Nghiên cứu chế tạo màng mỏng quang xúc tác bằng phương pháp phún xạ phản ứng magnetron dc

Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
1
MỞ ĐẦU

Hiện nay trái đất nói chung và Việt Nam nói riêng đang phải đối mặt với hai vấn
nạn lớn: môi trường bị thoái hóa nhanh và sức khỏe của người dân đang bị đe dọa
nghiêm trọng. Môi trường sống hiện nay ở các thành phố lớn như Tp. HCM, Hà Nội,
Cần Thơ, đang bị ô nhiễm khói, bụi ngày càng trầm trọng.
Việc sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch, hoạt động của các nhà máy công
nghiệp,… đã thải các loại khí SO
2
, NO
x
, CO
2
, …vào bầu khí quyển ngày càng nhiều
và gây ra nhiều tác hại như hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên.
Ngoài ra, do tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hoá của Việt Nam nhanh và ngày
càng lớn mạnh nên nhu cầu về nhà ở và văn phòng làm việc cũng tăng nhanh. Bên
cạnh việc xây dựng, việc bảo quản, giữ gìn bề mặt bên trong và bên ngoài của tòa
nhà chiếm một chi phí không nhỏ. Sử dụng chất tẩy rửa để làm sạch các chất bẩn
bám vào các tấm kính, panel, tường không những có thể gây nguy hiểm cho người
lao động khi làm vệ sinh các tòa cao ốc, gia tăng chi phí bảo quản mà còn gây ô
nhiễm môi trường do có khá nhiều hợp chất không phân huỷ sinh học trong chất tẩy
rửa.
Sự tích lũy một khối lượng lớn các hóa chất đã gây ra nhiều loại bệnh chưa từng
biết đến, gây ảnh hưởng xấu đến năng suất cây trồng, vật nuôi và phẩm chất lương
thực thực phẩm, đẩy nhanh quá trình ăn mòn máy móc thiết bị, làm giảm tuổi thọ
của các công trình kiến trúc, xây dựng,…Do đó, thiệt hại do ô nhiễm môi trường gây
ra rất lớn. Để cải thiện môi trường, con người đã có nhiều giải pháp. Trong số đó,

việc sử dụng các loại vật liệu quang xúc tác đã được nhiều nhà khoa học tập trung
nghiên cứu trong những năm gần đây (từ năm 1990).
Năm 1972, Fujishima và Honda đã khám phá hợp chất TiO
2
có tính chất quang
xúc tác tuyệt vời. Chỉ bằng việc chiếu sáng, các nhà nghiên cứu nhận thấy các chất
hữu cơ, các chất bẩn bị phân huỷ. Hiện nay, có rất nhiều loại vật liệu có tính năng
quang xúc tác như ZnO, Ta
2
O
5
, ZrO
2
, TiO
2
, , Tuy nhiên, vật liệu titandioxide
(TiO
2
) cho thấy có triển vọng, ứng dụng hiệu quả nhất nhờ khả năng ôxy hóa mạnh
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
2
Với độ rộng vùng cấm khoảng 3.2eV - 3.8 eV, vật liệu TiO
2
chỉ có thể cho hiệu
ứng quang xúc tác trong vùng ánh sáng UV. Do đó, hiệu suất quang xúc tác ngoài
trời thấp do bức xạ UV chỉ chiếm khoảng 5% năng lượng Mặt Trời. Để sử dụng
năng lượng Mặt Trời một cách hiệu quả hơn, cần mở rộng phổ hấp thu của TiO
2

vào
vùng ánh sáng khả kiến (loại bức xạ chiếm đến 45% năng lượng mặt trời).
Để chế tạo vật liệu có tính năng quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng khả kiến
trên nền vật liệu TiO
2
, cho đến nay có bốn phương pháp chủ yếu được đề nghị là: (1)
pha tạp ion kim loại chuyển tiếp (để tạo những trạng thái trung gian trong vùng cấm
TiO
2
); (2) gắn kết chất nhạy quang (đóng vai trò là chất hữu cơ có khả năng hấp thụ
ánh sáng khả kiến); (3) thành lập TiO
x
(tạo trạng thái khuyết oxygen (O) định xứ
trên mức năng lượng trong khoảng 0.75eV – 1.18 eV ở dưới vùng dẫn); (4) pha tạp
các anion của C,N,F,P hoặc S (để thay thế O trong tinh thể anatase TiO
2
). Tuy
nhiên, ba phương pháp đầu đều không bền nhiệt, độ lập lại quang xúc tác kém, hoặc
làm tăng nồng độ tâm tái hợp [11]. Trong khi đó, phương pháp (4) được cho là hiệu
dụng nhất do có khả năng thành lập mức tạp mới gần vùng hóa trị. Trong đó, việc
lựa chọn pha tạp nitrogen (N) được quan tâm hàng đầu vì các trạng thái (N-2p) của
chúng nằm trong vùng cấm, lân cận biên vùng hóa trị của trạng thái (O-2p). Nhờ
vậy, năng lượng vùng cấm quang (E
g
) được thu hẹp lại, cỡ 2.45eV [11]. Tương tự,
việc pha tạp Sulfur (S) cũng cho E
g
hẹp, nhưng ít được sử dụng vì khó đưa vào tinh
thể TiO
2

do bán kính ion của S lớn.
Do đó, mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO
2

pha tạp N (TiO
2
:N) để ứng dụng trong vùng ánh sáng khả kiến. Có nhiều công trình
nghiên cứu đề xuất các phương pháp khác nhau. Cụ thể, trong [3,14] các tác giả đã
sử dụng phương pháp solgel. Đây là một phương pháp dễ triển khai ứng dụng, thiết
bị chế tạo đơn giản nhưng luôn cho lượng pha tạp N nhỏ. Trong [5,8,13], các tác giả
đã sử dụng phương pháp IBAD (ion beam assisted deposition) và PLD (pulse laser
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
3
deposition). Đây là các phương pháp sử dụng chùm ion hoặc photon năng lượng cao
để phún xạ vật liệu nên có khả năng cho lượng pha tạp N lớn. Tuy nhiên, các thiết bị
chế tạo rất đắt tiền và khó triển khai tạo màng trên diện tích rộng. Với các hạn chế
của các phương pháp nêu trên, đã xuất hiện nhiều công trình tập trung sự chú ý vào
phương pháp phún xạ magnetron. Đây là một phương pháp dễ thực hiện được việc
tạo màng trên diện tích rộng và có khả năng triển khai ứng dụng nhưng theo [4,13],
kết quả nhận được lại cho lượng pha tạp N vẫn nhỏ. Kết quả trong [7] đạt được
lượng tạp N lớn (lên đến 20.8%atN) nhưng màng lại chuyển sang cấu trúc TiN. Vì
vậy, việc cải tiến phương pháp phún xạ magnetron nhằm chế tạo được màng TiO
2
:N
có lượng pha tạp N lớn để có tính năng quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng khả
kiến cũng là một yêu cầu có ý nghĩa khoa học cũng như tính thực tiễn ứng dụng cao.
Do đó mục tiêu của đề tài này là:
1) Cải thiện hệ magnetron DC để tạo màng TiO

2
:N có lượng pha tạp N cao.
2) Thiết kế hệ đo quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến.
3) Chế tạo và đo các đặc tính quang xúc tác của màng TiO
2
:N đã chế tạo.
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
64
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

[1]Đinh Công Trường
, Vũ thị Hạnh Thu, Nguyễn Hữu Chí, Trần Tuấn, Lê Đình
Minh Trí, (2007),
Nghiên cứu chế tạo màng TiO
2-x
N
x
bằng phương pháp phún xạ
phản ứng magnetron không cân bằngDC,
Hội Nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần
thứ 5, Vũng Tàu, 12 – 14/11/2007, pp 695 - 698.
[2] Đinh Công Trường, Vũ Thị Hạnh Thu
,Nguyễn Hữu Chí, Lê Văn Hiếu, Phạm
Kim Ngọc, Văn Hồng Khôi, (2008),
TiO
x
N
y

photocatalytic thin films fabricated by
extra unbalanced magnetron system
, Báo cáo oral tại hội nghị Quang học toàn quốc
2008, tại Nha Trang, ngày 11/09/2008.
[3] Đinh Công Trường, Vũ Thị Hạnh Thu
, Nguyễn Hữu Chí, Lê Văn Hiếu, Huỳnh
Thành Đạt, Phạm Kim Ngọc, Lê Đình Minh Trí, (2008),
Cơ chế pha tạp nitrogen
vào tinh thể TiO
2
trong phương pháp phún xạ phản ứng magnetron DC, Tạp chí
Phát triển Khoa học & Công nghệ, ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Vol.11, 6/2008,
pp 55 – 60.
[4] Dinh Cong Truong, Vu Thi Hanh Thu
, Nguyen Huu Chi, Đinh Cong Truong, Le
Van Hieu, Pham Kim Ngoc, (2008),
The auger neutralization process in the
unbalanced dc sputtering magnetron method when fabricated TiO
2-x
N
x

photocatalytic films
, Communications in Physics, Vol.18, No. 4, 2008, pp 206 -212

GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
4

Phần I

TỔNG QUAN

GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
5
Chương 1
KHÁI NIỆM VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC TiO
2
; TiO
2
:N VÀ
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.1. TINH THỂ TiO
2
.
1.1.1. Cấu trúc
TiO
2
là chất bán dẫn tồn tại ở 3 dạng cơ bản sau: Rutile, Anatase, Brookite.
Anatase (hình 1.1a)
: là pha có hoạt tính quang hoá mạnh nhất trong 3 dạng
tồn tại của TiO
2
. Anatase có độ rộng khe năng lượng 3,23 eV và khối lượng riêng
khoảng 3,9 g/cm
3
. Anatase cũng có kiểu mạng Bravais tứ phương như rutile nhưng
các hình bát diện xếp tiếp xúc cạnh với nhau và trục c của tinh thể bị kéo dài (hình
1.2a)
Rutile(hình 1.1b)

: là trạng thái tinh thể bền của TiO
2
, pha rutile có độ rộng
khe năng lượng 3,1 eV. Rutile là pha có độ xếp chặt cao nhất so với 2 pha còn lại,
khối lượng riêng khoảng 4,2 g/cm
3
. Rutile có kiểu mạng Bravais tứ phương với các
hình bát diện xếp tiêp xúc nhau ở các đỉnh (hình 1.2b)
c)
b)
a)
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể TiO
2
.

Brookite(hình 1.1c)
: có hoạt tính quang hoá rất yếu. Brookite có độ rộng khe
năng lượng 3,4 eV, khối lượng riêng 4,1 g/cm
3

GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
6
Do vật liệu màng mỏng và hạt nano TiO
2
chỉ tồn tại ở dạng thù hình anatase
và rutile, hơn nữa khả năng xúc tác quang của brookite hầu như không có nên ta sẽ
không xét đến pha brookite trong phần còn lại của đề tài.
(a)

(b)
Hình 1.2. Ô cơ sở của cấu trúc anatase và rutile

1.1.2. Cơ chế quang xúc tác.
Chất xúc tác quang là chất làm tăng tốc độ phản ứng quang hoá. Khi được
chiếu ánh sáng với cường độ thích hợp chất xúc tác quang sẽ đẩy nhanh tốc độ phản
ứng quang hoá bằng cách tương tác với chất nền ở trạng thái ổn định hay ở trạng
thái bị kích thích hoặc với các sản phẩm của phản ứng quang hoá tuỳ thuộc vào cơ
chế của phản ứng. Mô tả trên cũng bao gồm cả sự nhạy quang, được định nghĩa như
là kết quả của sự hấp thụ photon của các phân tử xúc tác quang dẫn đến sự thay đổi
quang hoá hay quang lý trong các phân tử khác. Chất xúc tác quang khi được chiếu
bằng ánh sáng thích hợp có thể tạo ra một loạt qui trình giống như phản ứng oxy
hoá-khử và các phân tử ở dạng chuyển tiếp có khả năng oxy hoá-khử mạnh.
Dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại (UV),

các điện tử từ vùng hóa trị (hình
1.3) chuyển lên vùng dẫn thành các điện tử tự do, để lại các lỗ trống ở vùng hóa trị.
Điện tử và lỗ trống khuếch tán ra bề mặt và phản ứng với H
2
O và O
2
hấp thụ trên bề
mặt màng và tạo ra các gốc có khả năng ôxy hóa khử chất hữu cơ.
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
7

Hình 1.3. Phản ứng quang xúc tác của TiO
2

.
Trên giản đồ thế (hình 1.4), thế ôxy hóa của lỗ trống ở vùng hóa trị là +2.53V,
dương hơn thế ôxy hóa của gốc hydroxyl là +2.27V nên lỗ trống có thể ôxy hóa H
2
O
để tạo gốc hydroxyl
•
OH:
H
2
O + h
+
Æ
•
OH + H
+
(1.6)
Thế khử của điện tử ở vùng dẫn là –0.52V, âm hơn thế khử của gốc superoxyt
•
O là –0,28V nên điện tử có thể khử O
2
để tạo gốc superoxyt:
−
2
O
2
+ e
-
Æ
•

O (1.7)
−
2
Từ (1.6) và (1.7) cho thấy, sản phẩm là gốc hydroxyl
•
OH có tính ôxy hóa rất
mạnh và gốc superoxyt
•
có tính khử, nên chúng sẽ ôxy hóa khử các chất hữu cơ
trên bề mặt để tạo ra các sản phẩm phân hủy (CO
2
và H
2
O). Hiệu ứng phân hủy hợp
chất hữu cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực diệt khuẩn vì chúng đều là những
chất hữu cơ (là các dạng sống, có màng tế bào và đều tạo nên từ các lipid khác nhau)
nên bị phá hủy bất chấp ở hình thái nào. Nhờ vậy, vật liệu TiO
2
được ứng dụng để
làm sạch nguồn nước, không khí, các bề mặt, …
−
2
O
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
8

Hình 1.4. Các mức thế ôxy hóa – khử của TiO
2

.
1.2. TiO
2
pha tạp N (TiO
2
:N)
1.2.1. Cấu trúc.
Khi tinh thể TiO
2
được pha tạp N, một số nguyên tử O bị thay thế bởi nguyên tử
N, (ta có cấu trúc TiO
2-x
N
x,
được gọi là pha tạp thay thế), một số nguyên tử N nằm
xen kẽ giữa vị trí các nút mạng trong tinh thể (được gọi là pha tạp xen kẽ) hoặc một
vài trạng thái khuyết O được hình thành (hình 1.5b).
Lúc đó, mạng tinh thể TiO
2
sẽ bị giãn nở thể tích, do hai nguyên nhân: (1) Có sự
khác nhau về bán kính ion của các nguyên tử: ion O
2-
có bán kính nguyên tử cỡ
1.32 , ion N
3-
có bán kính nguyên tử cỡ 1.71 ; (2) Thay đổi chiều dài liên kết, liên
o
A
o
A

(
1
)

(
2
)
Hình 1.5. (a) Cấu trúc tinh thể anatase TiO
2
; (b) Cấu trúc tinh thể TiO
2
được pha tạp N
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
9
kết Ti – N có chiều dài từ 1.964 – 2.081 và liên kết Ti – O có chiều dài từ
1.942 – 2.002 .
o
A
o
A
o
A
o
A
Tuy nhiên, khi pha tạp thay thế N thì sự biến thiên về cấu trúc trong pha anatase
TiO
2
không rõ ràng. Do sự chênh lệch nhỏ của kích thước chiều dài liên kết giữa Ti

– N và Ti – O nên mạng tinh thể hầu như ít bị biến dạng.
Orbital liên kết
trong TiO
2

Orbital liên kết
trong TiO
2-x
N
x
Vùng dẫn

Vùng hóa trị

Ti3d + O2p + N2p
Ti3d + O2p

Trong hầu hết các công trình nghiên cứu, pha tạp thay thế N được xem là quan
trọng vì nó làm tăng khả năng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến
[5,7,8,11,13]. Ta có thể quan sát cấu hình điện tử của các nguyên tử và ion để hiểu
được quá trình pha tạp N thay thế O trong tinh thể TiO
2
:
Ti: 1s
2
2s
2
2p
6
3s

2
3p
6
3d
2
4s
2
O : 1s
2
2s
2
2p
4

Ti
4+
: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
0
4s
0

O
2-
: 1s
2
2s
2
2p
6
N : 1s
2
2s
2
2p
3

Như vậy, trong Ti
4+
, trạng thái 3d (tương ứng với vùng dẫn, trống điện tử) chồng
chập lên trạng thái 4s. Trong khi đó, đối với O
2-
, trạng thái 2p nằm ở vùng hóa trị
chứa đầy điện tử. Vì vậy, TiO
2
có vùng dẫn ứng với năng lượng của trạng thái Ti 3d
và vùng hóa trị ứng với năng lượng của trạng thái O 2p. Vì năng lượng của trạng
thái N 2p lớn hơn năng lượng của trạng thái O 2p, nên khi N thay thế cho O trong
cấu trúc TiO
2
thì năng lượng của vùng hóa trị trong cấu trúc TiO
2

:N sẽ âm hơn so
Hình 1.6. Giản đồ của quá trình pha tạp thay thế N vào TiO
2

O2p + Ti3d
Ti3d
O 2p
E
g

= 3.2 eV
N2p + O2p + Ti3d
E
g
= 2.5 eV
O2p
N2p
Ti 3d
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
10
với năng lượng của vùng hóa trị trong cấu trúc TiO
2
. Kết quả là giá trị E
g
giảm (hình
1.7).
Hình 1.7.
Q

uan
g
xúc tác của v
ậ
t li
ệ
u

Theo [16], cơ chế pha tạp xen kẽ dễ thành lập hơn cơ chế pha tạp thay thế do năng
lượng để N xen kẽ vào mạng nhỏ hơn năng lượng để N thay thế cho O trong tinh
thể. Pha tạp thay thế O sẽ hình thành mức năng lượng tạp nằm trên đỉnh vùng hóa trị
(vị trí tương tự như mức acceptor) do sự trộn lẫn của trạng thái N 2p với trạng thái O
2p. Sự pha tạp xen kẽ sẽ hình thành mức năng lượng tạp cách ly nằm giữa vùng
cấm. Trong khi đó, TiO
2
chứa trạng thái khuyết O sẽ hình thành mức tạp chất donor
nằm dưới vùng dẫn (vùng được hình thành từ trạng thái Ti 3d). Như vậy, ngoại trừ
trạng thái khuyết O, khi N được pha tạp vào tinh thể TiO
2
đều làm giảm độ rộng
vùng cấm quang từ 0.03eV – 0.23eV và khi đó bờ hấp thụ của màng TiO
2
:N

sẽ dịch
về vùng ánh sáng khả kiến, đặc biệt là đối với trường hợp pha tạp xen kẽ. Cơ chế
pha tạp xen kẽ dễ thực hiện và có khả năng làm hẹp độ rộng vùng cấm quang do tạo
mức acceptor nằm sâu trong vùng cấm. Tuy nhiên, chỉ có pha tạp thay thế và sự có
mặt của trạng thái khuyết O mới có thể làm tăng khả năng quang xúc tác trong vùng
ánh sáng khả kiến. Bởi vì, trong điều kiện này, cho phép hình thành cả hai mức

acceptor và donor trong vùng cấm (ở gần đỉnh vùng hóa trị và đáy vùng dẫn). Ngoài
ra, nồng độ pha tạp N cũng ảnh hưởng lên tính năng quang xúc tác trong vùng ánh
sáng khả kiến. Việc xác định nồng độ tối ưu để đạt được tính năng quang xúc tác tốt
trong vùng ánh sáng này là mục tiêu nghiên cứu của hầu hết các công trình nói
chung, và của đề tài này nói riêng.
Vùng dẫn
1.2.2. Cơ chế quang xúc tác
trong vùng ánh sáng khả kiến.
Vù
n
g
h
ó
a tr
ị
Phản ứng quang xúc tác trong
vùng ánh sáng khả kiến của vật liệu
TiO
2
:N diễn ra tương tự như vật
liệu quang xúc tác TiO
2
trong vùng
ánh sáng UV. Dưới tác dụng của
ánh sáng khả kiến,

các điện tử từ vùng hóa trị (hình 1.7) chuyển lên vùng dẫn thành
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường

11
các điện tử tự do, để lại các lỗ trống ở vùng hóa trị. Lỗ trống sẽ ôxy hóa H
2
O để tạo
gốc hydroxyl
•
OH và điện tử sẽ khử O
2
để tạo gốc superoxyt
•
.
−
2
O
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu về màng quang xúc tác TiO
2
:N
bằng nhiều phương pháp khác nhau như Sol-gel, CVD, phún xạ magnetron, PLD
(pulsed laser deposition ), ion beam assisted deposition (IBAD), Tuy nhiên, các
phương pháp như Sol-gel, CVD có thiết bị đơn giản dễ, chế tạo nhưng lượng N pha
tạp vào TiO
2
còn nhỏ, cỡ 1,7%atN đến 6,3%atN [3]. Do đó độ rộng vùng cấm E
g

chưa đủ nhỏ để bờ hấp thu có thể dịch về vùng ánh sáng khả kiến. Các phương pháp
IBAD, PLD cho lượng pha tạp N vào TiO
2
đạt từ 1.8%atN đến 30%atN [62,68],

18.9%atN [5]. Độ rộng vùng cấm được thu hẹp nhiều hơn như E
g
= 3.54eV –
2.67eV [68], E
g
= 2.5eV [5]. Nhóm tác giả của công trình [5] cho rằng, E
g
= 2.5eV
tương ứng với trạng thái hỗn hợp N 2p và O 2p. Tuy nhiên, các phương pháp này
chỉ phù hợp cho nghiên cứu cơ bản vì việc đưa vào ứng dụng sẽ gặp nhiều khó khăn
do trang thiết bị rất đắt tiền, cần đầu tư lớn và rất khó tạo màng trên diện tích rộng.
Một số công trình sử dụng phương pháp phún xạ magnetron nhưng cũng chỉ
cho lượng pha tạp rất thấp (0.25at%N [11], 2%atN [13]), hoặc không đề cập đến
lượng pha tạp [4,20]. Trong công trình [7], khi tăng lượng F
N2
(F
N2
= f
N2
/(f
N2
+f
O2
))
đến 0,75 thì lượng N pha tạp đạt được là 20,8%at. Tuy nhiên, cấu trúc màng lúc này
đã chuyển sang pha TiN. Công trình [7] cũng so sánh với phương pháp IBAD và
nhận thấy rằng năng lượng ion trên 500eV là giá trị ngưỡng để N thay thế O trong
tinh thể TiO
2
. Đây cũng chính là nguyên nhân làm cho lượng N thay thế được rất ít

khi sử dụng phương pháp phún xạ magnetron thông thường (vì ion N
2
+
luôn được
thành lập trong plasma và có năng lượng thấp nên lượng thay thế của chúng có giới
hạn.).
Ở trong nước cũng có nhiều nhóm tác giả nghiên cứu chế tạo màng TiO
2
có
tính năng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến như công trình [9] tạo màng
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
12
TiO
2
pha tạp Al bằng phương pháp solgel với nhiệt độ ủ là 600
o
C trong 1 giờ và E
g

giảm không đáng kể (từ 3.3eV đến 3.02eV).
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
13
Chương 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. XÁC ĐỊNH ĐỘ TRUYỀN QUA VÀ XÁC ĐỊNH Eg

2.1.1. Độ truyền qua (T)
Khảo sát độ truyền qua của màng bằng thiết bị đo V – 530 UV/VIS
SPECTROPHOTOMETER (hãng Jasco,
Nhật) của trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH
Quốc gia TPHCM. Thiết bị sử dụng nguồn
sáng đèn deuterium phát ánh sáng có bước
sóng trong vùng 190nm - 350nm và đèn
halogen trong vùng 330nm - 1100nm.
Với thiết bị này có thể đo độ truyền qua của
màng trong một dãi rộng các bước sóng từ
190nm đến 1100 nm với bước nhảy 2 nm. Có
ba mode đo là Abs (hấp thụ), %T (truyền qua)
và %R (phản xạ) với sai số 0,3%. Các phép đo trong luận án này, sử dụng mode %T.
Chùm sáng truyền qua mẫu được thu bởi detector (S1337 photodiode Si) và được xử
lý nhờ phần mềm của máy. Đồng thời đường cong phổ truyền qua UV – vis cũng
được xuất hiện trên màn hình (hình 2.1).
Hình 2.1. Phổ UV – vis của màng
TiO
2
trên đế thủy tinh
2.1.2. Xác định Eg.
Hiện nay, khi nghiên cứu về màng mỏng TiO
2
và TiO
2
:N rất nhiều công trình
[5,12,15,24,28,29] đều đã bỏ qua năng lượng dao động của phonon (?) và xác định
Eg từ bờ hấp thụ của vật liệu thông qua hàm của độ hấp thụ α.
Đối với màng mỏng, hệ số hấp thụ α được xác định từ độ truyền qua T và độ
phản xạ R theo công thức:

R
T
d
−
−=
1
ln
α
, trong đó, d là độ dày của màng (2.1)
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
14
Đối với màng mỏng có độ truyền qua cao như TiO
2
,

hệ số hấp thụ α có thể được
xác định theo [12, 21]:
Td
ln=
α
)
11
(2.2)
Trên ngưỡng hấp thụ cơ bản, sự phụ thuộc của α theo năng lượng ánh sáng tới
hν thỏa hệ thức [12,13,15,21]:
, (2.3)
()
(

.
m
g
hAhE
αν ν
=−
ở đó, A là hằng số; m = 2 đối với dịch chuyển quang học xiên là cho phép;
m = 1/2 đối với dịch chuyển quang học thẳng là cho phép. Cho đến nay, trong hầu
hết các công trình ở trong và ngoài nước về TiO
2
đều xem TiO
2
là bán dẫn có dịch
chuyển quang học xiên cho phép, do đó m = 2. Lúc đó, công thức (2.3) trở thành:

()
(
)
1/2
1/2
.
g
hAhE
αν ν
=− (2.4)
Bằng cách vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của α
1/2
hoặc (αhν)
1/2
theo năng

lượng photon hν, E
g
được xác định bởi giao điểm của đường tuyến tính trên đồ thị
với trục hoành (ứng với giá trị α = 0) (hình 2.2, 2.3). Ngoài ra, với độ dày của màng
d là hằng số, nhân hai vế của phương trình (2.4) với d
1/2
, ta được:
(αdhυ)
1/2
=(A.d)
1/2
(hυ - E
g
)= B
1/2
(hυ - E
g
) (2.5)
Như vậy, việc xác định E
g
có thể dựa vào các đường biểu diễn sự phụ thuộc của α
1/2
,
(αhν)
1/2
hoặc (αdhυ)
1/2

theo

hυ.

GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
15
Hình 2.2. Độ rộng vùng cấm quang của
vật liệu TiO
2
[15].
Hình 2.3. Đường biểu diễn (αhν)
1/2
theo
năng lượng photon của màng TiO
2-x
N
x

[12].


2.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC BỀ MẶT BỞI KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN
TỬ
Kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển vi nguyên tử lực (tiếng Anh:
Atomic force microscope, viết tắt là AFM) là một thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề
mặt của vật rắn dựa trên nguyên tắc xác
định lực tương tác nguyên tử giữa một
đầu mũi dò nhọn với bề mặt của mẫu, có
thể quan sát ở độ phân giải nanômét,
được sáng chế bởi Gerd Binnig, Calvin

Quate và Christoph Gerber vào năm
1986. AFM thuộc nhóm kính hiển vi
quét đầu dò hoạt động trên nguyên tắc
quét đầu dò trên bề mặt.
Bộ phận chính của AFM là một
mũi nhọn ( đầu dò) được gắn trên một thanh rung (cantilever). Mũi nhọn thường
được làm bằng Si hoặc SiN và kích thước của đầu mũi nhọn là một nguyên tử. Khi
mũi nhọn quét gần bề mặt mẫu vật, sẽ xuất hiện lực Van der Waals giữa các nguyên
tử tại bề mặt mẫu và nguyên tử tại đầu mũi nhọn (lực nguyên tử) làm rung thanh
cantilever. Lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa đầu mũi dò và bề mặt của mẫu.
Mẫu
Hình 2.4.Sơ đồ h
ệ
đo AFM
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
16
Rms
=
9.3
Hình 2.5. Ảnh chụp AFM của bề mặt
tấm thủy tinh
Hình 2.6.Ảnh chụp AFM của màng
TiO
2
:N
Dao động của thanh rung do lực tương tác được ghi lại nhờ một tia laser chiếu qua
bề mặt của thanh rung, dao động của thanh rung làm thay đổi góc lệch của tia lase
và được detector ghi lại. Việc ghi lại lực tương tác trong quá trình thanh rung quét

trên bề mặt sẽ cho hình ảnh cấu trúc bề mặt của mẫu vật.
Trên thực tế, tùy vào chế độ và loại đầu dò mà có thể tạo ra các lực khác nhau
và hình ảnh cấu trúc khác nhau. Ví dụ như lực Van der Waals cho hình ảnh hình thái
học bề mặt, lực điện từ có thể cho cấu trúc điện từ (kính hiển vi lực từ), hay lực
Casmir, lực liên kết hóa học, và dẫn đến việc có thể ghi lại nhiều thông tin khác
nhau trên bề mặt mẫu.
Vì AFM hoạt động dựa trên việc đo lực tác dụng nên nó có một chế độ phân
tích phổ, gọi là phổ lực AFM (force spectrocopy), là phổ phân bố lực theo khoảng
cách: lực Van der Waals, lực Casmir, lực liên kết nguyên tử với thời gian hồi đáp
nhanh cỡ ps (10
-12
giây), độ chính xác tới pN (10
-12
Newton) và độ phân giải về
khoảng cách có thể tới 0,1 nm. Các phổ này có thể cung cấp nhiều thông tin về cấu
trúc nguyên tử của bề mặt cũng như các liên kết hóa học.

Đặc trưng dao động của chùm laser phản xạ sẽ được hệ thống photodetector ghi
lại và chuyển thành tín hiệu điện thế. Tín hiệu điện thế được xử lý và diễn giải theo
chiều cao z đặc trưng cho tính chất địa hình của mẫu. Quá trình hồi tiếp khác nhau
về tín hiệu giữa những cảm biến quang học, qua xử lý của phần mềm máy tính, cho
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
17
phép duy trì hoặc là một lực không đổi,
hoặc là một độ cao không đổi trên bề mặt
mẫu. Ảnh AFM được điều chỉnh 3 chiều
hoặc 2 chiều theo phần mềm của máy tính.
Độ ghồ ghề bề mặt của màng được xác định

(hình 2.7) bởi:

Độ ghồ ghề trung bình:
∫
=
L
0
a
dxy
L
1
R
(2.6)
Và độ ghồ ghề căn quân phương:

2
1
0
2
1
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
∫
L
rms

dxy
L
R
Hình 2.7. Xác định độ ghồ ghề bề
mặt của màng
Hình 2.8. Hiện tượng nhiễu xạ trên
các mặt tinh thể chất rắn.
2.3. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC TINH THỂ QUA GIẢN ĐỒ XRD (X-rays)
Để xác định các đặc trưng cấu trúc tinh thể của màng như sự định hướng của
các mặt tinh thể, ứng suất, kích thước hạt người ta sử dụng phương pháp chụp ảnh
nhiễu xạ. Trong đề tài này chúng tôi sử dụng hệ đo nhiễu xạ tia X
DIFFRAKTOMETER D500 (của hãng
Siemens Kristalloflex Diffraktometer) của
công ty Dầu khí Petrolimex tại Tp Hồ Chí
Minh.
Xét một chùm tia X có bước sóng λ
chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc tới
θ. Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các
mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều
đặn
d, đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của
các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới)
thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
Δ
L = 2.d.sinθ (2.7)
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
18
Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

Δ
L = 2.d.sinθ = n.λ (2.8)
Ở đây,
n là số nguyên nhận các giá trị 1, 2,
Đây là định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tượng
nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể.
Độ định hướng ưu tiên được đo bằng cách
dùng tia X đơn sắc và góc 2θ theo phương
pháp quét Bragg-Brentano. Ở phương pháp
này góc θ được quét bằng cách quay mẫu
quanh trục y (mặt phẳng mẫu là mặt phẳng xy)
còn đầu thu tia X được quay với góc 2θ.
Như vậy, nếu các nguyên tử sắp xếp tuần
hoàn theo phương vuông góc với mặt phẳng
màng mỏng thì khi thỏa định luật Bragg, sẽ
xuất hiện đỉnh phổ ứng với các giá trị 2θ của
tia X chiếu đến (hình 2.8). Khi đó có thể xác
định khoảng cách giữa hai mặt mạng d theo công thức (2. 8)
. Biết d sẽ xác định
được chỉ số Miller (hkl) và ngược lại.
Hình 2.9. Giản đồ XRD của TiO
2

có peak A(001) được dùng để xác
định cấu trúc màng

* Xác định ứng suất của màng [2,6].
Ứng suất màng mỏng là một trong những thông số cơ học được quan tâm hàng
đầu khi chế tạo màng mỏng vì nó gây ảnh hưởng đến các tính chất quang học, cơ
học, độ bám dính của màng. Phương pháp tia X cho phép ta nhận được trạng thái

ứng suất ở những vi tinh thể định hướng xác định và chỉ trên diện tích nhỏ, do đó có
thể xác định sự phân bố ứng suất trên mẫu.
Ứng suất màng được tính bởi [2]:

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−=
0
01
2 d
dd
v
E
f
σ
, (2.9)
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
19
trong đó, σ
f
: ứng suất màng; E: suất Young và E = 215Gpa [2]; ν: hệ số Poisson.

Đây chỉ là công thức gần đúng vì cường độ các vạch bậc cao là nhỏ, do đó khó
dùng nó để xác định chính xác giá trị d
1
. Vì vậy, người ta thường khảo sát các vạch
vừa có góc 2θ đủ lớn đồng thời có cường độ vạch cũng đủ lớn [6].
Theo định luật Bragg:

=
Δ
d
d
λ
Δ
θ
θ
Δ
−

(2.10)
λ
với bước sóng nhiễu xạ λ = λ
CuKα
= 1.5406 còn Δλ = 0.00046 do đó,
o
A
o
A

θ
θ

λ
λ
Δ
−=
Δ
⇒≈
Δ
d
d
0003.0
(2.11)
Thay (2.20) vào (2.18) ta được :

θ
θ
θ
σ
tgv
E
f
)(
2
1
−
=

(2.12)


Ở đây, θ tính bằng radian và

ν
= 0.27.
Khi σ
f
< 0 màng có ứng suất nén và khi σ
f
> 0 màng có ứng suất căng.
* Xác định kích thước hạt của màng
Kích thước hạt được tính theo công thức Scherrer[2]:

θθ
λ
cos)2(
9.0
Δ
=D

(2.13)
Trong đó, D là kích thước hạt; Δ(2θ) là độ bán rộng của peak (là độ rộng tại
vị trí ½ cường độ peak)
2.4. XÁC ĐỊNH TỈ LỆ PHẦN TRĂM NITROGEN (%atN) THÔNG QUA
PHỔ EDS
.
Trong đề tài này, để xác định phần trăm khối lượng các nguyên tử (%at) của
các nguyên tố có mặt trong màng chúng tôi sử dụng kĩ thuật đo
Phổ tán sắc năng
lượng tia X
, hay Phổ tán sắc năng lượng là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học
của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức
xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử).

GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
20
Trong các tài liệu khoa học, kỹ thuật này thường được viết tắt là EDX hay EDS xuất
phát từ tên gọi tiếng Anh
Energy-dispersive X-ray spectroscopy.
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các
kính hiển vi điện tử ở đó,
ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng
lượng cao tương tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào
vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử
bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng
đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (
Z) của nguyên tử theo định luật Mosley:
(2.14)
Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt
trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các
nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các
nguyên tố này .
Có nhiều thiết bị phân tích
EDX nhưng chủ yếu EDX
được phát triển trong các kính
hiển vi điện tử, ở đó các phép
phân tích được thực hiện nhờ
các chùm điện tử có năng
lượng cao và được thu hẹp
nhờ hệ các thấu kính điện từ.
Phổ tia X phát ra sẽ có tần số
(năng lượng photon tia X) trải

trong một vùng rộng và được
phân tich nhờ phổ kế tán sắc
năng lượng do đó ghi nhận
thông tin về các nguyên tố
Hình 2.10. Phổ tán sác năng lượng tia X (EDS)
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
21
cũng như thành phần. Kỹ thuật EDX được phát triển từ những năm 1960s và thiết bị
thương phẩm xuất hiện vào đầu những năm 1970s với việc sử dụng detector dịch
chuyển Si, Li hoặc Ge.
Độ chính xác của EDX ở cấp độ một vài phần trăm (thông thường ghi nhận
được sự có mặt của các nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên). Tuy nhiên, EDX tỏ ra
không hiệu quả với các nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C ) và thường xuất hiện hiệu ứng
trồng chập các đỉnh tia X của các nguyên tố khác nhau (một nguyên tố thường phát
ra nhiều đỉnh đặc trưng K
α
, K
β
, và các đỉnh của các nguyên tố khác nhau có thể
chồng chập lên nhau gây khó khăn cho phân tích).
2.5. PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG XÚC TÁC CỦA MÀNG.
Để đánh giá hoạt động quang xúc tác của màng TiO
2
cũng như TiO
2
:N, nhiều
công trình nghiên cứu đã dựa vào việc khảo sát khả năng phân hủy methylene blue
(MB) C

16
H
18
ClN
3
S hay methylene orange ( MO) C
14
H
14
N
3
NaO
3
S của màng.
Trong đề tài này chúng tôi sử dụng MB, công thức cấu tạo của MB là

Sự phân hủy MB do các nucleophilic tấn công các tâm Nitơ. Tâm N
2
của MB
là electron không bão hòa nhưng bị cản trở bởi 2 H gần làm cho các nucleophilic
khó tác động.
* Cơ chế phân hủy của MB bởi ánh sáng

MB là chất chỉ thị ôxy hóa khử được dùng trong phân tích hóa học. Dung dịch
này bị mất màu trong môi trường ôxy hóa khử.
Phản ứng của màng TiO
2
(có dung dịch MB phủ phía trên màng) khi được chiếu
sáng thích hợp [22]:
1.

TiO
2
+ hν Æ e (điện tử) + h (lỗ trống)
2.
O
2
(hấp thụ trên bề mặt) + e Æ O
2
-

GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
22
3. H
2
O (H
+
+ OH
-
) (hấp thụ trên bề mặt) + h Æ H
+
+
•
OH
4.
MB +
•
OH Æ sản phẩm phân hủy
MB + O

2
-
Æ sản phẩm phân hủy
Sản phẩm phân hủy (có thể là CO
2
, H
2
O, …) làm dung dịch MB trở nên mất
màu. Khi đó, độ truyền qua của màng tăng lên. Phương pháp Zeman [23,24] dựa vào
đặc điểm này để đánh giá khả năng quang xúc tác của màng.

2.5.1. Phương pháp Zeman [23,24]
Trong phương pháp này, màng mỏng quang xúc tác được ngâm 60 phút trong
dung dịch MB có nồng độ 1 mM và để khô 30 phút trong tối. Sau đó, bề mặt của
màng được chiếu ánh sáng UV. Cứ sau mỗi khoảng thời gian xác định, màng được
lấy ra để đo lại độ truyền qua.
So sánh độ truyền qua của màng trước và sau khi chiếu sáng để xác định lượng
MB bị phân hủy. Độ truyền qua của màng được đo ở bước sóng 650 nm vì ở bước
sóng này chất MB hấp thụ ánh sáng mạnh nhất.
Độ hấp thụ quang được tính bởi công thức:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−=α
R1
T

lnd
(2.15)
Trong đó, α là hệ số hấp thụ (cm
-1
), d là bề dày màng (cm), T là độ truyền qua và
R là độ phản xạ.
* Các bước thực hiện:
- Khi màng chưa nhuộm MB, đo độ truyền qua ban đầu T
o
.
- Khi màng được nhuộm MB, đo độ truyền qua màng T
i
. Gọi T
i
là độ truyền qua
màng khi chưa chiếu ánh sáng UV. Độ hấp thụ quang của màng lúc đó là:
()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−=α=
i
i
i

i
R1
T
lndAbs
(2.16)
- Khi màng được chiếu ánh sáng UV trong thời gian màng 30 phút, lượng MB
bám trên bề mặt màng đã bị phân hủy. Lúc này, độ truyền qua màng T
f
, ứng với độ
hấp thụ quang của màng là:
()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−=α=
f
f
f
f
R1
T
lndAbs
(2.17)
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí

TS. Vũ Thị Hạnh Thu
Luận văn thạc sĩ Vật Lý HV: Đinh Công Trường
23
Xem như , ta được công thức gần đúng tính hiệu độ hấp thụ quang:
if
RR ≈
ΔABS = Abs
i
– Abs
f
≈ ln (T
f
/T
i
) (2.18)
Để đánh giá một cách khách quan tính năng quang xúc tác thông qua khả năng
phân hủy MB, ở đây ta chọn nhất quán
bước sóng 650 nm cho tất cả các lần đo độ
truyền qua. Vậy lượng MB bị phân hủy được đánh giá bằng giá trị ∆ABS như trên.
2.5.2. Phương pháp đo góc thấm ướt.
Xem giọt nước trên bề mặt đế là một phần của hình cầu. Để tính góc tiếp xúc của
nước với màng, ta vẽ một đường tròn bao quanh chỏm cầu. Góc tiếp xúc của giọt
nước với màng là góc θ hợp bởi tiếp tuyến của đường tròn tại chân của giọt nước với
bề mặt màng (hình 2.11).
Khi xác định được chiều cao b của giọt nước và bán kính r của hình tròn, dễ dàng
tính được góc nước θ:

θ = 90 - tan
-1
2

2 brb
br
−
−
) (2.19)
Thực tế, góc nước đo được nhờ thước đo góc (được hiển thị trên màn hình máy
tính nhờ phần mềm đo góc ). Quá trình đo được tiến hành theo các bước sau đây:
- Khi màng chưa được chiếu ánh sáng (UV hoặc khả kiến), nhỏ một giọt nước
trên bề mặt màng và đo góc θ
o
.
- Lau khô giọt nước, rồi chiếu ánh sáng vào màng một khoảng thời gian xác định
để tạo các trạng thái khuyết O
- Sau đó, màng được nhỏ giọt nước lên bề mặt (thể tích của giọt nước trong mỗi
lần đo là như nhau) và dùng camera kỹ thuật số có độ phóng đại 10 – 20 lần để chụp
ảnh giọt nước. Dùng phần mềm xử lý ảnh để tính góc θ
i
của giọt nước.
GVHD: GS.TS. Nguyễn Hửu Chí
TS. Vũ Thị Hạnh Thu