intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và tính chất vật liệu indium tin ôxit (Ito) để ứng dụng làm màng phủ ngăn bức xạ hồng ngoại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST
Báo xấu
10
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài tập trung nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt, khảo sát tính chất, cấu trúc và tính chất quang của màng phủ vật liệu nano ITO đã tổng hợp được. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và tính chất vật liệu indium tin ôxit (Ito) để ứng dụng làm màng phủ ngăn bức xạ hồng ngoại

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ QUÝ NHÂN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU INDIUM TIN ÔXIT (ITO) ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM MÀNG PHỦ NGĂN BỨC XẠ HỒNG NGOẠI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRỊNH XUÂN ANH TS. NGUYỄN DUY CƯỜNG HÀ NỘI – 2017
  2. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận văn này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các số liệu và kết quả đạt được là chính xác và trung thực. Hà Nội, ngày 03 tháng 04 năm 2017 Người cam đoan Đỗ Quý Nhân 1
  3. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất đến các thầy hướng dẫn: TS. Trịnh Xuân Anh và TS. Nguyễn Duy Cường đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu trong thời gian qua. Cảm ơn hai thầy đã dành thời gian, tâm huyết để giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin cảm ơn TS. Dương Thanh Tùng, các thầy cô trong Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ, Viện Kỹ thuật Hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tôi làm thực nghiệm và nghiên cứu trong thời gian qua. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các anh chị nghiên cứu sinh viện AIST đã nhiều lần giúp đỡ tôi trong thời gian làm nghiên cứu tại viện. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tới Bố mẹ, em gái, người yêu, các anh chị và những người bạn của tôi, những người đã luôn động viên tinh thần và giúp đỡ vật chất. Tôi không biết nói gì hơn ngoài lời cảm ơn sâu sắc, chân thành tới những người thân yêu nhất của tôi. Tác giả luận văn Đỗ Quý Nhân 2
  4. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1 LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................. 2 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ...................................................... 5 DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU .............................................................................. 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................... 7 MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 10 1. Lý do chọn đề tài............................................................................................... 10 2. Mục tiêu ............................................................................................................ 13 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 13 4. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 13 5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 13 6. Cấu trúc luận văn .............................................................................................. 14 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ..................................................................................... 15 1. Giới thiệu .......................................................................................................... 15 2. Giới thiệu về màng mỏng ôxít dẫn trong suốt (Transparent Conductive Oxide - TCO) ..................................................................................................................... 17 3. Giới thiệu về màng phủ ITO ............................................................................. 20 4. Sơ lược về phương pháp tạo màng lọc ôxít trong suốt TCO ............................ 24 4.1. Phương pháp chế tạo vật liệu nano ............................................................ 24 4.2. Phương pháp thủy nhiệt ............................................................................. 24 4.3. Phương pháp chế tạo màng mỏng .............................................................. 25 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM................................................................................ 27 1. Hóa chất và thiết bị sử dụng ............................................................................. 27 1.1. Hóa chất thí nghiệm ................................................................................... 27 1.2. Dụng cụ và thiết bị sử dụng ....................................................................... 27 3
  5. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ITO .............................................................. 28 2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu nano ITO ....................................................... 29 2.2. Các mẫu ở các điều kiện thủy nhiệt khác nhau.......................................... 30 2.3. Thiết bị lò thủy nhiệt .................................................................................. 31 3. Chế tạo màng phủ ITO trên kính ...................................................................... 32 4. Thiết bị nghiên cứu ........................................................................................... 33 4.1. Kính hiển vi điện tử quét (FE-SEM) ......................................................... 34 4.1.1. Sự ra đời của kỹ thuật hiển vi điện tử quét .........................................34 4.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động .........................................................34 4.1.3. Kính hiển vi điện tử quét ....................................................................35 4.2. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) ......................................................... 36 4.3. Phổ nhiễu xạ điện tử X-ray ........................................................................ 37 4.4. Thiết bị UV-Vis-NIR ................................................................................. 38 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 40 1. Tổng hợp vật liệu nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt.............................. 40 2. Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ........................................................................ 40 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ ion kim loại In3+/Sn4+ tham gia phản ứng ...... 42 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt ............................................... 44 5. Nghiên cứu thành phần vật liệu nano ITO bằng phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX: Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy)................................................... 47 6. Nguyên cứu cấu trúc vật liệu nano ITO bằng phổ nhiễu xạ X-ray ................... 48 7. Nghiên cứu sự ngăn bức xạ hồng ngoại xa của lớp phủ vật liệu nano ITO bằng thiết bị UV-Vis-NIR ............................................................................................. 49 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 52 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ................................................. 54 4
  6. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý Nghĩa 1 CVD Chemical Vapor Deposition (Lắng đọng bay hơi hóa học) 2 EDX Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (Phổ tán sắc năng lượng tia X) 3 IR Infrared (Vùng hồng ngoại) 4 ITO Indium Tin Oxide 5 PVA Polyvinyl Acetate 6 SEM Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) 7 SPM Scanning Probe Microscopy (Kính hiển vi quét đầu dò) 8 STM Scanning Tunneling Microscopy (Kính hiển vi quét chui hầm) 9 TCO Transparent Conductive Oxide (Màng mỏng ôxít dẫn trong suốt) 10 UV Ultraviolet (Vùng tử ngoại) 11 VL Visible Light (Ánh sáng nhìn thấy ) 5
  7. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU STT Tên Bảng, Biểu Trang 1 Bảng 1.1. Tính chất điện của màng ITO với công suất phún 22 xạ khác nhau 2 Bảng 2.1. Danh mục hóa chất sử dụng 27 3 Bảng 2.2. Mẫu tổng hợp ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau 30 4 Bảng 2.3. Mẫu tổng hợp ở các điều kiện tỉ lệ nồng độ ion 30 In3+/Sn4+ khác nhau 5 Bảng 2.4. Mẫu tổng hợp ở thời gian thủy nhiệt khác nhau 31 6
  8. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Tên Hình Trang 1 Hình 1.a. Biểu đồ các vùng ánh sáng theo bước sóng: Vùng 10 tử ngoại (UV), Vùng nhìn thấy (VL), Vùng hồng ngoại (IR) 2 Hình 1.b. Độ truyền qua của ánh sáng nhìn thấy cao hay thấp 12 tùy theo độ dày của các lớp, độ dày của màng 3 Hình 1.1. Cơ chế phản xạ bức xạ nhiệt khi thời tiết ngoài 17 trời lạnh và nóng 4 Hình 1.2. Màng lọc ôxít dẫn trong suốt 18 5 Hình 1.3. Phổ truyền qua tính toán và thực nghiệm của màng 21 ITO với độ dày 330 nm 6 Hình 1.4. Phổ truyền qua và phản xạ của màng ITO chế tạo 22 với công suất phún xạ khác nhau 7 Hình 1.5. Tính chất điện của màng ITO theo mật độ công 23 suất phún xạ 8 Hình 2.1. Máy khuấy từ gia nhiệt 28 9 Hình 2.2. Cân phân tích 28 10 Hình 2.3. Máy li tâm 28 11 Hình 2.4. Rung siêu âm 28 12 Hình 2.5. Quy trình tổng hợp vật liệu nano ITO 29 13 Hình 2.6. Thiết bị lò thủy nhiệt 32 14 Hình 2.7. Quy trình tạo màng phủ vật liệu nano ITO 32 15 Hình 2.8. Màng phủ vật liệu nano ITO các nhiệt độ tổng hợp 33 khác nhau 7
  9. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 16 Hình 2.9. Ảnh thu được bằng hiển vi điện tử quét so với hiển 34 vi quang học 17 Hình 2.10. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của kính hiển vi 35 điện tử quét 18 Hình 2.11. Kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM – 7600F 35 (Nhật Bản) tại phòng thí nghiệm Hiển vi điện tử và Vi phân tích (BKEMMA), Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) 19 Hình 2.12. Các tia nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn 38 20 Hình 2.13. Thiết bị đo phổ UV-Vis-NIR của Viện Vật lý - 39 Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 21 Hình 3.1. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu vật 41 liệu nano ITO theo các nhiệt độ khác nhau: a) 150; b) 175; c) 200; e) 225; f) 250 oC; d) Mẫu khuếch đại của vật liệu nano ITO được tổng hợp ở 200 oC 22 Hình 3.2. Các mẫu thu được theo các nhiệt độ khác nhau 42 23 Hình 3.3. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu vật 43 liệu ITO theo các tỉ lệ nồng độ ion In3+/Sn4+ khác nhau: a) 10/0; b) 9,5/0,5; c) 9/1; e) 8,5/1,5; f) 8/2; d) Mẫu khuếch đại của vật liệu nano ITO được tổng hợp tỉ lệ ion In3+/Sn4+ là 9/1 24 Hình 3.4. Ảnh FE-SEM của các mẫu vật liệu nano ITO theo 45 các thời gian khác nhau: a) 4; b) 6; c) 8; e) 10; f) 12 giờ d) Hình ảnh khuếch đại của vật liệu nano ITO được tổng hợp ở thời gian 8 giờ 25 Hình 3.5. Ảnh FE-SEM của vật liệu nano ITO được tổng hợp 46 bằng phương pháp thủy nhiệt ở điều kiện nhiệt độ là 200 oC, 8
  10. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 tỉ lệ nồng độ ion In3+/Sn4+ là 9/1, thời gian thủy nhiệt là 8 giờ 26 Hình 3.6. Biểu diễn phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) của 45 vật liệu nano ITO được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt với các tỉ lệ nồng độ ion In3+/Sn4+: a) 10/0 ; b) 9,5/0,5; c) 9/1; d) 8,5/1,5 27 Hình 3.7. Phổ nhiễu xạ X-ray của các mẫu nano ITO với các 48 nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau. a) 150; b) 175; c) 200; d) 225; e) 250 oC 28 Hình 3.8. Phổ truyền qua của màng phủ vật liệu nano ITO 49 được phủ trên lam kính 9
  11. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ban ngày khi Mặt trời lên, Mặt trời truyền đến Trái đất không chỉ ánh sáng nhìn thấy mà còn rất nhiều loại bức xạ do các phản ứng nhiệt hạch trong lòng Mặt trời sinh ra. Do Mặt trời ở xa và quanh Trái đất có một lớp khí quyển dày đặc nên bức xạ từ Mặt trời đến Trái đất đã được hạn chế phần nào. Phần chủ yếu đến được mặt đất là sóng điện từ bước sóng trải dài từ vùng tử ngoại đến vùng hồng ngoại. Nếu xem toàn bộ năng lượng bức xạ từ Mặt trời truyền đến mặt đất là 100% thì 3% là thuộc tử ngoại (UV = 3%), 56% là thuộc hồng ngoại (IR = 56%) còn 41% là thuộc ánh sáng nhìn thấy (VL = 41%). Tia tử ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 10 - 380 nm, làm hại mắt, hại da và không có lợi cho sức khoẻ. Tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 800 nm gây ra nóng bức khó chịu. Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng 380 - 780 nm giúp cho mắt có thể nhìn thấy mọi vật xung quanh. Hình 1.a. Biểu đồ các vùng ánh sáng theo bước sóng: Vùng tử ngoại (UV), Vùng nhìn thấy (VL), Vùng hồng ngoại (IR) Chế tạo được thủy tinh, làm được các tấm kính trong suốt là một thành tựu lớn về vật liệu. Kính ô tô, kính nhà cửa có tác dụng che gió, che mưa,… lại nhìn qua 10
  12. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 được dễ dàng, vừa tiện lợi vừa thẩm mỹ. Nhưng kính cũng để cho tia tử ngoại xuyên qua làm hại da, hại mắt, kính cũng để tia hồng ngoại xuyên qua gây nóng bức. Hơn nữa, bức xạ hồng ngoại do vật bị chiếu nóng lên gây ra lại khó thoát ra ngoài khỏi tấm kính, thường gọi đó là hiệu ứng nhà kính. Vì vậy khi trời nắng ngồi trong xe ô tô đóng kín cửa hay trong nhà nhiều cửa kính thì cảm thấy nóng bức, khó chịu, gây tốn nhiều chi phí và năng lượng trong việc làm mát. Từ những điều này, định hướng dùng kính tối ưu là làm sao ngăn không cho bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại đi qua nhưng lại cho phép ánh sáng nhìn thấy đi qua bắt đầu được tập trung nghiên cứu. Thoạt đầu người ta nghĩ cách làm màng có chất nhuộm màu, hoạt động theo nguyên tắc hấp thụ. Màng màu càng tối thì hiệu quả càng cao, ví dụ người ngồi trong ô tô, kính có dán màng này trời nắng nhìn ra rất mát mắt, không chói. Nhưng khi ánh sáng bên ngoài yếu, trời hơi tối thì lại rất khó nhìn, mỏi mắt và khá nguy hiểm. Mặc dù lớp màng này ngăn được nóng, ngăn được tử ngoại một ít nhưng cũng hạn chế ánh sáng nhìn thấy đi qua. Tuy vậy loại màng nhuộm màu này hiện nay vẫn còn được sử dụng vì giá thành rẻ nhất. Vào những năm 1990, loại màng phủ kính thế hệ mới xuất hiện, là màng chế tạo theo phương pháp lai, màng gồm nhiều lớp, có lớp chất nhuộm màu để hấp thụ ánh sáng mặt trời làm bớt nóng, đặc biệt có một lớp mỏng kim loại để phản xạ tia tử ngoại. So với màng chỉ đơn thuần là nhuộm màu như trước đây, loại màng này giảm nóng tốt hơn 25% và giảm hẳn tia tử ngoại độc hại, được ứng dụng rất nhiều. Độ truyền qua của ánh sáng nhìn thấy cao hay thấp tùy theo độ dày của các lớp, độ dày của màng. 11
  13. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 Hình 1.b. Độ truyền qua của ánh sáng nhìn thấy cao hay thấp tùy theo độ dày của các lớp, độ dày của màng Ngày nay một loại màng chống nhiệt mới ra đời dựa trên công nghệ nano, loại màng này được tạo ra bằng cách phủ một loại vật liệu nano lên bề mặt. Các màng này có tính chất chọn lọc ánh sáng, ngăn được bức xạ hồng ngoại nhưng lại gần như trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy, được sử dụng phủ lên kính xe máy, ô tô, kính của các tòa nhà,… vào ban đêm nhìn qua kính vẫn thấy mọi thứ khá rõ ràng. Lớp phủ dựa trên công nghệ nano có tính năng ngăn sự truyền qua (phản xạ) của bức xạ nhiệt (bức xạ hồng ngoại) hiện nay đang được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm, sử dụng phương pháp phủ trên bề mặt kính bằng các công nghệ phủ khác nhau như: công nghệ lắng đọng hóa học (CVD – phủ cứng) [14], công nghệ phún xạ (sputtering – phủ mềm) [3, 9, 10],… tuy nhiên những công nghệ này đòi hỏi những trang thiết bị đắt tiền và vận hành phức tạp. Từ tất cả những điều trên đã hướng chúng tôi tới quyết định chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu tổng hợp và tính chất vật liệu Indium Tin ôxit (ITO) để ứng dụng làm màng phủ ngăn bức xạ hồng ngoại”. 12
  14. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 Trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi tập trung nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt, khảo sát tính chất, cấu trúc và tính chất quang của màng phủ vật liệu nano ITO đã tổng hợp được. 2. Mục tiêu Mục tiêu của đề tài là:  Tổng hợp thành công hạt nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt.  Phủ thành công tạo màng ITO từ vật liệu nano ITO đã tổng hợp được.  Tính chất quang của màng ITO phủ trên kính: cho ánh sáng nhìn thấy đi qua, ngăn bức xạ hồng ngoại. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Từ mục tiêu trên, chúng tôi đặt ra nhiệm vụ cần thực hiện là: - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt. Từ đó tối ưu hóa quy trình thực hiện để đưa ra được một quy trình chuẩn, có tính ổn định và độ lặp lại cao. - Khảo sát các đặc trưng của vật liệu chế tạo được như: kích thước hạt, thành phần pha, độ kết tinh, thành phần nguyên tố. - Nghiên cứu tính chất quang của màng ITO, sử dụng vật liệu nano ITO phủ lên lam kính. 4. Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu nano ITO - Màng phủ vật liệu nano ITO 5. Phương pháp nghiên cứu Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Trong đó, phương pháp thủy nhiệt được sử dụng để chế tạo vật liệu nano ITO, các phương pháp phân tích cấu trúc được sử dụng để phân tích cấu trúc vật liệu như: 13
  15. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 - Kính hiển vi điện tử quét (FE - SEM): nghiên cứu kích thước và hình thái vật liệu nano ITO. - Phổ tán sắc năng lượng tia X: đo thành phần. - Thiết bị UV-Vis-NIR: đo độ truyền qua của các màng phủ vật liệu nano ITO. - Phổ nhiễu xạ tia X: Xác định thành phần pha, độ tạo thành tinh thể. 6. Cấu trúc luận văn Cấu trúc của luận văn được chia làm ba chương bao gồm: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về vật liệu nano, hạt nano, màng ôxít dẫn trong suốt (TCO) tính chất quang, điện của chúng và ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM Chương này sẽ trình bày phần tổng hợp vật liệu hạt nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt. Phương pháp phủ tạo màng ITO. Các thiết bị đo được sử dụng để nghiên cứu đặc trưng của vật liệu. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Phân tích, đánh giá các kết quả thu được từ các phép đo X-ray, SEM, EDX, UV-vis-NIR. Từ đó, rút ra các kết luận và đánh giá về quá trình tổng hợp, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt. Đưa ra khả năng thành công trong việc chế tạo vật liệu nano ITO bằng phương pháp thủy nhiệt cho lớp phủ ngăn chặn bức xạ hồng ngoại. Cuối cùng là các kết luận và tài liệu tham khảo. 14
  16. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu Khái niệm về công nghệ nano được xuất hiện từ những năm 1959, khi nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ đi từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử. Những năm 1980, nhờ sự ra đời của hàng loạt các thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu dò quét (SPM hay STM) có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, con người có thể quan sát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực nano. Từ đó, công nghệ nano bắt đầu được đầu tư nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Vật liệu nano có những tính chất ưu việt mà vật liệu khối (kích thước lớn) không có được do sự thu nhỏ kích thước và tăng diện tích bề mặt [4, 5]. Vì vậy, vật liệu nano đã thu hút được sự chú ý, quan tâm nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới. Trên thế giới, công nghệ nano đã được nghiên cứu và phát triển từ khá lâu và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống và trong nghiên cứu. Một vài ứng dụng của công nghệ nano trong các lĩnh vực đời sống: - Trong y học: thuốc kích thước nano, hạt nano vận chuyển thuốc, ví dụ: sử dụng hạt nano vàng để chống lại một số bệnh ung thư, các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để tiêu diệt khối u,…. - Trong điện tử: các bộ xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến, trong công nghệ pin, giúp tăng điện năng lưu trữ với kích thước ngày càng nhỏ hơn, một số sản phẩm như chuột, bàn phím cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn. - Trong may mặc: sử dụng hạt nano bạc để khử mùi trong quần áo,.... Ở Việt Nam, từ thập niên 90 của thế kỷ trước, G.S. Viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu đã khởi xướng, cần tìm hiểu và nghiên cứu về vật liệu nano. Trong lĩnh vực Nano, chia ra làm 3 khái niệm: Khoa học Nano, Công nghệ Nano (CNNN) và Vật liệu Nano. Khoa học Nano và ứng dụng vật liệu nano đang có sự phát triển mạnh 15
  17. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 mẽ, phần CNNN đang ở giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, bởi đầu tư cho dạng công nghệ này khá tốn kém. Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã đẩy mạnh trong việc nghiên cứu về Khoa học, Công nghệ và Vật liệu Nano. Xúc tác có cấu trúc nano trên cơ sở vàng (Au) đã được triển khai từ những năm 2000 đã cho những kết quả ứng dụng rất thành công. Các xúc tác trên cơ sở nano vàng (Au- nano) đã được ứng dụng cho các quá trình oxy hóa khí thải để giảm những chất độc hại như NOx. Các nhà vật lý ở Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội [11, 13], Viện Vật liệu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trung tâm Quốc tế đào tạo về Khoa học Vật liệu (ITIMS) [15, 20], Viện Vật lý Kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà Nội đã thu được nhiều kết quả về việc chế tạo các màng mỏng kim loại, hợp kim có cấu trúc nano, nghiên cứu tính chất và bước đầu đưa ứng dụng làm một số linh kiện. Về vật liệu nano (kim loại và hợp kim, ôxít phức hợp), số công trình tăng lên đáng kể, đặc biệt là vật liệu nano có kích thước d < 10 nm như: công trình chế tạo hạt nano TiO2 (Viện Vật lý - Trung tâm Khoa học và Công nghệ Quốc gia), Bộ môn Điện hoá - Đại học Bách khoa Hà Nội d  2025 nm, Bộ môn Hoá vô cơ - Đại học Bách khoa Hà Nội đã tổng hợp được các hạt nano CoFe2O4, perovskite, TiO2 [8,12]… và hợp tác với các nhà công nghệ để nghiên cứu tính chất và ứng dụng vào các lĩnh vực đời sống…. Ứng dụng vật liệu hạt nano cho màng phủ ngăn bức xạ hồng ngoại: Lớp phản xạ bức xạ nhiệt đã được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới quan tâm nghiên cứu nhằm ngăn cản chiều truyền nhiệt tự nhiên từ nhiệt độ cao sang nhiệt độ thấp và giúp cho việc tránh thất thoát sự trao đổi nhiệt giữa bên trong và bên ngoài của công trình. Khi phủ lớp phản xạ bức xạ nhiệt trong suốt trên kính sẽ làm cho kính giữ được ấm trong nhà vào mùa đông (giảm chi phí năng lượng sưởi ấm), giữ được mát trong nhà vào mùa hè (giảm chi phí cho năng lượng làm mát) và những kính như vậy được gọi là kính low-E. Kể từ khi công nghệ nano ra đời đã cho phép tạo ra những lớp phản xạ bức xạ nhiệt trong suốt, nên khi nghiên cứu công nghệ phủ lớp vật liệu này lên trên kính nó sẽ tăng khả năng ngăn cản nhiệt truyền qua kính mà không đánh mất đi những 16
  18. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 ưu điểm của vật liệu kính, tận dụng nguồn sáng tự nhiên và giúp con người sinh hoạt trong nhà có cảm giác như ở trong môi trường thiên nhiên xung quanh…. Cơ chế ngăn cản nhiệt truyền qua kính có lớp phủ phản xạ nhiệt như hình vẽ dưới đây, bức xạ nhiệt phản xạ trở lại phía nguồn phát sinh ra nó. Hình 1.1. Cơ chế phản xạ bức xạ nhiệt khi thời tiết ngoài trời lạnh và nóng Trong nhiều công trình nghiên cứu khoa học đã chỉ ra được nhiều loại vật liệu cấu trúc nano có khả năng phản xạ lại các bức xạ nhiệt như: màng mỏng nano- Ag trong công nghệ phủ phún xạ (phủ mềm); SnO2:F trong công nghệ CVD (phủ cứng); và gần đây một hướng phát triển công nghệ khác tiết kiệm chi phí hơn đi từ dung dịch là công nghệ phun phủ ở điều kiện thường. Các hạt ôxít bán dẫn pha tạp các kim loại chuyển tiếp có tính chất ngăn bức xạ hồng ngoại như: SnO2:Sb, SnO2:In, ZnO:Al,…. 2. Giới thiệu về màng mỏng ôxít dẫn trong suốt (Transparent Conductive Oxide - TCO) Màng mỏng ôxít dẫn trong suốt này thường là các chất bán dẫn có vùng cấm rộng (trên 3 eV) và có độ pha tạp cao để thay đổi tần số plasma (p) nhằm có được 17
  19. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 độ dẫn giống như kim loại khi có mật độ cao của các điện tử ở vùng dẫn đồng thời vật liệu này sẽ trong suốt đối với các tần số cao hơn p và phản xạ lại các tần số thấp hơn p. Hơn thế nữa, khi sử dụng vật liệu bán dẫn có vùng cấm rộng sẽ tránh được sự kích thích của các điện tử lên vùng dẫn bằng các photon trong vùng nhìn thấy. Màng mỏng TCO được sử dụng phổ biến làm điện cực dẫn trong suốt cho pin năng lượng mặt trời và trong công nghệ màn hình như: tivi, điện thoại. Ngoài chức năng điện cực trong suốt, các màng mỏng TCO được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới phát triển cho ứng dụng trong kính tiết kiệm năng lượng, do đặc tính phản xạ bức xạ hồng ngoại của chúng. Một số màng TCO được quan tâm nhiều hiện nay là SnO2 pha tạp In hoặc Sb, ZnO pha tạp Al hoặc Ga [13], SnO2 pha tạp F…. Hình 1.2. Màng lọc ôxít dẫn trong suốt Theo thuyết điện tử tự do của Drude giải thích cho sự phản xạ ở vùng hồng ngoại gần liên quan đến tần số plasma (𝑝 ). Ở tần số bé hơn 𝑝 (bước sóng dài 18
  20. ĐỖ QUÝ NHÂN 2017 hơn) sẽ bị phản xạ trở lại. Tần số plasma phụ thuộc vào nồng độ hạt tải theo công thức sau: 1/2 𝑛𝑒 2 𝑝 = ( ) (1) 0 1 m Trong đó: 𝑝 : tần số plasma, n: nồng độ hạt tải, 0, 1: hằng số điện môi trong chân không và trong môi trường đo, m: khối lượng của hạt tải. Đối với hạt tải là điện tử thì ta có thể tính gần đúng tần số sóng plasma fp như sau: 𝑝 8980.n fp =  (Hz) (2) 2𝜋 2 Bước sóng tối thiểu bị phản xạ lại liên quan đến bước sóng plasma theo công thức sau: 1 1/2 𝑝 = ( ) 0 (3) 1 −1 Trong đó: 𝑝 : chiều dài bước sóng plasma, 0 : chiều dài bước sóng tối thiểu bị phản xạ lại. Từ những công thức trên cho thấy tần số plasma phụ thuộc vào nồng độ hạt tải trong vật liệu do đó có thể thay đổi tần số plasma (tương ứng với bước sóng tối thiểu bị phản xạ) qua việc làm thay đổi nồng độ hạt tải bằng việc thay đổi nồng độ chất pha tạp hoặc điều kiện xử lý vật liệu. Hiện nay có nhiều công nghệ được sử dụng để tạo màng mỏng TCO như: công nghệ lắng đọng trong chân không [7], lắng đọng hóa học CVD [6], công nghệ sol-gel [2], công nghệ nhiệt phân muối [2],… Một số dạng vật liệu dạng này được nhiều nhóm nghiên cứu đề cập đến như: Indium Tin Oxide (ITO); Antimony Tin 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2