thuyết trình màng nhiệt điện sắc

MÀNG ĐIỆN SẮC LÀ GÌ? Là loại màng thể hiện sự biến đổi thuận nghịch tính chất quang của vật liệu dưới tác động của điện trường phân cực tương ứng áp vào chúng ĐỊNH NGHĨA hìnhHình1: Mô h

1 Phạm Quỳnh Như Luận

2 Huỳnh Quốc Việt

3 Huỳnh Văn Trung

ĐIỆN

SẮC

MÀNG NHIỆT SẮC

ĐIỆN

SẮC

ĐỊNH NGHĨA PHÂN LOẠI-TÍNH CHẤT PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

ỨNG DỤNG CÂU HỎI

A.MÀNG ĐIỆN SẮC

I MÀNG ĐIỆN SẮC LÀ GÌ?

 Là loại màng thể hiện sự biến đổi thuận nghịch tính chất

quang của vật liệu dưới tác động của điện trường phân cực tương ứng áp vào chúng

ĐỊNH NGHĨA

hìnhHình1: Mô hình màng điện sắc

Vật liệu điện sắc Cathode

Oxit của các kim loại:

II.PHÂN LOẠI VÀ TÍNH CHẤT

1.PHÂN LOẠI

Khi làm việc với phân cực dương, quá trình tương ứng với việc cation và điện tử đã xâm nhập vào vật liệu trong quá trình nhuộm bị đẩy ra khỏi vật liệu.

Khi làm việc với phân cực âm, quá trình này tương ứng với việc khuếch tán của các cation từ chất điện ly

vào trong vật liệu cùng với việc tiêm điện tử

Quá trình tẩy màu xảy ra khi đổi chiều phân cực của điện trường tương ứng với việc xâm nhập ngược lại đồng thời của các cation và các điện tử vào trong vật liệu.

Là loại vật liệu mà quá trình nhuộm màu xảy ra khi điện cực làm việc được phân cực dương

tương ứng với việc thoát ra của các cation kèm theo các điện tử.

 Sự biến đổi thuận nghịch tính chất quang khi có sự tiêm vào và thoát ra của các cặp ion và điện tử

 Vật liệu điện sắc có thể biến đổi trạng thái từ trong suốt sang

có màu do sự phản xạ khi các ion và điện tử được tiêm vào hay

từ trạng thái có màu sang trong suốt hoặc gần như trong suốt

và ngược lại

3 Cấu trúc WO3

 Ở điều kiện bình thường WO3 có độ rộng vùng cấm 3.2eV và trong

suốt trong vùng khả kiến

 WO3 có cấu trúc perovskite hình thành trên cơ sở các bát diện

 WO3 chung đỉnh với W ở tâm 6 oxy ở đỉnh bát diện

Hình 2: Cấu trúc tinh thể WO

4.Cấu trúc V2O5

 V 2 O 5 là tinh thể màu vàng hay đỏ, tan trong axit đặc nóng

 V 2 O 5 có thể xem như được xây dựng từ những cặp hình chóp tam giác biến dạng

h Hình 3 : Cấu trúc tinh thể V 2 O 5

III.PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

MÀNG ĐIỆN SẮC

Phún xạ (Sputtering) hay Phún xạ catốt (Cathode Sputtering)

là kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa trên

nguyên lý truyền động năng

Hình 6 :Mô hình phún xạ

Phún xạ phóngđiện xoay chiều (RF discharge sputtering )

.

III.1.2.2

Phún xạ magnetron.

PHƯƠNG PHÁP MAGNETRON

III.1.2.3 PHƯƠNG PHÁP MAGNETRON

a) Định nghĩa:

L à kỹ thuật phún xạ (sử dụng cả với xoay chiều và một chiều) cải tiến từ các hệ phún xạ thông dụng bằng cách đặt bên dưới bia các nam châm .

MagnetronDC:

Là kỹ thuật phún xạ sử dụng hiệu điện thế một chiều để gia

tốc cho các iôn khí hiếm

MagnetronRF :

Là kỹ thuật sử dụng hiệu điện thế xoay chiều để gia tốc cho

iôn khí hiếm.

b) Phân loại

S N

S N

Hệ magnetron cân bằng Hệ magnetron không cân bằng

Từ trường

khép kín

Các e chịu tác dụng của từ trường ngang

e chủ yếu chuyển động gần bia

B 

(hướng vô)

Từ trường không khép kín

Các e ít chịu tác dụng của từ trường ngang

e theo điện trường đến đế với v lớn

Đế bị nhiều e

va đập mạnh

Đế bị đốt nóng

Thích hợp tạo các màng yêu cầu T 0 cao

Điện trường

PHÚN XẠ MAGNETRON DC

Đặc điểm:

 Bia vật liệu được đặt trên điện

cực âm trong chân không

được hút chân không cao, sau

đó nạp đầy bởi khí hiếm

 Là dòng điện một chiều nên

các điện cực phải dẫn điện để

duy trì dòng điện

 Dùng các loại bia dẫn điện Hình 7:Hệ phún xạ

đó cathode được gắn với một bản giải, toàn bộ bia và bản giải tạo thành tổ hợp cathode.Tổ hợp này cách điện

PHÚN XẠ MAGNETRON RF

A.Giới thiệu chung :

• Là 1 trong những kĩ thuật tạo màng mỏng bằng phương pháp phún xạ

• Năng lượng của quá trình tạo thành plasma được cung cấp bởi các

dòng điện xoay chiều cao tần (f từ 2-20MHz)

• Các nguyên tử tập hợp lại thành từng cụm trên chất nền để hình thành màng mỏng

• Tùy theo nhiệt độ của chất nền , năng lượng ion hay áp suất mà màng được tạo ra có các hình thái khác nhau

S N S

Ar Ar

Đế Bia

Hình11: Bia

Hình12:

Đế

Bộ phận Magnetron

Bộ phận tạo chân không

Hình14

Bộ phận magnetron

Hình15: Flasma

Ngâm rửa đế bằng dung dịch NaOH,

để tẩy các tạp chất dính trên bề mặt.

Sấy khô để trong lò kín

Đưa vào môi trường phóng điện trong buồng chân không

Bước 1: Xử lý bia đế

PHÚN XẠ MAGNETRON RF

Bước 2: Điều chỉnh hỗn hợp khí làm việc

 Khí làm việc là hỗn hợ khí Ar chiếm tỉ lệ lớn và khí hoạt tính oxy độ tinh khiết của 2 chất này là 99,999%

 Trộn vào bình chân không theo tỷ lệ môn và áp suất riên phần như mong

muốn Quá trình trộn được diễn ra như sau:

Sau khi phóng

điện khí làm

sạch bề mặt đế

khí trong buồng được

hệ bơm chân

không hút sạch đến áp

suất khoảng

10 -6 tor

Mở van kim điều chỉnh khí oxy vào buồng kết hợp với việc đóng van chính làm giảm bớt điện tích hút buồng của bơm

Mở van điều chỉnh khí Ar vào buồng sao cho phần tăng thêm của áp suất tổng cộng của hỗn hợp khí bằng với áp suất riêng phần của Ar

PHÚN XẠ MAGNETRON RF

Màng WO 3 được chế tạo trên đế thủy tinh

Khoảng cách đế và bia được giữ ổn định 5cm trong lúc phún xạ

tạo màng Đối với bia phún xạ là loại bia gốm không dẫn điện

Bếp cấp nhiêt không được phép hoạt động trong thời gian

nguồn cao tần

Để màng kết kinh tốt, màng sau khi phủ cần được ủ nhiệt với

nhiệt độ và thời gian phù hợp

Để điều chỉnh các tính chất đặc trưng của màng như độ dày, trạng

thái tinh thể, độ truyền qua của màng thì cần điều chỉnh các Bước 3: Định hướng thí nghiệm phún xạ tạo màng

PHÚN XẠ MAGNETRON

ƯU ĐIỂM

5 của màng với đế Độ bám dính

tốt,quy trình phún xạ ổn định, dễ lặp đặt

4

Có thể đặt bia theo chiều hướng,trong nhiều trường hợp

có thể dùng bia diện tích lớn,do đó bia là nguồn “bóc bay “ lớn nhất

NHƯỢC ĐIỂM

 Bia thường là rất khó

chế tạo và đắt tiền

 Các tạp chất nhiễm từ

thành chuông , trong chuông hay từ anode có thể bị lẫn vào trong màng

 Tốc độ phún xạ nhỏ hơn

nhiều so với tốc độ bốc bay trong không gian

 Trong nhiều trường hợp

không cần đến nhiệt độ

đế, nhưng nó luôn bị đốt nóng

 Ion dương đạp vào phá

được hết, nhiều khi bia

giòn, cho nên dễ bị nứt

dẫn đến hỏng )

 Hiệu suất về năng

lượng thấp, cho nên

phún xạ không phải là

phương pháp tiết kiệm

năng lượng

 Áp suất thấp khoảng từ

5-15mTorr Điều này

đòi hỏi phải hút chân

không cao

MỘT SỐ LOẠI BIA ĐẾ TRONG

PHÚN XẠ

* Đế

Hình 16:Đế silicon Hình 17:Đế gốm Hình 18:Đế thủy tinh

Hình 20: Bia kim loại

Hình 19: Bia

hợp chất

chứa oxi

Hình 21: Bia hợp kim

được chứa đầy dung môi

cho đến khi xảy ra quá

trình chuyển tiếp Sol-Gel

Hình 22:Phương pháp sol-gel

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

Là những phần tử ban đầu để tạo những hạt keo Sol

Nó được tạo thành từ các thành tố kim loại á kim , được bao quanh bởi những ligand khác nhau Các percursor có thể là chất vô cơ kim loại hay hữu cơ kim loại

Các hạt keo này là những phân tử rắn

có kích thước 1-10nm chứa khoảng vài chục đến vài trăm nguyên tử và là trạng thái trung gian để tạo các hạt lớn hơn

SOL

b.Sol

Hình 15.Gel

Hạt sol

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

ÁP SUẤT DUNG MÔI

Các thông số ảnh hưởng đến phản ứng ngưng tụ là:

xúc tác, nhiệt độ dung môi, phản ứng nghịch….vv

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

PHẢN ỨNG NGƯNG TỤ

Tạo nên liên kết kim loại –oxide-kim loại, là cơ sở cấu trúc cho các

màng oxide kim loại Hiện tượng ngưng tụ xảy ra liên tục làm cho liên

kết kim loại-oxide-kim loại không ngừng tăng lên cho đến khi tạo ra một lớp kim loại-oxide-kim lọi trong khắp dung dịch

III.3.3: Phương pháp tạo màng

a)Kĩ thuật nhúng(dip coating)

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

b) Dòng chảy( flow coating)

Hình 26: Kĩ thuật dòng chảy

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

c) Kĩ thuật phủ quay (spin coating)

Hình 26: Kĩ thuật phủ quay

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

ƯU ĐIỂM

Thiết bị tạo màng đơn

Tạo màng có độ tinh khiết cao

từ vật liệu ban đầu 3

Ứng dụng trong việc tạo màng

bảo vệ , màng chống phản xạ 4

Bộ nhớ quang, màng đa lớp tạo vi

điện tử, tạo kính giao thoa 5

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

NHƯỢC ĐIỂM

Nhiệt độ chế tạo cao Chi phí cao đối với các loại vật liệu khối

Hao hụt nhiều trong quá trình tạo màng

Dễ bị rạng nứt trong quá trình nung sấy

LINH KIỆN HIỂN THỊ

CỬA SỔ THÔNG MINH

KÍNH CHÓNG LÓA CHÓNG PHẢN XẠ

Kính có lắp đặt cảm biến ánh sáng Khi nhận được ánh sáng, cảm biến sẽ cung cấp điện và quá trình ngược lại xảy ra khi không có ánh sáng chiếu vào

Hình 28 :Nguyên lý kính chống phản xa, kính chóng lóa

CỬA SỔ THÔNG MINH

Bằng cách thay đổi điện thế đặt vào linh kiện người ta có thể điều chỉnh được lượng ánh sáng truyền qua một cách dễ dàng, linh động và phù hợp với yêu cầu Cửa sổ

thông minh có mục đích làm giảm năng lượng tiêu dùng trong nhà

Ưu điểm này có được là nhờ cơ chế xen ion vào điện cực.

Dung lượng pin phụ thuộc trực tiếp vào số lượng của Li + xen vào và thoát ra từ điện cực của pin

Hình 30:Nguyên lý pin nạp lại

LINH KIỆN HIỂN THỊ

Kết hợp linh kiện điện

thay đổi trong dải

bước sóng dài nên còn

được ứng dung trong

quân sự

Hình 31:Nguyên lý linh kiện hiển thị

I.ĐỊNH NGHĨA II.TÍNH CHẤT III.PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

IV.ỨNG DỤNG V.CÂU HỎI

MÀNG

NHIỆT

SẮC

B.MÀNG NHIỆT SẮC

MÀNG NHIỆT SẮC

Hiệu ứng nhiệt sắc là hiện tượng vật lý xảy ra khi có nhiệt độ tác động lên màng mỏng làm chúng thay đổi độ truyền qua, phản xạ hay hấp thụ.

Hình 33: Màng mỏng thay đổi tính chất quang trong vùng hồng ngoại

II.TÍNH CHẤT

Khi hạ nhiệt độ thì tính chất quang quang ban đầu của chúng được thiết lập lại Sự biến đổi nhiệt – quang xảy ra một cách thuận nghịch

Vật liệu nhiệt sắc: VO2 hoặc VO2/W

TÍNH CHẤT

 T là nhiệt độ của màng VO2, Tc là nhiệt độ chuyển pha bán dẫn kim loại củaVO2

Nếu T < Tc thì màng mỏng VO2 trong suốt đối với cả ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại Nếu T > Tc thì màng mỏng VO2 trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy nhưng phản xạ hầu hết bức xạ hồng ngoại

Nhiệt độ chuyển pha Tc của VO2 có thể được hạ thấp xuống bằng cách pha tạp thêm W Màng VO2 được ứng dụng để chế tạo kính phản xạ nhiệt và cảm biến nhiệt quang

chân không bao gồm

việc đun nóng trong

chân không cho đến khi

có sự bay hơi của vật

PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

BỐC BAY NHIỆT

III.3.1

Bốc bay

trực tiếp

III.3.2 Bốc bay gián tiếp

III.3:Phân loại

BỐC BAY NHIỆT ĐIỆN TRỞ

BỐC BAY BẰNG CHÙM ĐIỆN TỬ

BỐC BAY

TRỰC TIẾP

PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

BỐC BAY PHẢN ỨNG (RF)

BỐC BAY PHẢN ỨNG (RF)

 Cuối cùng, hơi vật liệu ngưng

tụ trên đế, phân bố và kết tinh

a.BỐC BAY NHIỆT ĐIỆN TRỞ

Một hệ bốc bay chân không gồm

4 bộ phận chính:

 Hệ bơm chân không

 Buồng chân không

Mẫu được cung cấp năng lượng

để hóa hơi từ sự va chạm với

chùm điện tử có động năng lớn.

Hạt

vật liệu

Chùm e Mẫu

Súng e

Thế gia tốc (6-10kV) Thế đốt

Vật liệu cần phủ Chùm electron

Cuộn từ trường

 Chùm electron được

gia tốc trong điện trường, định hướng trong từ

trường, va chạm với bề mặt vật liệu.

Thế gia tốc (6-10kV) Thế đốt

Vật liệu cần phủ Chùm electron

 Để có thể nhận được màng mỏng cấu trúc nanô, chúng tôi áp dụng

phương pháp bốc bay chậm lên đế nguội (để là phiến thủy tinh

Corning-2747, sợi quang đường kính vào 1,0mm

 Tốc độ bốc bay vào khoảng 0.1 nm/s, chiều dày màng được khống chế trong khoảng 150 – 180 nm.

 Sau khi lắng đọng, màng được tái kết tinh tỏng lò chứa ôxy sạch áp suất thấp cỡ 5 x 10-2 Torr tại nhiệt độ 450˚C, tổng thời gian là 8 giờ, trong đó thời gian nâng nhiệt độ lò từ nhiệt độ phòng đến 450˚C là 3 giờ, giữ ổn định tại 450˚C là 3 giờ và hạ nhiệt độ xuống phòng là 2 giờ

C:ƯU ĐIỂM,NHƯỢC ĐIỂM

 Chế tạo màng đa

lớp khó khăn

Hình 41:Bốc bay nhiệt

IV:ỨNG DỤNG

ỨNG DỤNG

KÍNH PHẢN

XẠ NHIỆT

IV.1:KÍNH PHẢN XẠ NHIỆT

CẢM BIẾN NHIỆT QUANG

Cảm biến nhiệt độ cáp quang cho các ứng dụng sau: kiểm tra nhà máy, xe buýt, quán bar, quán bar quyền lực, triệt xung, tụ điện điều chỉnh hệ số công suất, khí cách điện cắt điện, đường dây phân phối điện cao áp, máy biến áp điện

áp cao.

Hình 40:Cảm biến nhiệt quang

V.CÂU HỎI

1.Phương pháp bốc bay nhiệt là gì?

2.Ưu nhược điểm của phương pháp bốc bay nhiệt bằng chùm electron?

Màng VO2 chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt trong chân không

Màng V2O5 chế tạo bằng phương pháp sol-gel

magnetron RF

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI

THE END