Nghiên cứu quá trình tổng hợp ATO (SnO2Sb) có kích thước nm. Nghiên cứu quá trình tổng hợp polyme vô cơ đóng rắn bằng tia UV. Nghiên cứu quy trình chế tạo dung dịch phủ nano composite.

MỤC LỤC

PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ....................................................... 3
I.1 Mục tiêu của đề tài ......................................................................................... 3
I.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ................................................. 3
I.2.1 Ngoài nước: ............................................................................................... 3
I.2.2 Trong nước: .............................................................................................. 4
I.3 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 5
I.3.1. Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu ................................................... 5
I.3.2. Định hướng nghiên cứu ......................................................................... 10
I.3.3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 11
I.3.4. Tính khả thi của vấn đề nghiên cứu ....................................................... 11
PHẦN II: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 12
II.1 Phƣơng pháp sol-gel thuỷ phân muối tổng hợp nano SnO2 ................... 12
II.2 Phƣơng pháp sol-gel alkoxide tổng hợp polyme vô cơ............................ 13
II.3 Phƣơng pháp chế tạo dung dịch phủ nano composite ............................ 16
II.4 Công nghệ phủ màng.................................................................................. 17
PHẦN III: THỰC NGHIỆM ................................................................................ 18
III.1. Tổng hợp bột nano SnO2:Sb ................................................................... 18
III.1.1. Nguyên liệu ......................................................................................... 18
III.1.2. Quy trình tổng hợp .............................................................................. 18
III.1.3. Các mẫu khảo sát................................................................................. 20
III.2. Tổng hợp keo vô cơ .................................................................................. 23
III.2.1. Nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng .................................................. 23
III.2.2. Quy trình tổng hợp .............................................................................. 23
III.3. Tổng hợp keo phủ .................................................................................... 24
III.3.1. Nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng .................................................. 24
III.3.2. Quy trình tổng hợp .............................................................................. 26
III.4. Thử nghiệm sản phẩm trên kính ............................................................ 27
III.4.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm .................................................................... 27
III.4.2. Quy trình thử nghiệm .......................................................................... 27

III.4.3.Các mẫu thử nghiệm ............................................................................ 28

1


CHƢƠNG IV : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 29
IV.1. Phân tích cấu trúc và tính chất của nano SnO2:Sb ............................... 29
IV.1.1. Phân tích cấu trúc pha ......................................................................... 29
IV.1.2. Kêt quả phân tích ảnh SEM ................................................................ 29
IV.1.3. Kết luận: .............................................................................................. 31
IV.2. Đánh giá chất lƣợng keo .......................................................................... 31
IV.2.1. Xác định độ nhớt ................................................................................. 31
IV.2.2. Xác định khối lượng phân tử của polyme ........................................... 31
IV.2.3. Xác định khả năng đóng rắn bằng tia UV ........................................... 33
IV.2.4. Kết luận: .............................................................................................. 33
IV.3. Đánh giá hệ keo phủ................................................................................. 33
IV.3.1. Khảo sát độ bền của keo ..................................................................... 33
IV.3.2. Kết luận: .............................................................................................. 33
IV.4. Đánh giá chất lƣợng màng phủ trên kính .............................................. 34
IV.4.1. Khảo sát độ đồng đều của lớp phủ bằng chụp ảnh SEM .................... 34
IV.4.2. Khảo sát tính chất quang của vật liệu ................................................. 36
IV.4.3. Kết luận: .............................................................................................. 37
IV.5. Phủ màng trên kính xây dựng ................................................................ 38
IV.5.1. Thử nghiệm phủ màng trên kính ......................................................... 38
IV.5.2. Đo độ ngăn cản bức xạ nhiệt hồng ngoại............................................ 39
IV.5.3. Đánh giá độ bám dính và độ bền môi trường của màng phủ .............. 42
IV.5.4. Kết luận ............................................................................................... 42
PHẦN V: SẢN PHẨM CÔNG NGHỆ CỦA ĐỀ TÀI ........................................ 43
V.1. Công nghệ chế tạo dung dịch phủ ............................................................ 43
V.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................... 43

V.1.2 Quy trình chế tạo dung dịch phủ ........................................................... 43
V.1.2.1. Nguyên vật liệu: ................................................................................ 43
V.1.2.2. Quy trình chế tạo keo phủ ................................................................. 46
V.2. Công nghệ sản xuất kinh low-E theo phƣơng pháp phun phủ.............. 48
V.2.1. Giới thiệu chung về kính xây dựng ...................................................... 48
V.2.2. Chuẩn bị bề mặt trước khi gia công phủ màng .................................... 49
V.2.3. Công nghệ phủ trên kính ...................................................................... 55
PHẦN VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 59
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 60

2


PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
I.1 Mục tiêu của đề tài
Đề tài hướng tới chế tạo lớp phủ có tính năng phản xạ bức xạ nhiệt bằng
công nghệ sol-gel kết hợp với quá trình phun phủ. Phương pháp công nghệ này
yêu cầu các thiết bị đơn giản và có thể triển khai ngay tại các cơ sở sản xuất
kính xây dựng hiện nay ở Việt Nam mà không cần các chi phí lớn về đầu tư dây
chuyền và thiết bị mới.
- Chế tạo được trên 20 lít dung dịch phủ kính trong suốt có khả năng đóng rắn
bằng tia tử ngoại (UV);
- Thử nghiệm sản xuất thành công sản phẩm kính có tính năng low-E (với hiệu
quả ngăn cản tia hồng ngoại trên 50%).
Các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng:
1. Dùng phương pháp sol-gel để tổng hợp hạt SnO2 có kích thước 5-10 nano
mét.
2. Sử dụng kỹ thuật đóng rắn bằng tia tử ngoại (UV) để tạo liên kết ngang cho
màng phủ trên kính.
3. Dùng phương pháp đối chứng với mẫu nước ngoài để đánh giá chất lượng

mẫu thí nghiệm.
4. Dùng các kỹ thuật đo X-ray, phổ truyền qua UV-VIS, SEM, TEM,…để đánh
giá tính chất màng phủ
5. Dùng phương pháp phun phủ để tạo lớp phủ low-E cho kính.
I.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
I.2.1 Ngoài nước:
Định hướng công nghệ luôn là vấn đề thiết yếu cho sự phát triển của thị
trường kính xây dựng trong những năm gần đây, đặc biệt ưu tiên các hướng
phát triển về lĩnh vực năng lượng, môi trường và mỹ thuật. Ngành công nghiệp
thủy tinh sẽ tiếp tục quá trình phát triển lâu đời của mình bằng việc áp dụng các
tiến bộ từ công nghệ vật liệu mới và công nghệ nano để tạo ra chủng loại thủy
tinh mới có nhiều chức năng và giá trị. Việc áp dụng công nghệ này sẽ giúp đạt
được các mục tiêu về giảm chi phí năng lượng cho sản xuất và cho người tiêu

3


dùng, thuận tiện cho các kiểu cách thiết kế xây dựng và mang lại các lợi ích về
môi trường thông qua việc giảm tiêu thụ năng lượng hóa thạch và sản sinh các
khí thải gây hiệu ứng nhà kính.
Trong công nghệ sản xuất thủy tinh có các chức năng mới hiện nay thì giải
pháp phủ màng vẫn được duy trì để tạo ra các lớp vật liệu chức năng cho thủy
tinh như cho phổ truyền qua chọn lọc, tính dẫn điện, tính phản xạ bức xạ nhiệt,
tính ưa nước, tính kỵ nước…
Lớp phủ có tính năng ngăn cản sự truyền qua của bức xạ nhiệt (bức xạ
hồng ngoại) hiện nay đang được nhiều hãng sản xuất kính lớn trên thế giới như:
NSG của Nhật, Interpane của Pháp,… sử dụng để phủ trên bề mặt kính bằng các
công nghệ phủ khác nhau như: công nghệ lắng đọng hóa học (CVD-phủ cứng),
công nghệ phún xạ (sputtering-phủ mềm) và cho ra đời những sản phẩm kính
tiết kiệm năng lượng (kính low-E). Khi những loại kính này (kính low-E) ra đời

đã đem lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư cho thiết bị điều hòa
rất lớn. Hiệu quả về tiết kiệm năng lượng của kính này có thể tăng được từ 4-5
lần so với kính trắng xây dựng thông thường. Sản phẩm kính low-E được sản
xuất theo công nghệ phủ CVD và phún xạ đòi hỏi đầu tư những trang thiết bị
đắt tiền và vận hành phức tạp nên các sản phẩm kính này thường có giá thành
cao hơn nhiều so với kính trắng thông thường trên 2,5. Sản phẩm kính low-E
được sử dụng gần như 100% ở các nước phát triển như Mỹ, Đức, Nhật … trong
các công trình xây dựng mới.
I.2.2 Trong nước:
Ở Việt Nam, từ thập niên 90 của thế kỷ trước, G.S. Viện sĩ Nguyễn Văn
Hiệu đã khởi xướng, cần nghiên cứu vật liệu nano, nhưng thực tế các nhà khoa
học Việt Nam mới chỉ bắt đầu vài năm gần đây ở mức độ rất khiêm tốn. Các
nhà vật lý ở Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà nội, Viện vật
liệu-Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam, Trung tâm Quốc tế đào tạo về
khoa học vật liệu (ITIMS), Viện vật lý kỹ thuật-Đại học Bách Khoa Hà nội đã
thu được một số kết quả đáng khích lệ 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 hạt nano (kim loại và hợp kim, oxyt phức hợp), số công
trình còn rất khiêm tốn, đặc biệt là hạt nano có kích thước d < 10 nm. Mới chỉ

4


thấy một số ít công trình tổng hợp 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 … và phối hợp với các nhà công nghệ
nghiên cứu tính chất của chúng.
Vì vậy, việc kết hợp và phát huy các kết quả nghiên cứu cơ bản trong lĩnh
vực tổng hợp, nghiên cứu tính chất của vật liệu nano vào ứng dụng cụ thể cuộc

sống là việc làm rất cần thiết ở Việt nam hiện nay. Tổng Công ty Viglacera là
một trong những đơn vi đi đầu trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng và nhất
là việc áp dụng các tiến bộ khoa học công nghệ mới vào trong sản xuất. Trong
thời gian vừa qua Tổng Công ty Viglacera đã áp dụng thành công công nghệ
phủ nano trên các sản phẩm sứ vệ sinh và gạch ốp tường. Dự kiến trong thời
gian tới Tổng Công ty sẽ triển khai công nghệ này trên các sản phẩm khác.
Kính xây dựng là một trong loại vật liệu đang được sử dụng với tỉ lệ rất
cao trong các công trình xây dựng (gần 100% làm mặt dựng trong các tòa nhà
văn phòng cao tầng) nhờ có được những hiệu quả về mỹ quan, tận dụng được
chiếu sáng tự nhiên và lắp dựng nhanh. Tuy nhiên những sản phẩm kính xây
dựng được sản xuất trong nước đang gây ra nhiều vấn đề về năng lượng tiêu hao
lớn và gây ra hiện tượng nóng trong nhiều công trình xây dựng. Nhiều công
trình xây dựng hiện nay đang phải khắc phục bằng các giải pháp dán film chống
nóng hoặc phải nhập các sản phẩm kính nhập ngoại đặt tiền. Do vậy việc nghiên
cứu công nghệ chế tạo lớp phủ có tính năng ngăn cản bức xạ nhiệt theo phương
pháp phun phủ (dễ làm và rẻ tiền) có ý nghĩa to lớn cho việc: (1) cải tạo lại kính
xây dựng trong các công trình đang tồn tại (chống nóng); (2) tạo ra sản phẩm có
giá thành rẻ phủ hợp với khả năng đầu tư cho các chủ công trình; (3) dễ dàng áp
dụng đối với nhiều đối tượng.
I.3 Nội dung nghiên cứu
I.3.1. Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu
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

5


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 ưu điểm của vật liệu kính về tận dụng nguồn sáng tự nhiên và giúp con
người sinh hoạt trong nhà có cảm giác hòa nhập với 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. 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 dùng 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 rẻ tiền
hơn đi từ dung dịch là công nghệ phun phủ ở điều kiện bình thường đã tìm ra
được nhiều dạng hạt oxit bán dẫn pha tạp các kim loại chuyển tiếp có tính chất
tương tự như: SnO2:Sb; SnO2:In; ZnO2:Al…
Lớp phủ có tính năng ngăn cản sự truyền qua của bức xạ nhiệt (bức xạ
hồng ngoại) hiện nay đang được nhiều hãng sản xuất kính lớn trên thế giới như:
NSG của Nhật, Interpane của Pháp,… sử dụng để phủ trên bề mặt kính bằng các
công nghệ phủ khác nhau như: công nghệ lắng đọng hóa học (CVD-phủ cứng),

6


công nghệ phún xạ (sputtering-phủ mềm) và cho ra đời những sản phẩm kính
tiết kiệm năng lượng (kính low-E). Khi những loại kính này (kính low-E) ra đời
đã đem lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư cho thiết bị điều hòa
rất lớn. Hiệu quả về tiết kiệm năng lượng của kính này có thể tăng được từ 4-5

lần so với kính trắng xây dựng thông thường. Sản phẩm kính low-E được sản
xuất theo công nghệ phủ CVD và phún xạ đòi hỏi đầu tư những trang thiết bị
đắt tiền và vận hành phức tạp nên các sản phẩm kính này thường có giá thành
cao hơn nhiều so với kính trắng thông thường trên 2,5 lần. Sản phẩm kính lowE đang được sử dụng gần như 100% ở các nước phát triển như Mỹ, Đức,
Nhật… trong các công trình xây dựng mới. Trong nghiên cứu đã có nhiều cách
tiếp cận khác nhau để tạo ra được những loại màng lọc quang học có các tính
năng mong muốn như:
+ Màng lọc giao thoa (interference filters)
Màng lọc dựa trên nguyên lý giao thoa tạo ra từ một hệ màng của ít nhất từ
2 vật liệu có chiết suất khác nhau. Khi sử dụng vật liệu điện mội (không hấp
thụ) các bộ lọc hoàn toàn trong suốt cho các bức xạ mặt trời có thể đạt được.
Về phân bố quang học của vật liệu được sử dụng, một hệ màng với các độ
dày khác nhau sẽ chon lọc được các vùng quang phổ giao thoa và không giao
thoa, có thể được thiết kế để có được lớp phủ chống phản xạ như trong nghiên
cứu của nhóm C.Rickers (Đức) đã chế tạo hệ màng mỏng phản xạ chọn lọc trên
cơ sở hai loại vật liệu SiO2 (chiết suất thấp)/TiO2 (chiết suất cao) với các độ dầy
thay đổi để phản xạ các bước sóng trong chế tạo màn hình [1]. Hiệu suất lựa
chọn quang học của các bộ lọc giao thoa được cải thiện với số lượng lớp và tổng
độ dày hệ màng phủ như nhóm nghiên cứu Kirita và các cộng sự đã sử dụng
nhiều loại vật liệu có chiết suất cao (TiO2, Nb2O5, Ta2O5) và chiết suất thấp
(SiO2, MgF2) để chế tạo màng phản xạ chọn lọc 3 mầu cơ bản (RBG) trong chế
tạo màn hình tinh thể lỏng [2]. Nhược điểm lớn nhất của các bộ lọc này là
một hiệu ứng vể sự thay đổi góc tới theo quy tắc phản xạ. Để tạo ra hệ màng lọc
này thông thường sử dụng các công nghệ phủ phún xạ trong chân không. Màng
lọc giao thoa đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như: màng
chống phản xạ, lọc phổ cho các ứng dụng quang phổ, các thiết bị đo hoặc
camera.

7

Chùm sáng
tới

Chùm sáng
phản xạ

Ánh sáng
phản xạ

Tia hồng
ngoại

Hạt ôxít
bán dẫn

Màng chiết
suất thấp

Hệ màng
mỏng

Màng phản
xạ bức xạ
hồng ngoài

Màng chiết
suất cao
Đế thủy tinh

Đế thủy tinh

Chùm sáng
truyền qua
(b) Màng lọc ôxít dẫn trong suốt

(a) Màng lọc giao thoa

Hình 2. Kết cấu của màng lọc ánh sáng
+ Màng lọc oxide dẫn trong suốt (transparent conductive oxide filterTCO)
Màng lọc loại này thường là các loại 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 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, trong công nghệ màn hình. Nhờ có được sự kết
hợp của hai tính chất truyền sáng và phản xạ kim loại, vật liệu TCO rất thích
ứng dùng trong các thiết bị chuyển hóa năng lượng mặt trời mà đảm bảo được
tính bền nhiệt của thiết bị. Hướng nghiên cứu này đã được nhiều nhóm nghiên
cứu trên thế giới nghiên cứu nhiều hệ vật liệu dẫn khác nhau trên cơ sở của
SnO2, ZnO2 pha tạp [3] để làm điện cực dẫn ứng dụng làm pin năng lượng mặt
trời, làm màng trên kính để phản xạ bức xạ vùng hồng ngoại trên 800nm.
Những nghiên cứu đã chỉ được khả năng ngăn cản bức xạ hồng ngoại phụ thuộc
nhiều vào nồng nguyên tố pha tạp như kết quả nghiên cứu [4,5,6] cho thấy khi
thay đổi nồng độ pha tạp của Sb trong nền SnO2 thì nồng độ hạt tải cũng thay
đổi và đạt nồng độ hạt tải cao nhất ở tỉ lệ 2%at Sb trong nền SnO2. Kèm theo đó

8

là những tính chất quan về độ truyền qua và độ phản xạ ánh sáng cũng cho thấy
sự phụ thuộc vào nồng độ chất pha tạp.

Hình 3: Ảnh hưởng của nồng độ Sb đến độ truyền qua và phản xạ của
màng SnO2[5]
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
hơn) sẽ bị phản xạ trở lại. Tần số plasma phụ thuộc vào nồng độ hạt tải theo
công thức sau:

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:
fp= p/2  8980.n1/2 (Hz)
Bước sóng tối thiểu bị phản xạ lại liên quan đến bước sóng plasma theo
công thức sau:

9


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 [8], công
nghệ sol-gel [6, 9], công nghệ nhiệt phân muối [9]. Một số dạng vật liệu dạng
này được nhiều nhóm nghiên cứu đề cập đến như: Indium tin oxide (ITO);
antimony tin oxide (ATO), aluminum zince oxide (AZO)…Những màng lọc
sáng trên cơ sở vật liệu TCO theo cơ chế phản xạ plasma thì vấn đề cấu trúc
nano của vật liệu không được đặt ra mà chỉ đề cập đến nồng độ hạt tải trong vật
liêu. Tuy nhiên cấu trúc nano của vật liệu vẫn được đề cập đến đối với các màng
phủ hệ keo phân tán nhằm tăng cường độ đồng nhất và cơ tính của màng phủ.
Kính phủ chức năng như kính low-E, kính tự làm sạch, kính phản quang,
kính màu, kính chống phản xạ… đang có nhiều hãng nổi tiếng trên thế giới sản
xuất và cung cấp như: PPG Industries, NSG (Pilkinton), Interpane, AGC, SaintGobain, Guardian… trong đó có hai công nghệ phủ chính được áp dụng để tạo
màng trên kính đó là công nghệ phủ cứng (hard-coating) và công nghệ phủ mềm
(soft-coating). Những hệ lớp phủ được hình thành theo hai công nghệ trên đều
dựa vào hai cơ chế phản xạ plasma và giao thoa để lọc ánh sáng nhằm tạo màu
sắc và hiệu quả tiết kiệm năng lượng cho kính phủ.
I.3.2. Định hướng nghiên cứu
Trên cơ sở tham khảo các tài liệu nước ngoài và căn cứ vào các yêu cầu
trong nước nhóm nghiên cứu đã đưa ra nhiệm vụ nghiên cứu này nhằm chế tạo
ra những sản phẩm kính xây dựng có tính năng về tiết kiệm năng lượng. Để đạt
được điều này nhóm nghiên cứu sẽ tập trung vào các khía cạnh sau:
10


+ Nghiên cứu công nghệ sol-gel để tổng hợp vật liệu SnO2 kính thước
nano.
+ Nghiên cứu tổng hợp chất keo lai tạo vô cơ/hữu cơ có khả năng bám

dính trên kính và đóng rắn bằng tia tử ngoại UV.
+ Nghiên cứu triển khai phủ trên kính bằng công nghệ phun phủ thích
hợp với điều kiện hiện tại của Việt Nam.
+ Nghiên cứu và khảo sát tính năng của sản phẩm trong các điều kiện môi
trường khắc nghiệt của máy gia tốc và điều kiện tự nhiên.
I.3.3. Nội dung nghiên cứu
 Nghiên cứu quá trình tổng hợp oxit SnO2 có kích thước từ 5-10 nm.
 Nghiên cứu quá trình tổng hợp polyme vô cơ đóng rắn bằng tia UV.
 Nghiên cứu quy trình chế tạo dung dịch phủ nano composite.
 Khảo sát cấu trúc, thành phần và tính chất của lớp phủ.
 Đánh giá đặc tính quang học và hiệu quả ngăn cản bức xạ hồng ngoại của
lớp phủ trên kính xây dựng.
 Thử nghiệm sản xuất sản phẩm kính low-E bằng quá trình phun phủ.
 Đánh giá chỉ tiêu chất lượng và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của sản phẩm
kính low-E nghiên cứu, có so sánh với sản phẩm tương đồng.
I.3.4. Tính khả thi của vấn đề nghiên cứu
- Nhóm nghiên cứu của đề tài có trình độ chuyên môn sâu về lĩnh vực
nghiên cứu và hướng nghiên cứu này đã được tiến hành ở nước ngoài do đó
nhóm nghiên cứu rất tin tưởng vào sự thành công của đề tài.
- Hiện tại ở Việt Nam chưa có đơn vị nào sản xuất được ra sản phẩm kính
tiết kiệm năng lượng nên các nghiên cứu bước đầu như của đề tài là rất cần
thiết.
- Tổng Công ty Viglacera là đơn vị có nhiều nhà máy sản xuất kính xây
dựng nên những công việc nghiên cứu của đề tài sẽ là tiền đề cho việc đầu tư
công nghệ sản xuất những sản phẩm kính tiết kiệm năng lượng trong tương lai
của Tổng Công ty.

11

PHẦN II: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
II.1 Phƣơng pháp sol-gel thuỷ phân muối tổng hợp nano SnO2
Vật liệu SnO2 là một loại bán dẫn có năng lượng vùng cấm rộng và được ứng
dụng nhiều trong các lĩnh vực sensor khí, linh kiện quan điện, pin năng lượng
mặt trời và các màng điện cực dẫn. Các tính chất điện, quang học của hạt nano
oxit thiếc phụ thuộc nhiều vào kích thước và độ phân bố hạt nano. Mặt khác các
tính chất bề mặt của các hạt nano có xu hướng kết đám lại và độ bền nhiệt kém,
đây là những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến ứng dụng của chúng. Trong chuyên
đề này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu nano SnO2 bằng phương pháp solgel của muối với axit citric.
Oxit thiếc có hai cấu trúc thông thường là thiếc II (SnO-stannous oxit) và
thiếc IV (stannic oxit) với các trạng thái ôxi hoá tương ứng là 2 và 4. SnO2 có
độ rộng vùng cấm 3.6eV và bền hơn SnO trong các điều kiện nhiệt động và
được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng của vật liệu này. SnO2 cũng được biết
đến là một trong những vật liệu oxit dẫn điện trong suốt. F, Sb pha tạp trong
SnO2 cho giá trị điện trở rất thấp khoảng 10-4.cm tương đương với màng
indium-tin-oxide (ITO) và màng ZnO pha tạp. Những nghiên cứu màng mỏng
oxit thiếc trên đế khác nhau bằng các phương pháp như phún xạ, lắng đọng điện
hoá, spray, lắng đọng laze, sol-gel… Các đặc trưng về cấu trúc và tính chất và
sự liên hệ giữa hình thái học, độ kết tinh và kích thước tinh thể và độ phân bố,
thành phần hoá học và các khuyết tật trong màng mỏng. Trong nghiên cứu này
chúng tôi tập trung giải quyết các vấn đề về công nghệ để tổng hợp vật liệu
SnO2 bằng phương pháp sol-gel thuỷ phân muối.
Trong dung dịch, các cation kim loại tồn tại ở phức aquo:
Sn4+ + nH2O 

[Sn(H2O)n]4+
Phức aquo

Cation kim loại có điện tích càng lớn và bán kính càng nhỏ thì liên kết
Sn-OH2 càng bền.

Phản ứng thủy phân xảy ra theo sơ đồ sau:
[Sn(H2O)n]4+ + hH2O



[Sn(OH)h(H2O)n-h](4-h)+ + hH3O+

Cơ chế của phản ứng:

12


[ (H2O)n-1Sn

4+
 OH2]

+ OH2



[(H2O)n-1SnOH]3+ + H3O+

Phức đơn nhân có thể ngưng tụ tiếp tục thành hai nhân (dime):
[(H2O)n-1–SnOH]3+ +[H2O  Sn(OH2)n-1]4+  [(H2O)n-1Sn-O-Sn(OH2)n-1]6+
+ H3O+
Các dimer này tiếp tục phát triển theo quá trình:

Dime

Trime

Polyme

H¹t keo

Gel
Hình 4. Sơ đồ quá trình tạo gel.
Thường tốc độ thủy phân lớn hơn rất nhiều tốc độ ngưng tụ nên cho ta hạt
keo có kích thước rất nhỏ. Khi tốc độ ngưng tụ gần bằng tốc độ thủy phân thì
hạt keo có kích thước lớn.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, rẻ đối với oxit đơn ta tổng hợp
theo phương pháp này rất tốt và có thể sản xuất đại trà. Nhược điểm của phương
pháp này là đối với oxit phức hợp thì rất khó chọn điều kiện các cation kim loại
cùng thủy phân và ngưng tụ. Để khắc phục nhược điểm nảy ta dùng phương
pháp thủy phân cưỡng chế trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao.
II.2 Phƣơng pháp sol-gel alkoxide tổng hợp polyme vô cơ
a. Giới thiệu chung
Polyme là khái niệm được dùng cho các hợp chất có khối lượng phân tử
lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ
bản. Các phân tử tương tự nhưng có khối lượng thấp hơn được gọi là các
oligome.
Tên gọi Polyme xuất phát từ tiếng Hi Lạp, πoλv, polu, 'nhiều' và μερος,
meros, 'phần'.Những ví dụ điển hình về Polyme là chất dẻo, DNA, và protein.
Polyme được sử dụng phổ biến trong thực tế với tên goi là Nhựa, nhưng polyme
bao gồm 2 lớp chính là polyme thiên nhiên và polyme nhân tạo. Các polyme

13

hữu cơ như protein (ví dụ như tóc, da, và một phần của xương) và axít nucleic
đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tổng hợp polyme hữu cơ. Có rất nhiều dạng
polyme thiên nhiên tồn tại chẳng hạn xenlulo (thành phần chính của gỗ và giấy).
Có hai loại polyme: polyme hữu cơ đã biết từ 1920 đến nay, như epoxy,
acryclate, melanine; và polyme vô cơ như đất sét với vôi một bên và polyme vô
cơ, với đất sét và vôi được gọi là MIP (mineral polymer). Còn một loại polyme
vô cơ bằng liên kết hoá trị giữa các nguyên tố, gọi là polyme vô cơ hay IP
(inorganic polymer) như thuỷ tinh, silicone,…Nhưng cả hai đều là polyme phi
hữu cơ. Chúng tạo ra vật liệu mới cho nền công nghiệp hiện đại.
b. Polymer vô cơ (IP)
Polymer vô cơ (inorganic polymer – IP) và polymer khoáng vật (mineral
polymer – MIP) là hai loại khác nhau. Loại đầu (IP) là các cao phân tử mạch dài
và cấu trúc nhánh, 10.000 lần hơn một phân tử kết tinh, và có mạch chính từ Si.
Loại sau (MIP) là các phân tử kết tinh nối lại với nhau, có thể là phân tử silicat
hay một muối kim loại khác. Chúng chiếm phần lớn vật liệu thiên nhiên vô cơ,
khác hẵn với polymer hữu cơ có mạch chính từ các nguyên tử C (cacbon).
SILICONE. Chất này được dùng rất thông thường, có mạch chính từ Si nối với
2 oxy O, có hai phụ gia nằm hai bên. Mạch chính từ Si và O là điểm chỉ định
của gốc silicone. Silicon là một loại vật liệu có tính đàn hồi cao (tương tự cao
su).
POLYSILANE. Đó là những pôlime vô cơ có mạch chính từ Si nhưng không
có oxy O đi kèm, chứa những nhóm hữu cơ đơn giản như CH3 và những vòng
phức tạp gốc phenyl.
Chúng có thể hoà tan được trong nước hoăc không, nên rất thông dụng làm keo
dán dưới dạng là copolymer.
Trong đề tài này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật polyme vô cơ trên cơ sơ lai
tạo giữa silane và monomer hữu cơ acrylate bằng quá trình phản ứng sol-gel
alkoxide.
Nguyên liệu ban đầu của phương pháp sol – gel alkoxide là các alkoxit kim loại
với công thức chung là M(OR)n trong đó M là cation kim loại và R là nhóm

ankyl. Khi có mặt của nước, các alkoxid rất dễ bị thủy phân theo cơ chế ai nhân
SN.
14


Phản ứng thủy phân:
Tốc độ quá trình thủy phân tăng khi tính chất ái điện tử của M lớn, dễ
tách ROH, sự không bão hòa phối trí của M lớn, điện tích ion lớn, khả năng vận
chuyển proton ở trạng thái tốt.
Sau quá trình thủy phân là quá trình ngưng tụ. Đây là quá trình phức tạp
và xảy ra ngay sau quá trình sinh hydroxo. Tùy thuộc vào điều kiện thực
nghiệm có thể xảy ra ba cơ chế cạnh tranh : alkoxonlation, oxolation.
* Cơ chế alkoxolation:

* Cơ chế oxolation:
Giống cơ chế alkoxotion nhưng R được thay thế bằng H.

Các phản ứng thủy phân, alkolation, oxolation tham gia vào sự biến đổi alkoxit
thành oxit. Do cấu trúc hình học của các oxit phụ thuộc rất mạnh vào sự đóng
góp tương đối của các phản ứng. Sự đóng góp này có thể tối ưu hóa bằng sự
điều chỉnh các điều kiện thực nghiệm liên quan:
+ Thông số nội: bản chất của kim loại và các nhóm alkyl trong alkoxit
+ Thông số ngoại: tỷ số thủy phân r = H2O/alkoxit, xúc tác, nồng độ,
dung môi và nhiệt độ.
Theo cách như vậy mà mạng lưới oxit polymer vô cơ (-M-O-M-)n dần
dần được hình thành đến khi độ nhớt tăng đột ngột thì toàn bộ hệ chuyển thành
gel với nước và rượu ở trong các lỗ hổng của gel. Tại đây các phản ứng thủy
phân, trùng ngưng và polymer hóa bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như là tỷ lệ mol
của nước với alkoxit kim loại, tính chất của dung môi, nhiệt độ và pH (yếu tố
pH được coi là nồng độ của xúc tác axit hoặc bazơ)…Bằng cách điều chỉnh tốc

độ thủy phân và tốc độ ngưng tụ một cách phù hợp mà có thể khống chế được
kích thước và hình dạng hạt, tạo màng hoặc vật liệu vô định hình.
Phương pháp sol – gel alkoxit cho phép tạo được gel cũng như oxit phức
hợp rất đồng nhất, độ tinh khiết cao, giảm đáng kể nhiệt độ tổng hợp, phân bố
kích thước hạt đồng đều và có thể điều khiển được hình dạng hat…dựa vào việc
15


điều khiển độ nhớt của sol tại gần điểm tạo gel mà có thể tạo màng, kéo sợi…
Nhiều nghiên cứu và ứng dụng thành công phương pháp này được thực hiện cho
các hợp chất như Si, Al…
II.3 Phƣơng pháp chế tạo dung dịch phủ nano composite
Nanocomposite là vật liệu có nhiều pha mà trong đó có ít nhất một pha có
một trong 3 kích thước nhỏ hơn 100nm (kích thước nano).
Các tính chất quang, điên, nhiệt, điện hóa, xúc tác của vật liệu
nanocomposite sẽ cho thấy sự khác biệt rõ ràng so với từng vật liệu riêng lẻ mà
cấu thành lên nó. Các kích thước giới hạn ảnh hưởng được đưa ra như: <5nm
cho hoạt tính xúc tác, <20nm để tạo vật liệu từ cứng mềm hóa, <50nm để làm
thay đổi chiết suất và <100nm đối với vật liệu siêu thuận từ. Cấu trúc
nanocomposite có thể tìm trong tự nhiên như cấu trúc của xương, cấu trúc của
vỏ sò... Từ giữa những năm 1950 nano-clay đã được sử dụng để điều chỉnh đổ
nhớt của dung dịch polymer như của sơn hoặc gel (như chất tăng độ dày trong
mỹ phẩm, tạo được dạng đồng nhất). Những năm 1970 polyme/clay composite
là tiêu đề của sách, mặc dù từ “nanocomposite” không được sử dụng thông
dụng.
Trong yếu tố về cơ tính thì vật liệu nanocomposite có sự khác biệt rất nhiều
so với vật liệu composite thông thường do diện tích bề mặt riêng của pha gia
cường kích thước nano lớn hơn nhất nhiều so với pha gia cường trong
composite thông thường. Ngoài ra tính chất của vật liệu nền (polymer) cung ảnh
hưởng rất lớn đến tính chất của vật liệu composite, trong vật liệu nanocomposite

các tính chất gắn liền với độ linh động của polymer, mức độ đóng rắn, mức độ
trật từ, tinh thể hóa… các yếu tố này thường rất khác xa so với vật liệu
composite thông thường. Những vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn có nghĩa
chỉ cần một lượng nhỏ chất gia cường nano có thể làm ảnh hưởng đến tính chất
chung của vật liệu composite. Ví dụ: cacbon nanotube tăng cường tính dẫn điện
và dẫn nhiêt, các vật liệu nano khác có thể làm tăng cường các tính chất quang,
tính chất cách điện, độ chịu lửa hoặc các tính chất cơ học như độ chịu va đập,
chịu thời tiết, và chịu phá hủy…Nói chung, vật liệu nanocomposite chỉ với hàm
lượng chất gia cường nhỏ 0,5-5% có thể làm cho tính chất vật liệu rất khác biệt
so với các vật liệu composite truyền thống. Trong nghiên cứu này chúng tôi
nghiên cứu quy t nh chế tạo vật liệu composite trên cơ sở các hạt gia cường
16


nano SnO2:Sb trong nền của polymer lai tạo vô cơ và hữu cơ nhằm tạo ra hiệu
ứng ngăn cản bức xạ hồng ngoại.
II.4 Công nghệ phủ màng
Trong suốt nhiều thập kỷ qua, nhiều nhà khoa học và nghiên cứu công
nhệ đã tập trung để tổng hợp vật liệu cấu trúc nano. Các tính chất vật liệu nano
mang lại những tính chất hoàn toàn khác biệt và mới so với vật liệu ở dạng
khối.
Các nghiên cứu cũng tìm các giải pháp công nghệ phủ màng mỏng nhằm
đưa công nghệ nano vào trong các ứng dụng thực tế. Phần lớn các ứng dụng phủ
màng sử dụng vật liệu gốm vì chúng có độ bền nhiệt, cơ và hóa tốt. Các ứng
dụng của màng ngăn cản bức xạ nhiệt yêu cầu vật liệu có khả năng hoạt động
trong môi trường nhiệt độ cao. Các cật cũng cần khả năng chống ôxi hóa và ăn
mòn tốt. Ngoài ra còn có các yêu cầu khác về độ bám dính, khả năng chịu thời
tiết, chịu môi trường hóa chất…
Có nhiều phương pháp sử dụng để phủ màng mỏng nanocomposite như:
sol-gel, spincoating, plasma, bốc bay chùm điện tử, phún xạ, lắng đọng hóa

học… Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm khác nhau. Trong
nghiên cứu này chúng tôi tiến hành chế tạo màng mỏng nanocomposite bằng
phương pháp phun phủ. Các yếu tố ảnh hưởng được khảo sát trong nghiên cứu
bao gồm ảnh hưởng của dung môi, ảnh hưởng của hàm lượng chất rắn, ảnh
hưởng của độ nhớt đến tính chất của polymer

17


PHẦN III: THỰC NGHIỆM
III.1. Tổng hợp bột nano SnO2:Sb
III.1.1. Nguyên liệu
1. Tin(IV) chloride SnCl4 (Aldrich 99%) 1M
2. Antimony(III) chloride SbCl3 (Sigma-Aldrich 99%) 1M
3. Citric acid (Sigma-Aldrich 99%) 1M
4. Etanol (Sigma-Aldrich 99%)
5. Amoniac NH3 (Sigma-Aldrich 28.0-30.0%) 0,1 M
6. H2O
III.1.2. Quy trình tổng hợp

Hình 7. Quy trình tổng hợp bột nano SnO2:Sb
Vật liệu nano SnO2 được tổng hợp theo quy trình như sau:
Các nguyên liệu ban đầu SnCl4, SbCl3, axit citric được hoà tan vào dung môi
nước.

18


Bước 1. Trộn hai dung dịch muối của SnCl4 và SbCl3 theo tỉ lệ tính trước
(5% Sb so với Sn), tiến hành khuấy trộn đều hỗn hợp này trong bình phản ứng.

Bước 2. Bổ sung thành phần axit citric và trong hỗn hợp với tỉ lệ về số
mol của citric/ số mol của các ion kim loại theo tỉ lệ 1/1 và tiến hành khuấy trộn
để được dung dịch đồng nhất.
Bước 3. Điều chỉnh từ từ độ pH của dung dịch phản ứng bằng NH3 để
đưa về giá trị pH =8-9. Chú ý không được cho NH3 quá nhanh hoặc nồng độ cao
để tránh hiện tượng kết tủa cục bộ.
Bước 4. Tiến hành gia nhiệt và khuấy trộn dung dịch ở nhiệt độ 60oC
trong thời gian 4h ta thu được sol đồng nhất của SnO2-pha tạp Sb (ATO –sol).
Bước 5. Tiến hành sấy khô hỗn hợp sau phản ứng ở nhiệt độ 80-100oC rồi
tiến hành nung thiêu kết ở nhiệt độ cao để loại bỏ các tạp chất hữu cơ ta thu
được bột nano ATO.
Cơ chế hình thành sol-ATO
Trong dung dịch, các cation kim loại Sn4+, Sb3+ tồn tại ở phức aquo:
Sn4+ + nH2O 

[Sn(H2O)n]4+

Sb3+ + nH2O 

[Sb(H2O)n]3+
Phức aquo

Cation kim loại có điện tích càng lớn và bán kính càng nhỏ thì liên kết MOH2 càng bền.
Phản ứng thủy phân xảy ra theo sơ đồ sau:
[Sn(H2O)n]4+ + hH2O  [Sn(OH)h(H2O)n-h](4-h) + hH3O+
[Sb(H2O)n]3+ + hH2O  [Sb(OH)h(H2O)n-h](3-h) + hH3O+
Cơ chế của phản ứng:
[ (H2O)n-1Sn  OH2]4+ + OH2
[(H2O)n-1SnOH]3+ + H3O+


[ (H2O)n-1Sb  OH2]3+ + OH2
[(H2O)n-1SbOH]2+ + H3O+

Phức đơn nhân có thể ngưng tụ tiếp tục thành hai nhân:
[(H2O)n-1–SnOH]3+ +[H2O  Sb(OH2)n-1]3+  [(H2O)n-1Sn-O-Sb(OH2)n-1]6+
+ H3O+
Các dimer này tiếp tục phát triển theo quá trình:

19


Dime

Trime

Polyme

H¹t keo

Gel
III.1.3. Các mẫu khảo sát
Phản ứng tổng hợp có nhiều yếu tổ ảnh hưởng đến như nhiệt độ phản ứng,
pH của dung dịch, nồng độ của các ion kim loại trong dung dịch và tỉ lệ các
chất.
Các mẫu tiến hành khảo sát các yếu tố công nghệ:
- Ảnh hưởng của nồng độ chất pha tạp,
Các mẫu khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất pha tạp antimony (Sb) đến
kích thước của bột ôxít SnO2 hình thành. Tiến hành nghiên cứu thay đổi nồng
độ Sb so với Sn trong mẫu ATO ở các tỉ lệ (0,2,3,5,7%).
(a)

(b)

0%Sb

2%Sb

(c)

(d)

5%Sb

7%Sb

Hình 5: Ảnh SEM của mẫu SnO2 có chứa (a) 0%Sb; (b) 2%Sb; (c) 5%Sb;
(d) 7%Sb.
Trên ảnh SEM cho thấy khi tăng nồng độ nguyên tố pha tạp Sb trong nền
SnO2 lên từ 0% lên 7% thì kích thước hạt có xu hướng giảm dần. Kết quả này
20


cũng được thể hiện rõ ràng hơn khi tiến hành chụp ảnh TEM như trên hình vẽ
đối với mẫu 0% Sb và 7%Sb.

Hình 6. Ảnh TEM của mẫu (a) chưa 0%Sn và (b) chứa 7%Sb so với Sn.
Kết quả của ảnh TEM cho thấy khi tăng hàm lượng chất pha tạp Sb trong
hỗn hợp ban đầu thì kích thước bột rắn thu được khi xử lý nhiệt ở 400oC thu
được khoảng 15-20nm đối với mẫu không chứa Sb và 6-8nm đối với mẫu chứa
7%Sb. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả thu được từ việc đo kích

thước hạt qua giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bột như trên bảng dưới đây, kích
thước hạt giảm dần khi tiến hành tăng hàm lượng chất pha tạp Sb vào trong nền
SnO2.
Bảng 1. Ảnh hưởng của Sb đến kích thước hạt tinh thể ATO hình thành
%Sb pha tạp

Kích
hạt

thước Kích thước hằng số mạng
a(Å)

b(Å)

V(Å)

0

17.1

4.739

3.186

71.5516

2

12.0

4.741

3.189

71.6794

3

9.2

4.743

3.188

71.7174

5

6.6

4.744

3.191

71.8152

7

5.8

4.745

3.190

71.8229

21


Particle Size of ATO (nm)

16

14

12

10

8

6
0

1

2

3
4

Sb concentration (%atom)

5

6

7

Hình 7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ Sb đến kích thước hạt ATO
Ngoài ra, những kết quả về khảo sát khả năng ngăn cản bức xạ hồng ngoại của
các mẫu ATO phủ trên lam kính. Kết quả cho thấy mẫu ATO chứa 5%Sb cho
khả năng ngăn cản bức xạ hồng ngoại tốt nhất.

(1):SnO2:Sb(2%)
(2):SnO2:Sb(3%)
(3):SnO2:Sb(5%)
(4):SnO2:Sb(7%)
Hiệu quả cắt giảm bức xạ
hồng ngoại tăng.

(1)

(3)

(4)

(2)

Hình 8: Phổ truyền qua của các mẫu nanocomposite chưa 5% hạt nano
SnO2 pha tạp Sb với các nồng độ khác nhau.

22


III.2. Tổng hợp keo vô cơ
III.2.1. Nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng

1. Etanol (Sigma-Aldrich 99%)
2. Tetramethyl orthosilicate (TMOS) (Sigma-Aldrich 98%)
3. 3-Methacryloxy-propyl-trimethoxysilane (MPS) (SigmaAldrich 98%)
4. HCl 0.1M
5. H2O
III.2.2. Quy trình tổng hợp
TMOS

Khuấy đều
ở nhiệt độ
thường

MPS

Bình phản
ứng

C2H5OH

HCl 0,1M

ư

Khuấy đều ở
nhiệt độ 65oC
trong 10h

Sây chân
không

Dung dịch
đồng nhất

Dung dịch
polymer vô cơ

Polyme vô cơ

Xác định các đặc
trưng của polymer

Hình 9. Quy trình tổng hợp polyme vô cơ
Polyme vô cơ được tổng hợp theo quy trình ở hình 9 với các bước cụ thể
như sau:

23


Bước 1. Hòa trộn hai chất TMOS và MPS với dung môi ethanol với tỉ lệ
TMOS/MPS/ethanol 90/10/400 để được dung dịch đồng nhất.
Bước 2. Bổ sung thành phần axit từ HCl (0,1M) sao cho tỉ lệ của Si:H2O
là 1:2 khuấy trộn đều và gia nhiệt hỗn hợp ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 10h.
Bước 3. Sấy khô dung dịch keo thu được trong chân không.

Bước 4. Khảo sát các đặc trưng của polymer vô cơ
Trong phần nghiên cứu này polymer vô cơ được hình thành trên cơ sở
phản ứng sol-gel giữa hai hợp chất của silicon để hình thành mạch phân tử
chính từ Si và O. Ngoài ra mạch phân tử còn được đính các nhóm chức có chứa
gốc vinyl trong hợp chất MPS có khả năng khâu mạch khi tạo màng phủ trên
kính.
Cơ chế hình thành polymer:
Phản ứng thủy phân:
Tốc độ quá trình thủy phân tăng khi tính chất ái điện tử của M lớn, dễ
tách ROH, sự không bão hòa phối trí của M lớn, điện tích ion lớn, khả năng vận
chuyển proton ở trạng thái tốt.
Sau quá trình thủy phân là quá trình ngưng tụ. Đây là quá trình phức tạp
và xảy ra ngay sau quá trình sinh hydroxo. Tùy thuộc vào điều kiện thực
nghiệm có thể xảy ra ba cơ chế cạnh tranh : alkoxonlation, oxolation.
* Cơ chế alkoxolation:

* Cơ chế oxolation:
Giống cơ chế alkoxotion nhưng R được thay thế bằng H.

III.3. Tổng hợp keo phủ
III.3.1. Nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng
a. Bột nano SnO2:Sb (ATO)

24


Sản phẩm bột SnO2:Sb được tổng hợp trong nghiên cứu của đề tài có các
đặc trưng sau:
STT

Tính chất

Giá trị

1

Kích thước hạt

5-10nm

2

Hàm lượng Sb

5%

3

Mầu

Xanh thẫm

b. Polyme vô cơ
Polyme được tổng hợp từ quá trình phản ứng giữa hai chất Tetramethyl
orthosilicate (TMOS) và 3-Methacryloxy-propyl-trimethoxysilane (MPS) theo tỉ
lệ 90/10. Trong đó hợp chất MPS có chứa nhóm chức vinyl đính với nguyên tử
silic là nhân tố tạo liên kết khâu mạch cho quá trình tạo màng phủ.
STT

Tính chất

Giá trị

1

Khối lượng phân tử

>105

2

Hàm lượng chất rắn

>40%

3

Mầu

Không màu

c. Chất trợ phân tán polyoxyethylene

Cấu trúc mạch phân tử
Đây là dạng chất hoạt động bề mặt không ion hỗ trợ cho quá trình phân tán
hạt nano ATO trong nền polymer.
d. Dung môi ethanol
Công thức cấu tạo: C2H5OH
Độ tinh khiết: 99%.
e. Chất khơi mào quan (initiator)

2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphineoxide (TPO)

Công thức cấu tạo của TPO
25