá trị các hình chiếu giao nhau Ở đây, chúng tôi xem hình chiếu ghi nhận là song song, đầu

dò chỉ ghi nhận các tia tới cùng phương với trục đầu dò Để mô tả điều đó bằng một mô hình toán học, ta gọi hàm f(x, y) là hàm phân bố cường độ phóng xạ ghi nhận được ứng với một lớp cắt, với (x, y) là một hệ tọa độ vuông góc Nếu chúng ta gọi (s, t) là hệ trục tọa độ vuông góc có được bằng cách quay hệ trục tọa độ (x, y) theo một góc θ, thì tổng số đếm ghi nhận tại mỗi vị trí đặt đầu dò được mô tả bằng một hàm g(s, θ) Hàm này còn được gọi là phép biến đổi Radon của hàm f(x, y) được định nghĩa như sau [7]:

Giá trị của điểm ảnh sẽ tăng dần tại những vị trí có sự giao nhau giữa các hình chiếu, được mô tả như sau:

π 0

Trong phương pháp chiếu ngược, nếu số hình chiếu ghi nhận được quá nhỏ thì có thể tạo ra các ảnh giả hình sao hoặc đường sọc [7], [8] Để khắc phục hạn chế này, ta phải sử dụng kỹ thuật lọc ảnh khi chiếu ngược Dựa trên phương pháp biến đổi Fourier, ta có thể biến đổi các hình chiếu ghi nhận được trong miền không gian sang miền tần số Từ đó, ta áp dụng hàm lọc trong miền tần số để loại bỏ những tần số không mong muốn Ta gọi F và F-1 lần lượt là toán tử biến đổi Fourier và biến đổi Fourier ngược W(ω) là hàm lọc trong miền tần số với biến tần số ω, g*(s, θ) là hàm Radon sau khi đã được lọc Ta có thể biểu diễn phương pháp chiếu ngược có lọc dưới dạng phương trình sau:

Biến đổi độ tương phản

Phép biến đổi cường độ ảnh là một kỹ thuật được áp dụng phổ biến trong xử lý ảnh Kỹ thuật này tác dụng một toán tử trực tiếp lên từng pixel trong miền không gian ảnh nhằm làm thay đổi độ tương phản của ảnh

Ta gọi T là toán tử biến đổi cường độ ảnh, f và I lần lượt là hàm phân bố cường độ ảnh lúc đầu và sau khi biến đổi Hàm biến đổi cường độ ảnh được đề cập trong nghiên cứu này là hàm tăng độ tương phản được định nghĩa như sau:

Hồi phục ảnh

Trong quá trình ghi nhận số liệu, đáp ứng không tốt của đầu dò luôn góp phần làm cho ảnh tái tạo bị nhòe,

độ phân giải không gian của ảnh kém đi Mức độ nhòe của ảnh có thể được đặc trưng bởi hàm độ nhòe điểm, hay PSF (Point Spread Function) PSF của một hệ dựng ảnh mô tả dạng nhòe trong ảnh cắt lớp của một nguồn điểm Một cách gần đúng, PSF có dạng tổng của hàm Gauss và một hàm thể hiện phông [10], [11]

Xét một ảnh cắt lớp bị nhòe và nhiễu do hệ ghi nhận ảnh, nếu độ xám của ảnh được mô tả bởi hàm f, thì ta

có thể biểu diễn f dưới dạng sau:

với H là PSF của hệ đo, toán tử “*” là toán tử tích chập X là ảnh gốc, n là nhiễu của ảnh Việc xác định PSF của một hệ đo cho ta khả năng loại bỏ độ nhòe ảnh và phục hồi ảnh gốc mong muốn Ở đây, chúng tôi áp dụng phương pháp Lucy-Richardson để hồi phục ảnh Phương pháp này dựa trên thuật toán lặp cơ hội cực đại để ước lượng nghiệm gần đúng, có dạng như sau [12]:

KẾT QUẢ THẢO LUẬN

Xác định phân đoạn chứa nguồn phóng xạ

Nguồn Co-60 được đặt tại phân đoạn thứ 8, ống số 12 Dựa trên kỹ thuật SGS, đầu dò được di chuyển theo từng phân đoạn để ghi nhận số đếm Hình 4 biểu diễn số đếm ghi nhận được theo vị trí các phân đoạn dọc theo phương thằng đứng của thùng thải Từ đó, ta có thể xác định nguồn Co-60 nằm tại phân đoạn số 8 ứng với vị trí

có số đếm đạt cực đại Sau đó, chúng tôi ghi nhận ảnh cắt lớp trên phân đoạn này và tái tạo bằng phương pháp chiếu ngược

Hình 4 Biểu đồ phân bố số đếm theo các phân đoạn Dựng ảnh cắt lớp gamma với nguồn đặt tại tâm

Đầu tiên, chúng tôi ghi nhận hình chiếu theo phương ngang của thùng ứng với vị trí góc 0o Mỗi vị trí đặt đầu dò được đo trong 50 giây và lấy số đếm tổng trên phổ ghi nhận được Do độ rộng ống chuẩn trực là 3 cm, nên mỗi bước dịch chuyển mịn nhất của đầu dò theo phương ngang là 3 cm và số vị trí quét ngang là 20 trên một hình chiếu Như vậy, ảnh tái tạo có kích thước 20×20 pixel Sau đó, dữ liệu các hình chiếu được xác định tương

tự ứng với mỗi góc quay 3° Từ đó, chúng tôi áp dụng phương pháp chiếu ngược có lọc để tái tạo ảnh cắt lớp với hàm lọc Hann

Hình 5 Ảnh cắt lớp của thùng thải, (a) ảnh tái tạo bằng phương pháp chiếu ngược có lọc, (b) đồ thị phân bố

cường độ ảnh PSF của hệ đo được xác định bằng cách khớp phi tuyến dữ liệu hình chiếu ứng với góc 00 với một hàm tổng của hàm Gauss và hàm bậc hai Hàm làm khớp được mô tả trên hình 6, với hệ số xác định của việc làm khớp hàm là 0.995 Từ hàm khớp ta có thể ước lượng được độ lệch chuẩn của PSF [14]

Hình 6 Hàm làm khớp từ dữ liệu trong ảnh

Độ lệch chuẩn của PSF được xác định là σ = 1.444 Từ đó, ảnh gốc được hồi phục bằng thuật toán Richardson Ta nhận thấy vị trí nguồn bị sai lệch l pixel Và ngoài vị trí đặt nguồn có cường độ cao nhất, trong ảnh còn xuất hiện các ảnh giả Do trong quá trình hồi phục ảnh, PSF được ước lượng một cách gần đúng, và trong ảnh tái tạo vẫn tồn tại nhiễu và các ảnh giả do thuật toán chiếu ngược tạo ra Ta gọi (xA, yA), (xT, yT) lần lượt là tọa độ nguồn phóng xạ xác định được từ ảnh tái tạo và thực nghiệm Từ ảnh cắt lớp, ta xác định được (xA,

Lucy-yA) = (32 ± 2, 28 ± 2) (cm), trong khi vị trí thực nghiệm là (xT, yT) = (30 ± 2, 30 ± 2) (cm) Như vậy, kết quả đạt được có sai số là 6%

Hình 7 Ảnh sau khi được hồi phục, (a) ảnh của thùng thải sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của hệ đo, (b) đồ thị

phân bố cường độ ảnh

Dựng ảnh cắt lớp với nguồn đặt vị trí khác tâm thùng

Chúng tôi thực hiện các phép đo tương tự với góc quay 300 để ghi nhận ảnh cắt lớp khi nguồn đặt tại vị trí (xT, yT) = (37 ± 2, 12 ± 2) (cm) Do số hình chiếu it, góc quay thô, nên ảnh tái tạo sau khi lọc tồn tại ảnh giả tại những vị trí biên Để làm giảm ảnh hưởng từ ảnh giả đến việc xác định vị trí nguồn, chúng tôi sử dụng hàm tăng

độ tương phản theo phương trình [4] Khi tăng giá trị E đến 4 thì các ảnh giả tại biên giảm đáng kể Hình 8a cho thấy ảnh sau khi hồi phục và 8b là đồ thị phân bố cường độ ảnh tương ứng Dựa trên sự phân bố cường độ ảnh sau khi hồi phục, ta xác định được (xA,yA) = (35 ± 2, 14 ± 2) (cm) Với vị trí thực nghiệm là (xT, yT) = (37 ± 2,

12 ± 2) (cm), sai số vị trí là 6%

Hình 8 Ảnh đã hồi phục, (a) ảnh cắt lớp sau khi hồi phục, (b) đồ thị phân bố cường độ ảnh tương ứng

KẾT LUẬN

Bằng cách kết hợp hai kỹ thuật SGS và chụp ảnh cắt lớp gamma phát xạ, chúng tôi đã dựng được ảnh cắt lớp trên phân đoạn chứa nguồn dựa trên phương pháp chiếu ngược có lọc và một số kỹ thuật xử lý ảnh Từ đó, vị trí nguồn đặt tại tâm và khác tâm thùng được xác định với sai số 6% so với thực nghiệm

Lời cám ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong khuôn khổ đề tài mã số C2014-18-28 Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên ĐHQG-HCM, đặc biệt là Bộ môn Vật lý – kỹ thuật hạt nhân đã tạo mọi điều kiện để chúng tôi thực hiện công trình nghiên cứu này Chúng tôi cũng xin cám ơn PGS.TS Phạm Thế Bảo, Trưởng bộ môn Ứng dụng tin học, Khoa Toán – Tin học, Trường ĐH KHTN ĐHQG-HCM, đã cung cấp nhiều tài liệu tham khảo cùng những lời khuyên quý giá

NUCLEAR WASTE DRUM ASSAY USING SEGMENTED GAMMA SCANNING AND

GAMMA EMISSION TOMOGRAPHY TECHNIQUES

Huynh Tang Hien, Hoang Thi Kieu Trang, Tran Thien Thanh, Tran Thi Thu Suong,

Le Bao Tran, Chau Van Tao

Nuclear Engineering Physics Department, Faculty of Physics and Engineering Physics

VNU HCM - University of Science

a horizonal slice where the source is found The images are reconstructed using filtered backprojection method Besides, the Point Spread Function (PSF) of the imaging system is measured and applied to deconvolute detector effects The source position is found in agreement with the experimental arrangement within 6% uncertainty Assaying a waste drum using both segmented gamma scanning and gamma emission tomography techniques saves time while still provides

information about the radioactive sources in details

Key words: gamma emission tomography, image reconstruction, point spread function,

segmented gamma scanning, nuclear waste drum, point source

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Y.F.Bai, E Mauerhofer, D.Z Wang, R Odoj (2009), “An improved method for the non-destructive

characterization of radioactive waste by gamma scanning”, Applied Radiation and Isotopes, 67(10)

[2] Thomas Krings, Eric Mauerhofer (2011), “Reconstruction of the activity of point sources for the acurate

characterization of nuclear waste drums by segmented gamma scanning”, Applied Radiation and Isotopes, 69(6)

[3] Tran Quoc Dung, Phan Trong Phuc, Trương Truong Son, Le Anh Đuc (2012), “Evaluation of combination of different methods for determination of activity of radioactive waste in sealed drum”,

Journal of Pedagogy University Ho Chi Minh city, 36

[4] Raphael, Jean-Luc Pettier, Laurent Desbat (1999), Simultaneous Compensation for Attenuation, Scatter and Detector Response for 2D-Emission Tomography on Nuclear Waste with Reduced Data, Buxton,

Greater Manchester

[5] Canberra In., “Model 802 Scintillation Detectors”, 2009

[6] Tran Thi Thu Suong, “Tính toán phân bố của đồng vị phóng xạ trong thùng thải”, khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐH KHTN ĐHQG HCM, 2014

[7] Philippe P Bruyant (2002), “Analytic and iterative reconstruction algorithms in SPECT”, J Nucl Med,

[9] Rafael C Gonzalez, Richard E Woods (2007), Digital image processing, 3rd edition, Prentice Hall,

USA

[10] John C.Russ (2011), The image processing handbook, 6th edition, CRC Press, USA

[11] Alex Small, Shane Stahlheber (2014), “Fluorophore localization algorithms for super-reslution

microscopy”, Nature Methods, 11

[12] Manoj Kumar Singh, Uma Shanker Tiwary, Young-Hoon Kim (2008), “An adaptively accelerated

Lucy-Richardson method for image deblurring”, EURASIP Journal on Advances in Signal Processing,

II-O-1.9

CHẾ TẠO CHẤM LƯỢNG TỬ CHÌ SULFIDE (PBS), ỨNG DỤNG VÀO ĐIỆN CỰC ANODE QUANG TRONG PIN MẶT TRỜI CHẤM LƯỢNG TỬ NHẠY QUANG (QDSSCS)

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ĐHQG - HCM

TÓM TẮT

Trong bài nghiên cứu này, chấm lượng tử Chì Sulfide (PbS) được chế tạo bằng phương pháp Coloidal: Dung dịch Chì axetat và TheoUreA trong dung môi Methanol kết hợp với nhau tạo thành hợp phức (Pb-S), cho thêm chất bao PolyVynylpropidone (PVP) để giới hạn kích thước của chấm lượng tử PbS Ứng dụng vào chế tạo điện cực anode quang trong pin mặt trời chấm lượng tử nhằm nâng cao hiệu suất của pin

Từ khóa: chấm lượng tử , PbS

GIỚI THIỆU

Chấm lượng tử là các tinh thể nano bán dẫn, có kích thước trung gian giữa phân tử, nguyên tử và vật liệu khối, gồm 100:1000 phân tử, nguyên tử; trong cấu trúc có sự giam hãm cả 3 chiều trong không gian, các mức năng lượng gần giống như các mức năng lượng của nguyên tử vì vậy chấm lượng tử còn được gọi là “nguyên tử nhân tạo” Chấm lượng tử được chế tạo bằng nhiều phương pháp Trong đó, phương pháp hóa ướt ( cụ thể kỹ thuật Coloidal là phương pháp cho các tinh thể nano chất lượng tốt nhất)

Chì Sulfide PbS là vật liệu bán dẫn phân lớp IV-VI với độ rộng vùng cấm hẹp (0.41eV), bán kính Borh Exition lớn (18nm) cho thấy một hiệu ứng giam hãm lượng tử mạnh trong vùng hồng ngoại gần Ngoài ra, PbS

có khối lượng của các điện tử và lỗ trống nhỏ (0.75m0 và 0.8m0) tạo điều kiện cho việc định hướng các điện tích trong màng chấm lượng tử để tăng tính linh động của hạt tải và độ dẫn Với những đặc trưng trên, chấm lượng

tử PbS thu hút rất nhiều trong công nghệ vật liệu và quang học đặc biệt là trong chế tạo pin mặt trời chấm lượng

Quy trình chế tạo chấm lượng tử PbS

o Chì acetate trihidrat (Pb(CH3COO)2.3H2O) và ThioureA (SC(NH)2) lần lượt được cho vào hai lọ thủy tinh khác nhau

o Tiếp tục cho Methanol lần lượt vào hai lọ trên (mỗi lọ 10 ml), sau đó khuấy tan trong vòng 1 phút Methanol được thêm vào đóng vai trò là dung môi, hòa tan các muối Pb(CH3COO)2.3H2O, SC(NH)2 tạo thành các dung dịch muối trong suốt có nồng độ 0.05M

o Hai dung dịch muối trên cho tác dụng với nhau, khuấy tan trong 5 phút tạo thành dung dịch phức hợp (Pb-S) có nồng độ 0.1M , trong suốt

o Cuối cùng, cho Polyvinylpyrrolidone (PVP) vào hỗn hợp trên , trong khoảng vài giây dung dịch bắt đầu đổi màu, ta thu được chấm lượng tử PbS PVP trong trượng hợp này đóng vai trò là “chất bao” Dung dịch thu được đổi màu nhanh hay chậm phụ thuộc vào khối lượng PVP thêm vào

o Kích thước của hạt chấm lượng tử được xác định gián tiếp qua việc đo phổ UV – Vis và phổ XRD

Chế tạo pin mặt trời chấm lượng tử PbS

o Chế tạo màng TiO2 trên nền kính FTO

Kính FTO kích thước 1.3 x 1.6 được xử lí sạch (đánh siêu âm, ngâm TiCl4 nồng độ 40mM ở 700C trong 30 phút, rửa lại bằng cồn) Sau đó, kính FTO được quét một lớp keo TiO2 thương mại (Dyelsol, DSL 18NR-T) bằng khung in lụa 43T (43 T mesh/inch) và được nung ở 500oC để kết tinh pha anatase trong 30 phút

o Chế tạo điện cực anode quang TiO2/PbS

Màng TiO2 được ngâm trong dunng dịch chấm lượng tử PbS 10 giờ, sau đó màng được lấy ra sấy khô

100oC trong 10 phút Màng TiO2 tiếp tục được lấy ra rửa sơ qua nước cất, sấy khô ở 100oC trong 10 phút Ta hoàn thành điện cực anode quang TiO2/PbS

o Chế tạo điện cực cathode

Kính FTO với kích thước như anode (1.3 x 1.6 cm) được khoan 2 lỗ nhỏ 1 mm, xử lý sạch như đối với anode nhưng không xử lý TiCl4 Sau đó, cathode được quét một lớp Pt thương mại (Platinum Dyesol, Úc) và nung ở 450oC trong 30 phút

o Ráp pin

Điện cực anode và cathode sau khi hoàn thành được ghép với nhau, giữa hai điện cực là một lơp nhựa dẻo Surlyn.Pin được ép nhiệt bằng máy ép nhiệt chân không ở nhiệt độ 180oC – 200oC , lớp surlyn nóng chảy dính chặt hai điện cực với nhau Bơm chất điện ly polysulfide vào pin thông qua hai lỗ khoan, dán kín lỗ khoan, quét chỉ bạc vào hai vị trí tiếp xúc trên anode và cathode để tăng khả năng dẫn dòng điện

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Khảo sát dung dịch chấm lương tử PbS

Từ giãn đồ nhiễu xạ tia X (Hình 1), chúng ta thấy xuất hiện 6 đỉnh nhiễu xạ ở các vị trí 2𝜃 = 25.960, 30.120, 43.070, 50.850 , 53.240, 69.120 ứng với các mặt mạng (111), (200), (220), (310), (222), (331) của pha cấu trúc tinh thể khối lập phương tâm mặt của PbS Kết hợp với kết quả phổ UV –Vis (Hình 2), chúng tôi xác định được một vị trí đỉnh phổ tại bước sóng 603 nm (tương ứng với màu của dunng dịch là nâu đỏ) so với vật liệu khối PbS (Eg = 0.41eV) có bước sóng khoảng 3000 nm có sự dịch chuyển về bước sóng ngắn Điều này khẳng định rằng chúng tôi đã chế tạo thành công chấm lượng tử PbS Dựa theo lý thuyết khối lượng hiệu dụng của Brus tính được kích thước của chấm lượng tử là 2.9 nm

Hình 3 Dung dich PbS sau khi mới chế tạo xong

Khảo sát Anode TiO 2 /PbS

Tiến hành ngâm tế bào pin trong chấm lượng tử 10 giờ.Sau đó, thực hiên chụp ảnh SEM của anode TiO2

và anode TiO2/PbS

Kết quả cho thấy: bề mặt TiO2 xuất hiện nhiều dạng ốc đảo và các lỗ xốp hầu như bị lấp kín, có thể chấm lượng tử PbS bám, hấp thụ lên bề mặt màng TiO2.Tuy nhiên, các hạt phân bố không xếp chặt, không lấn sâu vào màng TiO2, chủ yếu là trên bề mặt màng TiO2, kích thước lớn và không đồng đều (có hạt lên tới 300 nm, nhưng cũng có hạt chỉ khoảng 200 nm)

PbS có hình thành trên màng TiO2 hay không, để chắc chắn chúng tôi chụp phổ nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc tinh thể của màng

Hình 6 Giãn đồ XRD của màng TiO2/PbS

Giãn đồ nhiễu xạ tia X xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ ở các vị trí 2𝜃 = 26.570, 29.700, 51.640, 62.080 tương ứng với các mặt mạng (111), (200), (311), (400) của PbS , điều này đã khẳng đinh được rằng PbS đã hấp thu được lên màng TiO2

Khảo sát pin mặt trời chấm lượng tử PbS

Pin mặt trời sau khi chế tạo xong sẽ được đánh giá tính năng bằng đặc trưng dòng thế I – V đo bằng hệ máy Keithley (Keithey model 2400 digital source meter, USA) kết hợp với hệ mô phỏng ánh sáng mặt trời Oriel Sol1A của Mĩ Cường độ sang được điều khiển bằng pin chuẩn (Photodiode) đã được chuẩn hóa Đo đặc trưng I – V trên hệ hai điện cực, điện cực làm việc được nối với anode của pin, điện cực đối được nối với cathode của pin Số liệu đường I – V được xử lý bằng phần mềm IV2400

Hình 7 Đặc trưng I-V của pin TiO2/PbS

Bảng 1 Các thông số của QDSSCs TiO2/PbS

(mA/cm2) Voc (V) FF(%) η(%)

Hiệu suất chúng tôi thu được vẫn còn thấp, một vài nguyên nhân ảnh hưởng đến kết quả như:

Dung dịch chấm lượng tử PbS chúng tôi chế tạo được có tính không ổn định cao, kích thước hạt lớn, không chen sâu vào màng TiO2, chỉ tồn tại trên bề mặt (hình 5.8, hình 5.14)

Trong quá trình truyền tải các điện tử bị bẫy (do điện cực anode quang bị lẫn tạp chất như oxi chẳng hạn….) Ở vùng tiếp giáp giữa chấm lượng tử và điện cực, các điện tử có thể bị bẫy bởi các quá trình khác nhau Điện cực Cathode chúng tôi sử dụng là Pt với dung dịch chất điện ly là S/S2- Mặc dù, Pt có điện trở kháng thấp hơn các điện cực cathode là CoS và CuS làm cho điện trở chuyện điện tích từ bề mặt kính thủy tinh dẫn đến

Pt nhỏ hơn so với trường hợp của CoS và CuS nhưng quá trình chuyển điện tích từ Pt đến hệ điện ly S/S2- trở nên khó khăn hơn so với hai trường hợp còn lại

KẾT LUẬN

Chúng tôi đã tổng hợp thành công chấm lượng tử PbS ở nhiệt độ phòng và gắn kết vào điện cực anode quang ứng dụng trong pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang Kết quả cho thấy đã có sự gắn kết của chấm lượng tử lên màng Tuy nhiên, do kích thước hạt không đồng đều và còn khá lớn, chưa xen sâu vào trong cấu trúc TiO2 Trong các hướng nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi sẽ khảo sát các thông số điều khiển kích thước hạt, nhằm tăng cường khả năng hấp thu cũng như liên kết giữa chấm lượng tử lên điện cực

SYNTHESIZE LEAD SULFIDE (PBS) APPLY TO THE OPTICAL ANODE IN QUANTUM

DOTS SENSITIZED SOLAR CELL (QDSSCS)

ABSTRACT

In this research, Lead sulfide (PbS) quantum dot was synthesized by Coloidal method: separate solutions of PbAc and TU in methanol were prepared These solutions were mixed to produce

a PbAc–TU complex and then added Polyvinylpyrrolidone (PVP) to limit the size of PbS QDs Apply

to the optical anode in quantum dot sensitised solar cell to improve efficiency of cell

Key word: quantum dot, PbS

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Văn Nghiêm, “Phủ màng Chì sulfite (PbS) trên nền kính thủy tinh dẫn điện băng phương pháp điện hóa và ứng dụng làm Cathode cho pin mặt trời chấm lượng tử (QDSC)”,Luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG Tp.HCM, 2013

[2] Nguyễn Quốc Khánh, “Chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu tổ hợp nano CdSe/PMMA”, Luận văn thạc sĩ, Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội, 2012

[3] Jayesh D.Patel, Frej Mighria, Abdellah Ajji, Tapas K Chaudhuri, “Morphology and size control of lead sulphide nanoparticles produced using methanolic lead acetate trihydrate–thiourea complex via different precipitation techniques”, Materials Chemistry and Physics, 132, 2014, pp 747 – 755 [4] M Sasani Ghamsaria, S Radiman, M Ambar Yarmo, M.A Abdul Hamid,A Bananej, I Abdul Rahman, “Colloidal PbS nanocrystals with narrow photoluminescence spectra”, Materials Letters 65,

2011, pp 1381–1384

[5] Minwoo Nama, Taeyoon Lee, Sungwoo Kim, Sejin Kim, Sang-Wook Kim, Kee-Keun Lee, “Two strategies to enhance efficiency of PbS quantum dot solar cells: Removing surface organic ligands and configuring a bilayer heterojunction with a new conjugated polymer”, Organic Electronics 15, 2014, pp 391–398

[6] Umaima Elfurawi, MSci, “Optical and Electronic Properties of PbS Colloidal Nanocrystals”, University

II-O-1.10

NÂNG CAO TÍNH CHẤT ĐIỆN QUANG CỦA MÀNG PHA TẠP SILIC VÔ ĐỊNH HÌNH

ỨNG DỤNG CHẾ TẠO PIN MẶT TRỜI CHUYỂN TIẾP DỊ THỂ

Phạm Hoài Phương, Trần Quang Trung, Phạm Đăng Khoa

Khoa Vật lý - Vật lý Kỹ thuật, Trường ĐH KHTN, ĐHQG-HCM

Email: phphuong@hcmus.edu.vn

TÓM TẮT

Nâng cao tính chất quang, điện của màng pha tạp silic vô định hình đóng vai trò lớp phát trong cấu trúc pin mặt trời chuyển tiếp dị thể là giải pháp then chốt nhằm nâng cao dòng ngắn mạch (I SC ) và thế hở mạch (V OC ) hay nâng cao cao hiệu suất pin Yêu cầu kỹ thuật của lớp phát trong cấu trúc pin là phải có độ rộng vùng cấm lớn, sai hỏng bề mặt thấp và độ dẫn điện cao Trong báo cáo này chúng tôi chế tạo màng silic vô định hình pha tạp loại N bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD) với các thống số chế tạo màng như: áp suất, nhiệt độ đế, công suất plasma, nồng

độ pha tạp được giữ cố định mà chỉ thay đổi tỉ lệ hidro pha loãng silan (H 2 /SiH 4 +H 2 ) từ 90% đến 97% Các tính chất đặc trưng của màng như: độ rộng vùng cấm quang, sự chuyển cấu trúc từ vô định hình sang nano tinh thể (lượng tinh thể có trong màng) và độ dẫn điện của màng đã được khảo sát Với thông số lắng đọng màng tối ưu vừa tìm được chúng tôi áp dụng vào chế tạo pin mặt trời với cấu trúc chuyển tiếp một phía Al/c-Si(P)/N+/lưới Al thu được kết quả với thế mở (V OC ) là 0,48 V và dòng ngắn mạch (I OC ) là 17 mA

Từ khóa: Màng silic vô định hình, pin mặt trời chuyển tiếp dị thể, phương pháp lắng đọng hơi hóa

học tăng cường plasma (PECVD)

GIỚI THIỆU

Pin mặt trời chuyển tiếp dị thể giữa silic vô định hình và silic tinh thể (a-Si/c-Si) có thế mở (VOC), dòng ngắn mạch (ISC) và hiệu suất cao [1] Quá trình nghiên cứu nhằm tìm ra các thông số tối ưu chế tạo lớp màng mỏng a-Si:H pha tạp đậm loại N, đóng vai trò lớp phát trong cấu trúc pin, là một trong những việc làm quan trọng để nâng cao hiệu suất pin [2] Yêu cầu kỹ thuật của lớp phát trong cấu trúc pin là phải có độ rộng vùng cấm quang lớn để giảm sự hấp thụ photon đến, tái hợp tại bề mặt và lớp chuyển tiếp thấp, độ bền và độ dẫn điện cao (hiệu suất pha tạp cao) để thu được thế nội lớn hay hiệu suất phân ly hạt tải cao Màng mỏng silic có cấu trúc nano (nc-Si:H) pha tạp loại N là một ứng cử viên thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật trên cho việc áp dụng làm lớp phát trong pin mặt trời chuyển tiếp dị thể, hơn nữa với phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD) và kỹ thuật pha loãng hydro dễ dàng chuyển pha cấu trúc màng từ vô định sang cấu trúc nano tinh thể

ở nhiệt độ thấp (200 OC) với hiệu suất pha tạp cao Khi chế tạo pin ở nhiệt độ thấp chúng ta có thể sử dụng wafer silic mỏng, giảm chi phí năng lượng nên có thể giảm giá thành [3]

Trong báo cáo này chúng tôi chế tạo màng silic vô định hình pha tạp loại N bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD) với các thống số chế tạo màng như: áp suất, nhiệt độ đế, công suất plasma, nồng độ pha tạp được giữ cố định mà chỉ thay đổi tỉ lệ hidro pha loãng silan ( 2 2

H H

F R

THỰC NGHIỆM

Màng mỏng nc-Si:H pha tạp loại N (pha tạp Photpho) được lắng đọng bởi phương pháp PEVCD với tần số 13,56 MHz từ tiền chất silane (SiH4), khí hydro đóng vai trò khí tải (pha loãng silane) và phosphine (PH3) là khí pha tạp Tỉ lệ phần trăm hydro pha loãng silane, 2 2

H H

F R



 với FX là lưu lượng khí, thay đổi từ

90% đến 97% còn các thông số khác như: công suất plasma 100mW/cm2, nhiệt độ đế 200 OC, áp suất lắng đọng 5 mbar được giữ không đổi Màng mỏng được lắng đọng trên đế thủy tinh và đế silic tùy theo mục đích khảo sát Chi tiết các thông số chế tạo và kết quả thu được thể hiện rõ trong bảng 1, mà

ở đó độ dẫn tối (  D) được đo bởi thiết bị đo đặc trưng I-V PS01 với hai điện cực phẳng song song Cr-Ni

Năng lượng hoạt hóa (Ea) xác định từ phép đo độ dẫn tối theo nhiệt độ Độ rộng vùng cấm quang (Eopt) được xác định bằng phương pháp ngoại suy Tauc [4] từ phổ truyền qua được đo bởi máy đo phổ truyền qua Jasco 550 UV-Vis Sự chuyển pha cấu trúc màng từ vô định hình sang nano tinh thể được minh chứng thông qua phổ Raman ( tương ứng với dịch đỉnh phổ từ số sóng 480 cm-1đặc trưng cho pha vô định hình đến số sóng 516 cm-1 đặc trưng cho pha nano tinh thể) được đo bởi hệ Spex với bước sóng laser kích thích 514 nm Cuối cùng, với thông số tối

ưu tìm được trong quá trình khảo sát lớp điện cực phát được triển khai trên cấu trúc pin chuyển tiếp một phía Al/c-Si(P)/N+/lưới Al nhằm một lần nữa khẳng định chất lượng của lớp màng nc-Si:H pha tạp loại N

Bảng 1 Các thông số và kết quả chế tạo mẫu chi tiết

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ảnh hưởng của hydro pha loãng silane đến tính chất điện của màng

Để khảo sát ảnh hưởng của hydro pha loãng silane đến tính chất điện của màng các thông số chế tạo khác (áp suất lắng đọng, nhiệt độ đế, nồng độ pha tạp phosphine (PH3)…) được giữ cố định, chỉ có tỉ lệ hydro pha loãng silane thay đổi từ 90% đến 97% Kết quả được chỉ ra trong hình 1(a), (b) khi tỷ lệ hydro pha loãng silane tăng từ 90% đến 96% thì độ dẫn tối của màng nc-Si:H pha tạp loại N tăng mạnh, tương ứng với năng lượng hoạt hóa giảm (7,84 Ω-1cm-1, 2,2.10-2eV) Điều này có thể giải thích như sau: Thứ nhất do khi tỷ lệ hydro pha loãng silane tăng cao thì nồng độ hydro trong plasma lớn nên dễ dàng trung hòa các liên kết bất bão hòa (dangling bonds) là các tâm bắt điện tử cho nên độ linh động của điện tử cao Thứ hai do mật độ hydro nhiều nên trong quá trình lắng đọng màng các liên kết yếu bị loại bỏ, hình thành lên các liên kết Si-Si đều đặn hay đã chuyển màng từ cấu trúc vô định hình sang cấu trúc vi tinh thể (sẽ được làm rõ trong quá trình khảo sát cấu trúc), với cấu trúc vi tinh thể sẽ làm hiệu suất pha tạp cao Khi hiệu suất pha tạp cao thì mức donor càng dịch gần về đáy vùng dẫn cho nên năng lượng hoạt hóa của màng giảm mạnh, do đó điện tử dễ dàng nhảy lên vùng dẫn cho nên nồng độ điện tử cao [5]

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 1

2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Hình 1 Độ dẫn tối theo RH (a), năng lượng hoạt hóa theo RH (b)

Ảnh hưởng của hydro pha loãng silane đến tính chất quang

Từ phổ truyền qua trong vùng khả kiến và tử ngoại (UV-Vis) và phương pháp ngoại Tauc được trình bày trong hình 2 cho thấy màng nc-Si:H pha tạp loại N có độ truyền qua ở vùng khả kiến khá cao và có bờ hấp thụ dịch về bước sóng ánh sáng tím Bằng phương pháp ngoại suy Tauc chúng ta có thể xác định gần đúng năng lượng vùng cấm quang của màng (EOpt), chi tiết được ra trong hình 2b cho thấy khi RH cao màng có độ rộng vùng cấm lớn (2,2 eV) điều này có thể giải thích do màng có cấu trúc vi tinh thể nên đuôi vùng thu hẹp lại [6], mặt khác do hiệu suất pha tạp cao nên các mức trạng thái thấp trong vùng dẫn đã bị chiếm đầy điện tử nên cần phải cần một năng lượng photon lớn hơn mới kích thích một điện tử nhảy từ vùng hóa trị lên các mức trạng thái cao trong vùng dẫn [7]

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 -10

a

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 1.95

2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25

Hình 2 Phổ truyền qua UV-Vis (a), năng lượng vùng cấm quang theo RH (b)

Để minh chứng cho sự chuyển pha cấu trúc màng từ vô định hình sang cấu trúc vi tinh thể dưới tác động của hydro pha loãng silane, mà với cấu trúc vi tinh thể màng có tính chất điện và quang tốt như đã chỉ ra ở phần trên chúng tôi khảo sát cấu màng thông qua phổ Raman Phổ Raman là phép phân tích hữu hiệu cho biết dao động của liên kết Si-Si trong màng có cấu trúc vô định hình hay vi tinh thể Kết quả phân tích được chỉ ra trong hình 3(a) cho thấy khi tỷ lệ hydro pha loãng silane cao (90%, 95%) phổ Raman xuất hiện đỉnh đặc trưng tại số sóng 509 cm-1 đặc trưng cho mầm tinh thể, tuy nhiên phần đường bao đỉnh phổ có phần mở rộng về số sóng 480 cm-1đặc trưng cho pha vô định hình Khi tỷ lệ RH cao (96%, 97%) đỉnh phổ đặc trưng của màng suất hiện tại số sóng 516 cm-1 đặc trưng cho pha vi tinh thể [8] Bằng phép giải chập phổ Raman chúng ta tính gần đúng được tỷ

lệ tinh thể trong màng theo công thức XC =

  kết quả chỉ ra trong hình 3(b) cho thấy tỷ lệ tinh

thể trong màng tăng khi tỷ lệ RH tăng và cao nhất khi RH = 96% (XC = 47%) Từ kết quả phân tích phổ Raman cho thấy màng chế tạo với tỷ lệ hydro pha loãng silane cao có sự chuyển pha cấu trúc từ vô định hình sang cấu trúc vi tinh thể có tính chất điện và tính chất quang tốt

400 450 500 550 600 650 700 2000

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 36

38 40 42 44 46 48

Hình 3 Phổ Raman theo RH cao (a), phần trăm tinh thể theo RH cao (b)

Áp dụng màng nc-Si:H pha tạp loại N vào làm cực phát pin mặt trời chuyển tiếp dị thể

Để tái khẳng định chất lượng của màng nc-Si:H pha tạp loại N với thông số tỷ lệ RH tốt nhất (96%) chúng tôi áp dụng vào chế tạo pin mặt trời chuyển tiếp một phía Al/c-Si (P)/nc-Si:H/ lưới Al và so sánh với pin khi sử dụng lớp cực phát chưa tối ưu Như trình bày trong hình 4(a), 4(b) cho thấy với cả hai trường hợp đều hình thành được lớp chuyển tiếp pn (đặc I-V tối của pin thể hiện đặc trưng của một chuyển tiếp pn), khi các pin được chiếu sáng thì đường đặc trưng I-V của hai pin có nhiều khác biệt Đối với pin sử dụng lớp phát chưa tối ưu (4a) thì thế

mở và dòng ngắn mạch thấp (6mA, 250mV) còn đối pin sử dụng lớp phát với các thông số chế tạo tối ưu (4b) thu được thế mở và dòng ngắn mạch tương đối cao (17mA, 480 mV)

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 -10

-8 -4 0 4 8 10 14 18 22

I SC

VOC(V)

Dakr Light a

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -20

0 20 40 60 80

Trong nghiên cứu tiếp theo của nhóm chúng tôi là tập chung vào các lớp chuyển tiếp (c-Si/Si:H, Si:H/TCO…) nhằm nâng cao hiệu suất pin

nc-IMPROVERMENT OF ELECTRICAL AND OPTICAL PROPERTIES OF DOPED

AMORPHOUS SILICON LAYERS APPLIED TO HETEROJUNTION SOLAR CELLS

ABSTRACT

The optimisation of electrical and optical properties of doped amorphous silicon layers (the emitter layer) is of key importance to obtain high efficiency heterojunction (HJ) solar cells Desired properties for the emitter layer include wide bandgap, low surface and interface recombination, and good doping efficiency In this study, we report on the thin-film properties of n-doped nc-Si:H emitter layers deposited using RF (13.56 MHz) PECVD, at different SiH 4 /H 2 gas flow ratios, at the same RF power, pressures, and temperatures Trends relating deposition conditions to relevant film characteristics such as thickness, wide bandgap, crystalline fraction and conductivity are discussed Finally, the heterojunction solar cells using the optimised parameters for n-doped nc-Si:H layers are fabricated with high short circuit current (17 mA)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mishima, T.; Taguchi , M.; Sakata, H.; Maruyama, E Development status of high-efficiency HIT solar cells Sol Energy Mater Sol Cells 2010, 95, 18–21

[2] Zhao J, Wang A, Green MA Emitter design for high-efficiency silicon solar cells Part I: Terrestrial cells Prog Photovolt.: Res Appl 1993; 1 (3):193-202

[3] Pysch DMB, Zimmermann K, Schetter C, Hermle M, Glunz SW Comprehensive study of different PECVD deposition methods for deposition of thin intrinsic amorphous silicon for heterojunction solar cells Proc 24th European Photovoltaic Solar Energy Conf., Hamburg, Germany; 2009, p 1580-5

[4] J Tauc, in: F Abeles (Ed.), Optical Properties of Solids, North Holland, 1972

[5] S.A Filonovich, M Ribeiro, Phosphorous and boron doping of nc-Si:H thin films deposited on plastic substrates at 150 oC by Hot-Wire Chemical Vapor Deposition, Thin Solid films, 516, (2008) 576-579

[6] S.R Jadkar, J.V Sali, M.G Takwale, The role of hydrogen dilution of silane and phosphorus doping on hydrogenated microcrystalline silicon (µc-Si:H) films prepared by hot wire chemical vapor deposition (HW-CVD) technique,Thin Solid Films 395 (2001) 206-212

[7] H Chen M.H Gullanar, Effect of high hydrogen dilution on the optical and elaectrical properties in B-doped nc-Si:H thin films, Journal of Crystal Growth 260 (2004) 91-10

[8] Antonı´nFEJFAR, Ha STUCHLI´KOVA´, Manabu ITO, Kazuyoshi RO, Structure and properties of silicon thin films deposited at low substrate temperatures, Jpn J Appl Phys Vol 42 (2003) pp.L987–L989

II-O-1.11

THE ASSISTANT ROBOTIC LEGS SYSTEM

Phạm Xuan Hien 1 , Nguyễn Minh Quân 2 , Phan Xuân Triều 3

University of Science, Ho Chi Minh City

Keywords: Ekso, e-legs, exoskeleton

stand-OVERVIEW OF THE SYSTEM

The system is designed to mimic a normal person’s walking movements People who wear this suit would need a walker to help them to balance, and the motors would operating to perform the walking, sitting or standing motions

Figure 1 The finished Assistant Robotic Legs System

Figure 2 The walker, used to help users to gain balance while using the ARLS

The system is built from different parts, which are: U-shaped waist frame, flank bars, thigh bars, shank bars, foot sheets, upper flank swingarms, lower swingarms, upper knee swingarms, motor mounting bracket sheets, gear shafts, gears and the walker

The main material used to build the main frame is flat iron bars This material is very firm and solid, which meets the requirements of carrying a 65 kg person The system is composed of lots of equipment, such as: four 24V DC electric motors, motorcycle batteries, lipo battery, small wheels, limit switches, bearings, Arduino board and motor driver boards

THE OPERATING OF THE SYSTEM

The system operates in 4 modes:

Sitting mode

When sitting button is pressed, the hip would bend down slightly; then simultaneously, the hip and the knees would bend together with the faster knee speed than the hip When it form the sitting posture, the hip would gently stretch out to form a perpendicular angle with the thighs

Standing mode

When standing button is pressed, the hip would lightly bend down to thrust the center of mass of user body forward, then the knees would slowly stretch out As it nearly form the standing posture, the hip would also stretch out to make the standing posture

Walking mode

When the walking button is pressed, left knee would bend a little, then the hip and the left knee would bend together After 300ms, left hip would stop, left knee would stretch in 100ms, then left hip would stretch 200ms and then left knee would stretch 100ms Then, right knee would bend slightly then right knee and right hip would bend together; simultaneously, left knee and left hip would stretch out to make left leg straight After 300ms, right hip would stop, right knee would start to stretch in 100ms, then right hip would stretch in 200ms and then right knee would stretch in 100ms Then, right leg would repeat the walking motion to begin a new cycle

Stopping mode

When stopping button is pressed, all movements would stop immediately

THE CONTROL SYSTEM

The control system is composed of an Arduino board and with an Atmega328 chip, limits switches, 24V

DC motors, a control panel and four motor driver boards

Arduino Board

The Arduino board with an Atmega328 chip is used to control the whole system The Arduino stores the program, receives signal from limit switches and control panel, then send out data to operate the motors

Figure 3 The Arduino Uno is a microcontroller board based on the ATmega328

Motor Controllers

To control the electric motors, the board has four controller pins, they are: DIR+, DIR-, PWM+ and , which provides users with two ways control motors In this project, we pull the DIR- pin and PWM- pin down

PWM-to GND, DIR+ pin is used PWM-to handle moPWM-tor’s direction, and PWM+ pin is used PWM-to drive moPWM-tor rotational speed It

is powered by two motorcycle batteries with 24V DC current

Figure 4 The motor controller board

Motor controller board uses four MOSFET IRF3205, which can provide rated current of 10 Amps, peak current is up to 30 Amps at 24 Volts DC The board uses high speed power MOSFET driver IC IR2184 to ensure MOSFETs could work properly; duty cycle range is up to 95% Optoisolator OPTO P521 is used to protect control board and the MCUs

the program After a long time writing and testing many kinds of algorithms, I finally ended up with a very convenient, clear and coherent algorithm, which is called the state machine

Here is the diagram that describes all movements of the system in walking mode

Figure 6 Flow chart diagram of basic steps of how the system works

THE MAINTENANCE PROCESS

Troubleshooting Process

When the system could not operate or malfunction, the problems may come from hardware errors, because the program of the system is tested thoroughly beforehand The main problem is about power We should check the power sources to see if they are capable of properly function Then problems may come from loose wires and I/O pins Lastly, we check electric motors or limit switches

Figure 7 Troubleshooting Process diagram

Maintenance Process

After some times of running, the system may come across durability problems Hence, we need to follow this maintenance process helps the system work properly Here are three steps of maintenance process:

Step 1: Check the controller components (Arduino board, the motor driver, control panel )

Step 2: Check other parts (DC motors, limit switches, gears, bearings…)

Step 3: Check wires, circuits, power

xe lăn và giúp họ đi như những người bình thường

REFERENCES

[1] Godfrey Onwubolu, A Comprehensive Introduction to SolidWorks (2011)

[2] William Howard and Joseph Musto, Introduction to Solid Modeling Using SolidWorks® (2013)

[3] Michael McRoberts, Beginning Arduino (2012)

[4] Michael Margolis, Arduino Cookbook 2nd Edition (2011)

[5] David Ullman, The Mechanical Design Process (2009)

Check wires

Check I/O of micro controllers

Check wires, boards,

drivers

đánh giá bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Kết quả khảo sát quá trình hình thành cấu trúc ống theo nhiệt độ cho thấy, ở nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt là

mét, đường kính 10÷12nm, kết tinh ở pha tinh thể đặc trưng anatase và rutile

Từ khóa: TiO 2 , ống nano, thủy nhiệt

MỞ ĐẦU

TiO2 là vật liệu đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực quang xúc tác bởi khả năng quang xúc tác lớn, tính ôxi hóa – khử cao, cấu trúc ổn định, giá thành rẻ và thân thiện với môi trường Trong đó TiO2 dạng ống đang thu hút sự quan tâm bởi diện tích hiệu dụng lớn, cấu trúc dạng ống dễ thu hồi, tính chất truyền dẫn điện tích, khả năng quang xúc tác cao, cũng như khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực: chất mang trong pin mặt trời dye-sensitized solar cells [1], làm điện cực [2], quang điện phân nước tạo hydrô [3] và quang xúc tác để xử lý các hợp chất hữu cơ , xử lý nước và diệt vi khuẩn [4,5], … Có nhiều phương pháp khác nhau để chế tạo ống nano TiO2, trong đó có ba phương pháp thường được sử dụng: phương pháp điện hóa trên điện cực anôt [6,7], phương pháp sol-gel [8,9] và phương pháp thủy nhiệt [10-14] Tuy nhiên phương pháp thủy nhiệt được quan tâm bởi quy trình thực hiện đơn giản, chi phí thấp, an toàn, cấu trúc ống nano thu được có độ đồng nhất cao Phương pháp này được sử dụng đầu tiên bởi nhóm tác giả Kasuga và cộng sự [15] để chế tạo cấu trúc ống nano TiO2, phương pháp này sử dụng một bình kín gọi là bình áp suất dưới sự điều khiển của nhiệt độ và áp suất phản ứng

sẽ xảy ra trong dung dịch nước Nhiệt độ có thể nâng cao hơn nhiệt hóa hơi của nước nhằm đạt đến áp suất hơi bão hòa Bột TiO2 được cho vào dung dịch NaOH có nồng độ 2.5÷20M và được giữ nhiệt từ 100÷150oC suốt nhiều giờ trong bình áp suất Ống nano TiO2 được tạo thành sau khi sản phẩm được rửa sạch với dung dịch axit HCl loãng và nước cất Kết quả là các ống nano TiO2 thu được có đường kính trung bình khoảng 10nm gồm nhiều vách với mỗi vách có độ dày khoảng 1nm

Trong phương pháp thủy nhiệt, dung môi thường sử dụng các axít hoặc bazơ trong môi trường áp suất và nhiệt độ cao Vì vậy hệ thủy nhiệt phải đảm bảo các yêu cầu: 1) Phải kín (không trao đổi với môi trường không khí bên ngoài); 2) Chịu được nhiệt độ và áp suất cao; 3) Thành bình không phản ứng, không bị ăn mòn bởi các hóa chất bazơ, axit ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao; 4) Hệ hoạt động phải ổn định (nhiệt độ cung cấp, …); 5) Vận hành đơn giản, an toàn Với những yêu cầu trên cùng với điều kiện của phòng thí nghiệm bộ môn, việc thiết

kế và xây dựng một thống thủy nhiệt là có thể thực hiện được, không cần phải mua những hệ thống được thiết kế sẵn vì giá thành khá đắt đỏ Bên cạnh đó việc chế tạo và nghiên cứu cấu trúc dạng ống của vật liệu TiO2 nhằm ứng dụng vào lĩnh vực quang xúc tác là cần thiết

Trong bài náo này, chúng tôi đã thiết kế thành công hệ thống thủy nhiệt và tiến hành chế tạo cấu trúc ống TiO2 trên hệ thủy nhiệt vừa được xây dựng Quá trình hình thành cấu trúc ống nano TiO2 sẽ được khảo sát theo nhiệt độ thủy nhiệt- một thông số ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hình thành cấu trúc ống của vật liệu TiO2

[16]

THỰC NGHIỆM

Thiết kế hệ thống thủy nhiệt

Hệ thủy nhiệt bao gồm hai bộ phận chính: Bình thủy nhiệt và bộ phận gia nhiệt

Bình thủy nhiệt gồm: Bình chứa mẫu và bình bảo vệ

Bình chứa mẫu được gia công từ vật liệu teflon nên còn gọi là bình teflon, teflon là vật liệu được lựa chọn để gia công bộ phận chứa mẫu vì teflon trơ với các phản ứng hóa học, truyền nhiệt tốt, áp suất cao, dễ tạo

hình, chịu nhiệt độ giới hạn khoảng 200oC Miệng bình và nắp bình được gia công chính xác để đảm bảo độ kín Chức năng của bộ phận này là chứa hỗn hợp các dung dịch phản ứng, giữ bình ở thể tích không đổi để phản ứng xảy ra trong bình ở nhiệt độ và áp suất cao.

Bình bảo vệ được làm từ vật liệu thép không gỉ (inox), nắp và miệng bình được gia công cải tiến tạo các ren để khi vặn chặt sẽ nén nắp bình teflon bên trong Chức năng của bộ phận này là làm vỏ ngoài, tạo áp lực giữ chặt, làm kín bộ phận chứa mẫu, giúp ổn định bộ phận chứa mẫu ở áp suất cao và nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra

Bộ phận gia nhiệt (lò sấy): sử dụng lò sấy có nhiệt độ thay đổi Hệ thủy nhiệt này sử dụng lò sấy tại

phòng thí nghiệm vật lý chân không, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh Lò sấy có khoảng nhiệt độ thay đổi từ nhiệt độ phòng đến 250oC với quy trình tự động để làm bộ phận gia nhiệt cho quá trình thủy nhiệt Chức năng của lò sấy cung cấp nhiệt cho bình thủy nhiệt để tạo nhiệt độ cao và áp suất cao

Hệ thủy nhiệt sau khi thiết kế được lồng ghép như sau: dung dịch hóa chất được cho vào bộ phận chứa mẫu sau khi đậy kín được cho vào trong bộ phận bảo vệ Toàn bộ bình thủy nhiệt được đưa vào bộ phận gia nhiệt để gia nhiệt cho quá trình thủy nhiệt

Chế tạo ống nano TiO 2 trên hệ thủy nhiệt vừa thiết kế

Ống nano TiO2 (TNTs) được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt trên hệ thủy nhiệt được thiết kế ở nội dung 2.1 với nguồn nguyên liệu ban đầu là bột TiO2 thương mại, sản phẩm của công ty Merck (TiO2-Merck), độ tinh khiết >99%, có màu trắng sữa mịn

Quy trình tổng hợp được thực hiện như sau: bột TiO2 được phân tán trong dung dịch NaOH 10M, tỉ lệ mol TiO2:NaOH là 1:30 bằng máy khuấy từ trong thời gian 3 giờ, huyền phù này sau đó được thủy nhiệt trong bình autoclave có lót teflon trong khoảng nhiệt độ 80oC -145 oC trong thời gian 22 giờ, sản phẩm thu được, được lọc rửa sạch bằng nước cất rồi ngâm trong dung dịch axit HCl 0,01M loãng trong thời gian 2 giờ Sau đó rửa lại bằng nước cất cho đến pH trung tính và sấy khô ở 1000C Sản phẩm cuối cùng được nung trong không khí ở nhiệt độ 4500C trong 2 giờ với tốc độ nâng nhiệt là 50/phút

Sản phẩm ống nano TiO2 thu được được phân tích, đánh giá bởi các phương pháp lý hóa đặc trưng như: xác định cấu trúc và thành phần pha bởi phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) (D8-ADVANCE), vi cấu trúc, hình thái và kích thước ống bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (JEM-1400)

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Hệ thống thủy nhiệt

Hệ thủy nhiệt được thiết kế sao cho đảm bảo các điều kiện về áp suất và nhiệt độ trong quá trình thủy nhiệt Các thông số kỹ thuật của bình teflon được thiết kế như sau: đường kính d = 2r = 67mm, chiều cao h = 55mm, thể tích của bình là V = π.r2.h ≈ 190ml (hình 1a) Bình bảo vệ được gia công bằng thép không gỉ (inox) (hình 1b) có thể tích lớn hơn bình teflon để có thể để bình teflon ở bên trong (hình 1c)

Thể tích của bình teflon khi thiết kế có thể lớn nhỏ tùy vào mục đích sử dụng, thể tích của bình không ảnh hưởng đến quá trình thủy nhiệt do đó để đảm bảo cho quá trình thủy nhiệt thì bình phải đảm bảo kín và lượng mẫu chứa trong bình khi thủy nhiệt không được quá đầy Ở các công trình [17], [18], khi thủy nhiệt đều có thể tích mẫu/thể tích bình tương ứng là 200/500ml và 140/200ml

Bình thủy nhiệt được thiết kế hoàn chỉnh (hình 2a) và đưa vào bộ phận gia nhiệt (máy sấy) khi tiến hành thủy nhiệt (hình 2b)

c) Bình thủy nhiệt

a) Bình chứa mẫu (bình teflon) b) Bình bảo vệ (bình thép không gỉ)

Hình 1 Bình thủy nhiệt được thiết kế

c) Bình thủy nhiệt

Đặc điểm cấu trúc ống nano TiO 2 chế tạo trên hệ thủy nhiệt vừa thiết kế

Đặc điểm hình thái và cấu trúc của bột TiO 2 -Merck

Hình 3 và 4 là ảnh TEM và XRD của bột TiO2 – Merck Kết quả phân tích cấu trúc của bột TiO2-Merck cho thấy, bột có kích thước khá đều, đường kính 70÷250nm, có pha kết tinh chủ yếu là anatase gồm A(101), A(004), A(200), A(105), A(204) trong đóđỉnh đặc trưng A(101) Sử dụng bột này để chế tạo và khảo sát ống nano TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt trên hệ thủy nhiệt được thiết kế và theo dõi quá trình hình thành cấu trúc ống nano TiO2 theo nhiệt độ thủy nhiệt

Đặc điểm hình thái và cấu trúc của ống nano TiO 2 theo nhiệt độ thủy nhiệt

Hình 3 là ảnh TEM của các mẫu TNTs chế tạo ở các nhiệt độ: 80oC (TNTs - 80oC), 110oC (TNTs-110oC),

130oC (TNTs - 130oC) và 145oC (TNTs-145oC) với thời gian thủy nhiệt là 22h Kết quả cho thấy, ở nhiệt độ

80oC đã hình thành cấu trúc dạng ống với chiều dài khoảng từ 20÷300 nm, đường kính khoảng 5÷9 nm, đồng thời vẫn còn dạng khối của bột Khi nhiệt độ thủy nhiệt tăng lên 110oC thì ống tạo ra có chiều dài, đường kính thay đổi lớn hơn tương ứng 10÷900 nm và 9÷12 nm Ở nhiệt độ thủy nhiệt 130oC, chiều dài ống tương đối đồng đều cỡ vài trăm nano mét, đường kính khoảng 10 nm Khi nhiệt độ thủy nhiệt tiếp tục tăng lên 145oC thì chiều dài ống đạt được cỡ vài trăm nm, đường kính khoảng 8 ÷12 nm, đồng thời có sự xuất hiện sự kết đám làm giảm

sự đồng nhất cấu trúc TNTs Như vậy, khi nhiệt độ thủy nhiệt tăng, chiều dài ống tăng, đường kính tăng không nhiều, đến nhiệt độ thủy nhiệt đạt 145oC thì độ đồng nhất của cấu trúc ống sẽ bị giảm và cấu trúc TNTs bị phá

vỡ Ở nhiệt độ thấp dưới 100oC, áp suất tạo ra thấp không đủ để phản ứng hoàn toàn tạo TNTs Với nhiệt độ thủy nhiệt lớn hơn 145oC, áp suất cao cỡ 10atm, dẫn đến quá trình phân rã thành hạt, kết tụ đám và phá vỡ cấu trúc ống Kết quả tương tự thu được trong công trình [19], [20], [21], trong công trình này, quá trình thủy nhiệt tiến hành với nhiệt độ từ 150oC÷200oC cho kết quả hình thành cấu trúc TiO2 nano dạng sợi, lớn hơn 200oC các sợi nano bị phân rã thành hạt và kết tụ đám

Hình 4 Ảnh XRD của bột TiO2 – Merck

Hình 3 Ảnh TEM của bột TiO2 – Merck

Hình 2 Bình thủy nhiệt được thiết kế hoàn chỉnh (a) và khi đưa vào máy sấy (b)

b1.TNTs-110oC, độ phân giải 200nm b2 TNTs-110oC, độ phân giải 20nm

Hình 5 Ảnh TEM của các mẫu TNTs được chế tạo ở các nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau

d1.TNTs-145oC, độ phân giải 200nm d2 TNTs-145oC, độ phân giải 20nm

Các mẫu TNTs thu được được ủ nhiệt trong không khí ở 450oC trong 2 giờ để phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X Hình 6 là XRD của TNTs được chế tạo ở nhiệt độ khác nhau

Kết quả cho thấy, các mẫu đều có thành phần pha anatase, rutile và tạp chất Cụ thể đối với mẫu TNTs-80

và TNTs-145 không có đỉnh anatase đặc trưng, các đỉnh tạp chất có cường độ đáng kể, riêng đối với mẫu T-130

có đỉnh đặc trưng A(101) và R(110), ngoài ra còn có các pha tạp của H2Ti3O7 và Na2Ti3O7 Điều này cho thấy, khi tiến hành thủy nhiệt ở nhiệt độ thấp 80oC, áp suất thấp các phản ứng hóa học xảy ra không hoàn toàn, chủ yếu là các phản ứng trao đổi ion giữa các ion Ti+, H+ và Na+ năng lượng thấp không đủ tham gia liên kết hình thành cấu trúc TNTs và kết tinh Ngược lại ở nhiệt độ 145oC, áp suất tăng lên đáng kể cấu trúc TNTs được hình thành trong quá trình thủy nhiệt bị đứt gãy làm giảm chiều dài của TNTs đồng thời sự thay đổi liên kết hóa học dẫn đến sự thay đổi cấu trúc tinh thể theo chiều hướng giảm hình thành cấu trúc TiO2 anatase, các pha tạp chất lại tăng [22]

Như vậy,khi tiến hành thủy nhiệt bột TiO2-Merck ở nhiệt độ 130oC trong thời gian 22 giờ, cấu trúc ống nano TiO2 được hình thành có hình thái đồng đều với chiều dài khoảng 200nm, đường kính từ 10÷12nm Độ kết tinh tốt thể hiện pha tinh thể đặc trưng anatase và rutile thuận lợi cho quá trình quang xúc tác

KẾT LUẬN

Chúng tôi đã thiết kế thành công hệ thống thủy nhiệt với thể tích bình chứa mẫu V=190ml đặt trong bình bảo vệ là thép không gỉ (inox) đảm bảo các yêu cầu trong quá trình thủy nhiệt Sử dụng hệ thống thủy nhiệt này, chế tạo ống nano TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt với tỉ lệ TiO2:NaOH là 1:30, thời gian thủy nhiệt 22 giờ với nhiệt độ thủy nhiệt thay đổi từ 80oC÷145oC Kết quả thu được cho thấy hình thái cấu trúc ống nano TiO2 phụ thuộc vào nhiệt độ thủy nhiệt, tại nhiệt độ thủy nhiệt là 130oC thì cấu trúc ống thu được đồng đều, chiều dài vài trăm nm, đường kính 10÷12nm Độ kết tinh tốt thể hiện pha tinh thể đặc trưng anatase và rutile rất thuận lợi cho quá trình quang xúc tác Bên cạnh đó cấu trúc ống dễ thu hồi hơn bột nên sẽ thuận lợi cho các phản ứng xử lý chất bẩn hữu cơ và vi khuẩn trong nước

STRUCTURE ON WHICH

ABSTRACT

TiO 2 nanotubes structures (TNTs) have been successfully fabricated from commercial TiO 2

powder in 10M/l NaOH aqueous solution by hydrothermal method Hydrothermal process is carried out

on the hydrothermal system, designed in vacuum laboratory of Natural Sciences University with volume V = 190ml, ensuring the conditions of pressure and temperature TiO 2 nanotube samples obtained were analyzed and investigated by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) The survey results of tube structures formation with temperature show that at the hydrothermal

with several hundred nanometers in length and 10 ÷ 12nm in diameter, crystallized in the characteristic crystal anatase and rutile phases

Keywords: TiO 2 , nanotubes, hydrothermal

Hình 6 XRD của TNTs chế tạo ở các nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau