Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện chuyển động trong video và ứng dụng

Header Page 1 of 27.

Đại học Quốc Gia Hà Nội
Trường Đại học Công nghệ
Lê Duy Đảm

KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
CỦA MÀNG NANO TiO2/SiO2 ĐƢỢC CHẾ TẠO
THEO PHƢƠNG PHÁP SOL-GEL TRÊN NỀN GẠCH MEN

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)
LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Đặng Mậu Chiến

Hà Nội - 2009

Mục lục
Mục lục ............................................................................................................... i
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................ iv
Footer Page 1 of 27.

i


Header Page 2 of 27.

Danh mục các bảng ........................................................................................... v
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN ........................................................................... 2
1.1. Tổng quan về vật liệu TiO2 và khả năng ứng dụng. ................................... 2
1.1.1. Cấu trúc của vật liệu TiO2 . .................................................................... 2
1.1.2. Nguyên lý cơ bản của quang xúc tác. ..................................................... 3
1.1.3. Cơ chế quang xúc tác của TiO2............................................................... 4
1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác của TiO2. ............... 6
1.1.5. Chất quang xúc tác TiO2 cải tiến. ........................................................... 7
1.1.6. Khả năng ứng dụng của TiO2 trong chế tạo vật liệu tự làm sạch .......... 8
1.2. Đại cƣơng về gốm sứ. .............................................................................. 13
1.2.1. Nguyên liệu, phối liệu. .......................................................................... 13
1.2.2. Tạo hình................................................................................................. 13
1.2.3. Gia công sản phẩm................................................................................ 14
1.3. Lý thuyết về quá trình sol-gel trong chế tạo màng mỏng nano. ....... Error!
Bookmark not defined.
1.3.1. Khái niệm. ............................................. Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Phân loại các quá trình sol-gel. ............ Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Quá trình sol-gel đi từ alkoxide. ........... Error! Bookmark not defined.
1.3.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân và ngưng tụ. ... Error!
Bookmark not defined.
1.3.5. Ưu-khuyết điểm của phương pháp sol-gel.Error! Bookmark not defined.
1.3.6. Một số ứng dụng hiện nay của phương pháp sol-gel. Error! Bookmark
not defined.
1.3.7. Các phương pháp tạo màng từ dung dịch. .......... Error! Bookmark not
defined.
CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM ..................... Error! Bookmark not defined.
2.1. Hóa chất và dụng cụ sử dụng trong quá trình thực nghiệm. ............. Error!
Bookmark not defined.
2.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu. .................. Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Chế tạo các hệ dung dịch TiO2/SiO2: .... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Bảo quản hệ dung dịch TiO2/SiO2. ........ Error! Bookmark not defined.

2.2.3. Tạo màng mỏng nano TiO2. .................. Error! Bookmark not defined.
2.3. Nghiên cứu đặc trƣng của vật liệu chế tạo.Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Phân tích nhiệt vi sai (DTA).................. Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X.................. Error! Bookmark not defined.
Footer Page 2 of 27.

ii


Header Page 3 of 27.

2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)..... Error! Bookmark not
defined.
2.3.4. Phương pháp kính hiển vi lực nguyên tử (AFM). Error! Bookmark not
defined.
2.3.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Error! Bookmark
not defined.
2.3.6. Phương pháp xác định góc thấm ướt. .. Error! Bookmark not defined.
2.3.7. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT- IR).Error! Bookmark not
defined.
2.3.8. Phương pháp đo phổ truyền qua (UV-Vis). ......... Error! Bookmark not
defined.
2.3.9. Phương pháp phổ tán xạ Raman. .......... Error! Bookmark not defined.
2.3.10. Kiểm tra mức độ diệt khuẩn. ............... Error! Bookmark not defined.
2.3.11. Phương pháp đánh giá khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ. .... Error!
Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Error! Bookmark not defined.
3.1. Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc TiO2/SiO2 trong vùng ánh sáng tử
ngoại trên nền gạch men.................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Phổ UV-Vis của các dung dịch TiO2/SiO2.Error! Bookmark not defined.

3.1.2. Khảo sát ảnh TEM của dung dịch TiO2/SiO2. ...... Error! Bookmark not
defined.
3.1.3. Khảo sát đặc trưng cấu trúc của bột TiO2/SiO2... Error! Bookmark not
defined.
3.1.4. Khảo sát các đặc trưng cấu trúc màng nano TiO2/SiO2.Error! Bookmark
not defined.
3.1.5. Đặc trưng cấu trúc bề mặt của màng nano TiO2/SiO2 .Error! Bookmark
not defined.
3.1.6. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của màng nano TiO2/SiO2. ...... Error!
Bookmark not defined.
3.2. Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác N-TiO2/SiO2 trong vùng ánh sáng
khả kiến trên nền gạch men. ............................ Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Phổ UV-Vis của các hệ dung dịch N-TiO2/SiO2 .. Error! Bookmark not
defined.
3.2.2. Khảo sát đặc trưng cấu trúc của bột N-TiO2/SiO2Error! Bookmark not
defined.
3.2.3. Khảo sát đặc trưng cấu trúc của màng N-TiO2/SiO2 . Error! Bookmark
not defined.
Footer Page 3 of 27.

iii


Header Page 4 of 27.

3.2.4. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của màng N-TiO2/SiO2 trong vùng ánh
sáng khả kiến. .................................................. Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ..................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 15

Footer Page 4 of 27.

iv


Header Page 5 of 27.

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
A

Phân tử có khả năng nhận electron (Acceptor).

AFM

Atomic Force Microscope - Kính hiển vi lực nguyên tử.

CB

Vùng dẫn (Conduction Band).

Cặp e--h+

Cặp điện tử-lỗ trống (electron-hole).

D

Phân tử có khả năng cho electron (Donor).

DTA

Differential thermal analysis - Phân tích nhiệt vi sai.

eV

Eclectron volt ‟ Đơn vị đo điện thế.

IR

MB

TEM

UV-Vis

Infrared spectroscopy - Phổ hồng ngoại dùng để xác định
cấu trúc.
Methylen Blue.
Transmission Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử
truyền qua.
Ultraviolet-Visible spectroscopy - Phổ hấp thu ánh sáng
của vật liệu trong vùng tử ngoại và khả kiến.

Vlqxt

Vật liệu quang xúc tác.

VB

Vùng hóa trị (Valence Band).

SEM

Scanning Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử
quét.

XRD

X-ray diffraction - Phương pháp đo nhiễu xạ tia X.

o

Celsius degree ‟ Độ bách phân.

C

Footer Page 5 of 27.

v


Header Page 6 of 27.

Danh mục các bảng
Bảng 1.1: Tốc độ phản ứng thuỷ phân phụ thuộc vào độ âm điện , số phối vị
cực đại N của nguyên tử kim loại. ...................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1.2: Tốc độ phản ứng thuỷ phân phụ thuộc vào nhóm alkyl [7]. ....... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.1. Thành phần của các hệ dung dịch với thành phần SiO2 khác nhau.
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2: Độ rộng vùng cấm của các hạt TiO2/SiO2 trong dung dịch......... Error!

Bookmark not defined.
Bảng 3.4 : Kích thƣớc hạt tinh thể tính theo phƣơng trình Scherrer. .......... Error!
Bookmark not defined.
Bảng:3.5 Thành phần của các hệ dung dịch với thành phần %N khác nhau.
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.6: Kích thƣớc hạt tinh thể tính theo phƣơng trình Scherrer. ........... Error!
Bookmark not defined.

Footer Page 6 of 27.

vi


Header Page 7 of 27.

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1: Cấu trúc ô mạng tinh thể của TiO2 rutile và anatase. ............................ 2
Hình 1.2: Cấu trúc vùng năng lƣợng của chất bán dẫn và sự hoạt động của chất
bán dẫn khi đƣợc kích thích quang hóa................................................................. 4
Hình 1.3: Quá trình quang hoá với sự kích hoạt của các phân tử TiO2 ................ 5
Hình 1.4: Bề rộng khe năng lƣợng của một số chất bán dẫn. ............................... 6
Hình 1.5: Phổ năng lƣợng mặt trời........................................................................ 8
Hình 1.6: Những lĩnh vực ứng dụng chính của TiO2 ............................................ 9
Hình 1.7: Cơ chế chuyển từ tính kỵ nƣớc sang tính ƣa nƣớc của màng TiO2 khi
đƣợc chiếu sáng. .................................................................................................. 10
Hình 1.8: Bề mặt kỵ nƣớc của TiO2. ................................................................... 11
Hình 1.9: Sự phân huỷ các chất hữu cơ làm lộ nhóm –OH. ............................... 11
Hình 1.10: Quá trình hấp phụ vật lý các phân tử nƣớc. ...................................... 11
Hình 1.11: Nƣớc khuếch tán vào trên bề mặt vật liệu. ....................................... 12
Hình 1.12: Các nhóm sản phẩm của phƣơng pháp sol-gel. Error! Bookmark not

defined.
Hình 1.13: Quá trình phủ nhúng. ........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.14: Phƣơng pháp phủ quay (spin coating). ............ Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.15: Các giai đoạn của phƣơng pháp phủ quay. ...... Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.16: Hệ thống phủ chảy dòng. .................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.17: Thiết bị phun cầm tay........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1: Sơ đồ điều chế các hệ dung dịch TiO2/SiO2. ..... Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.2: Sơ đồ điều chế các hệ dung dịch TiO2/SiO2 pha tạp N ................ Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.3: Hệ phủ quay Spin Delta 6RC. ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4: Quy trình tạo màng TiO2 trên các sản phẩm gạch men. .............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.5: Hệ phủ phun. ....................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6: Thiết bị phun cầm tay......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.7: Lò nung Carbolite Model: ELF 11/14B. ........... Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.8: Quang phổ liên tục. ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9. Phổ huỳnh quang của đèn compact. .... Error! Bookmark not defined.
Footer Page 7 of 27.

vii


Header Page 8 of 27.

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai. ................ Error!
Bookmark not defined.

Hình 2.11: Máy phân tích nhiệt vi sai (DTA). .... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.12 : Điều kiện quan sát thấy nhiễu xạ tia X từ các nguyên tử nằm trên
mặt phẳng phản xạ............................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.13: Máy đo nhiễu xạ tia X. ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp hiển vi điện tử quét. .................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.15: Kính hiển vi điện tử truyền qua (SEM) Model: Jeol 6600. ....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.16: Ảnh đầu dò với bề mặt mẫu của kính hiển vi lực nguyên tử. .... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.17: Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) Model Electronica S.L....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.18: Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). .......... Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.19: Máy đo góc thấm ƣớt Model OCA-20. ............ Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.20: Máy đo phổ hấp thu hồng ngoại (FT-IR) Model TensorTM 37.
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.21: Máy đo phổ truyền qua UV-Vis Model Cary100 Conc. ............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.22: Đƣờng biểu diễn xác định năng lƣợng vùng cấm (Eg)............... Error!
Bookmark not defined.
Hinh 2.23: Máy đo phổ Raman Model : LABRAM 300. .. Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.24: Tủ sấy dụng cụ thí nghiệm Sanyo Model MOV-112. ............... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.25: Nồi hấp tiệt trùng Model Hiclave-HV-100. ..... Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.26: Tủ cấy vi sinh. ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1: Phổ truyền qua của dung dịch TiO2/SiO2 với tỷ lệ khác nhau của SiO2.

............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2: Ảnh (TEM) của dung dịch TiO2/SiO2 với 15%.Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.3: Phổ FT-IR của các dạng bột SiO2/TiO2 khác nhau. ..Error! Bookmark
not defined.
Footer Page 8 of 27.

viii


Header Page 9 of 27.

Hình 3.4: Ảnh nhiễu xạ XRD của các mẫu bột TiO2/SiO2 với mẫu 5%-30% SiO2
đƣợc nung ở 10000C trong thời gian 2h. ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5: Ảnh nhiễu xạ XRD của mẫu bột LNT - III (15% mol SiO2) nung ở
nhiệt độ 5000C trong những khoảng thời gian khác nhau. . Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.6: Ảnh nhiễu xạ XRD của mẫu bột LNT-III (15% mol SiO2) nung ở nhiệt
độ khác nhau từ 5000C - 11000C trong thời gian 2 giờ. .... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.7: Giản đồ DTA/TG của mẫu LNT-III (15% SiO2). .....Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.8: Phổ truyền qua của các loại màng LNT tạo thành trên lam kính. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.9: Giản đồ nhiễu xạ XRD của màng LNT-III (15% SiO2) trên đế thủy
tinh nung ở 5000C trong 2 giờ. ............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10: Ảnh nhiễu xạ XRD của màng LNT-III (15% SiO2) trên đế gạch men.
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11: Ảnh SEM bề mặt màng TiO2/SiO2 ( 15%mol SiO2).................. Error!
Bookmark not defined.

Hình 3.12: Ảnh chụp mẫu gạch men đƣợc phủ màng TiO2/SiO2 (15%SiO2) theo
phƣơng pháp phun phủ. ....................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.13: Ảnh SEM của màng TiO2/SiO2 (15%SiO2) đƣợc phủ trên đế ceramic
bằng phƣơng pháp phun. ..................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.14: Ảnh AFM của màng LNT – III, (a) ảnh 2D, (b) Ảnh 3D. ......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.15: Ảnh chụp góc tiếp xúc của các giọt nƣớc trên bề mặt các lam kính.
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16: Khả năng chống tạo sƣơng mờ của màng nano TiO2/SiO2 (15% SiO2)
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.17: Khả năng làm mất màu methylene blue (MB) của lam kính. .... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.18: Sự mất màu của dung dịch MB trên gạch. ....... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.19. Sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB theo thời gian. ........... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.20: Hình ảnh khuẩn lạc trên đĩa petri ...... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21: Hệ dung dịch N-TiO2/SiO2 sau khi chế tạo xong. ..Error! Bookmark
not defined.
Footer Page 9 of 27.

ix


Header Page 10 of 27.

Hình 3.22. Phổ truyền qua của các hệ dung dịch N-SiO2/TiO2 .................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.23: Giản đồ DTA/TG của mẫu N-TiO2/SiO2 với 40%N. ............... Error!
Bookmark not defined.

Hình 3.24: Phổ tán xạ Raman của mẫu bột N-TiO2/SiO2 . Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.25: Ảnh nhiễu xạ XRD của các mẫu bột N-TiO2/SiO2 .Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.26: Ảnh (TEM) của mẫu N-TiO2/SiO2 40%N. ..... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.27: Phổ hấp thu hồng ngoại của các mẫu bột N-TiO2/SiO2. ............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.28: Phổ truyền qua của các màng N-SiO2/TiO2. .... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.29: Đƣờng biểu diễn (dh)1/2 theo f(h) của các màng N-TiO2/SiO2.
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.30: Quá trình pha tạp N vào mạng tinh thể anatase TiO2. ............... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.31: Ảnh (SEM) bề mặt màng N-TiO2/SiO2 ( 40% N)...Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.32: Ảnh (AFM) bề mặt màng các N-TiO2/SiO2. .... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.33: Ảnh chụp góc tiếp xúc của các giọt nƣớc trên bề mặt các lam kính.
............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.34: Độ hấp thụ (ABS) của dung dịch MB giảm dần theo thời gian. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.35: Sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB theo thời gian. ........... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.36: Sự mất màu của dung dịch MB trên gạch theo thời gian. ......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.37: Sự mất màu của MB trên lam kính theo thời gian. .Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.38: Hình ảnh khuẩn lạc trên đĩa petri. ..... Error! Bookmark not defined.

Footer Page 10 of 27.

x


Header Page 11 of 27.

Trang: 1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, 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. Do đó, việc chế tạo các vật liệu
thông minh như kính chống tạo sương và gạch có khả năng phân hủy các
chất bẩn, có khả năng tự làm sạch là một yêu cầu thiết yếu.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano, vật liệu nano TiO2
với tính năng ưu việt về tính chất quang, điện, kích thước và diện tích bề mặt
riêng đã làm tăng khả năng quang xúc tác và đưa ra những ứng dụng mới đầy
hứa hẹn. Vật liệu nano TiO2 đã được nghiên cứu làm vật liệu cảm biến xác định
hàm lượng hơi cồn. Với những hình thái học khác nhau, vật liệu nano TiO2 dạng
hạt, dạng thanh, dạng dây và dạng ống đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu
chế tạo. Những kết quả nghiên cứu về khả năng quang xúc tác cho thấy vật liệu
hạt nano TiO2, màng nano TiO2 với kích thước hạt vài chục nano mét có tính
năng diệt vi khuẩn, diệt nấm mốc, khử mùi hôi và phân huỷ các hợp chất hữu
cơ khi chiếu sáng ưu việt hơn hẳn so với sản phẩm tương đương chế tạo từ vật

liệu TiO2 có kích thước hạt lớn.
Nhật Bản hiện đang dẫn đầu thế giới về triển khai các ứng dụng của vật
liệu nano TiO2, chẳng hạn như phủ màng TiO2 lên ôtô, cửa kính của các nhà cao
tầng, đèn cao áp trên đường giao thông, lều bạt, tường, gạch lát, gỗ... để không
phải lau rửa cũng như diệt khuẩn [7,16]. Ngoài ra, Nhật Bản và Trung Quốc
cũng đã chế tạo những cỗ máy nhỏ gọn chứa các tấm gốm xốp phủ TiO2 để lọc
không khí trong gia đình, văn phòng *40+….
Ở nước ta, trong những năm gần đây việc nghiên cứu chế tạo vật liệu
TiO2 có kích thước nano ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau là một trong
những hướng được khuyến khích hàng đầu với mục tiêu nắm bắt kịp trình độ
của thế giới và khu vực. Các phương pháp nghiên cứu chế tạo hiện đại được áp
dụng để tạo ra vật liệu và sản phẩm ứng dụng trong công nghệ cảm biến, công
nghệ môi trường phục vụ cho nghiên cứu phát triển và ứng dụng khoa học kỹ
thuật trong nước, cạnh tranh với các nước trong khu vực và trên thế giới. Các
Footer Page MỞ
11 of ĐẦU
27.


Header Page 12 of 27.

Trang: 2

nhóm nghiên cứu chính trong lĩnh vực này được tập trung chủ yếu tại một số
đơn vị nghiên cứu hàng đầu như Trung tâm Công nghệ Vật liệu trường Đại học
Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN), Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu
Ứng dụng, Viện Vật lý Ứng dụng (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Viện
ITIMS và Viện Vật lý Kỹ thuật (ĐHBKHN). Nổi bật nhất là các công trình của TS.
Trần Thị Đức-Viện Vật lý Ứng dụng và Thiết bị khoa học đã sản xuất ra sơn
quang xúc tác trong suốt để chế tạo kính tự làm sạch và sơn quang xúc tác màu

trắng đục ứng dụng sơn phủ các sản phẩm gạch men và các sản phẩm khác với
mục đích chế tạo các vật liệu tự làm sạch và diệt khuẩn [3].
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu của bản luận văn này, màng trên nano
TiO2 được chế tạo bằng phương pháp sol-gel, hệ dung dịch TiO2/SiO2, NTiO2/SiO2 được tráng phủ trên bề mặt các vật liệu khác nhau như kính, gạch
men và sứ vệ sinh. Cấu trúc hoá học và tính chất của các hệ dung dịch và
màng được xác định qua phổ hồng ngoại (IR), phổ nhiễu xạ tia X (XDR).
Tính chất quang của màng được khảo sát trên phổ truyền qua UV-Vis. Hình
thái cấu trúc màng mỏng cũng như độ dày màng, sự phân bố các hạt nano
TiO2 được xác định qua các ảnh chụp trên kính hiển ví điện tử quét (SEM),
kính hiển vi nguyên tử lực (AFM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
Hiện tượng siêu thấm ướt hay kỵ nước của màng được chứng minh
qua việc đo góc thấm của nước của màng. Hiện tượng siêu thấm ướt giúp các
hạt nước không đọng lại trên kính mà tạo một màng nước mỏng trong suốt,
chống lại hiện tượng sương mờ. Khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ và
điệt khuẩn được chứng minh bằng khả năng phân hủy methylen blue (MB) và
diệt khuẩn Ecoli đã mở ra khả năng ứng dụng rất lớn của vật liệu này vào xử
lý môi trường.
Nội dung chính của luận văn gồm các phần như sau:

Mở đầu: Giới thiệu về tình hình nghiên cứu trong và ngoài
nước về loại vật liệu nano TiO2, mục tiêu, nội dung và phương pháp
nghiên cứu.

Chương I: Tổng quan về chất quang xúc tác TiO2 và cơ sở lý
thuyết về chế tạo màng nano TiO2/SiO2, màng nano N-TiO2/SiO2 và lý
thuyết quá trình sol-gel trong chế tạo màng mỏng.

Chương II: Trình bày phương pháp chế tạo mẫu, các kỹ thuật
thực nghiệm được sử dụng để nghiên cứu những đặc trưng về cấu trúc và
các tính chất của màng nano TiO2/SiO2 và màng nano N-TiO2/SiO2.

Footer Page MỞ
12 of ĐẦU
27.


Header Page 13 of 27.

Trang: 1


Chương III: Toàn bộ kết quả về đặc trưng cấu trúc, tính chất
quang xúc tác của màng nano TiO2/SiO2 và màng nano N-TiO2/SiO2.

Kết luận: Trình bày các kết luận chính rút ra từ kết quả nghiên
cứu được của luận văn.

Footer Page MỞ
13 of ĐẦU
27.


Header Page 14 of 27.

Trang: 2

TỔNG QUAN
Tổng quan về vật liệu TiO2 và khả năng ứng dụng.
Cấu trúc của vật liệu TiO2 .
TiO2 (titan đioxit) là chất bột mầu trắng, bền nhiệt, không độc hại, rẻ tiền,
nó tồn tại ở 3 dạng tinh thể brookite, rutile và anatase nhưng phổ biến nhất là hai

dạng tinh thể: rutile và anatase với cấu trúc tứ giác (tetragonal). Trong tinh thể
mỗi ion Ti4+ bị bao quanh bởi sáu ion O2-.
Dạng tinh thể TiO2

Rutile

Anatase

Ti – Ti

2,96 Å

3,79 Å

Ti – O

1,949 Å và 1,980 Å

1,934 Å và 1,980 Å

Khoảng cách
các nguyên tử

Sự khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể là nguyên nhân dẫn tới sự khác nhau về
khối lƣợng riêng () và năng lƣợng vùng cấm (Eg) giữa hai dạng của TiO2 nhƣ đã
chỉ ra ở Hình 1.1 [6]

Eg = 3,0 eV
 = 4,250 g/cm3
Rutile

Eg = 3,2 eV
 = 3,894 g/cm3
Anatase

Hình 1.1: Cấu trúc ô mạng tinh thể của TiO2 rutile và anatase.
MỞ14ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 15 of 27.

Trang: 3

Từ 60 năm nay hoạt tính quang hoá của TiO2 đã đƣợc biết đến. Khi đó, ngƣời
ta thấy rằng dƣới tác dụng của ánh sáng, bột TiO2 đã phân huỷ dần các thành phần
hữu cơ trong sơn, gây nên hiện tƣợng sơn bị lão hoá “bở nhƣ phấn”. Trong thời
gian dài ngƣời ta tập trung nghiên cứu để làm giảm hoạt tính quang hoá của TiO 2
trong sơn. Ngày nay bột TiO2 sử dụng trong công nghiệp sơn là loại không có hoạt
tính quang hoá-dạng rutile và có kích thƣớc hạt lớn cỡ micro mét.
Năm 1972, Fujishima và Honda đã phát hiện ra hiện tƣợng tách nƣớc thành
O2 và H2 trên điện cực TiO2 bằng ánh sáng mặt trời [7]. Sự kiện này đánh dấu sự
bắt đầu của một kỷ nguyên mới trong quang xúc tác dị thể. Những năm gần đây
quang xúc tác dị thể sử dụng TiO2 đã và đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ để ứng
dụng vào những vấn đề quan trọng của môi trƣờng là tẩy độc nƣớc và không khí.
Khác với chất TiO2 sử dụng trong sơn, TiO2 quang xúc tác có cấu trúc tinh thể
dạng anatase và có kích thƣớc hạt cỡ nano mét (5 - 50 nm).
Nguyên lý cơ bản của quang xúc tác.
Xúc tác quang hóa có thể dùng trong nhiều dạng phản ứng khác nhau nhƣ

phản ứng oxi hóa một phần hay toàn phần, phản ứng đề hydro hóa, phản ứng phân
hủy các chất hữu cơ trong nƣớc hay trong không khí.
Tƣơng tự nhƣ các quá trình xúc tác dị thể cổ điển, quá trình quang xúc tác dị thể
gồm các giai đoạn sau:
+ Chuyển pha lỏng đến bề mặt xúc tác,
+ Hấp thu một phần các chất phản ứng trên bề mặt,
+ Phản ứng trong pha hấp phụ,
+ Giải phóng các chất sản phẩm khỏi bề mặt,
+ Chuyển các chất từ bề mặt ra pha lỏng.
Trong cơ học lƣợng tử, chất bán dẫn đƣợc đặc trƣng bởi một dãy các mức
năng lƣợng không liên tục, liên quan tới liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử
tạo nên tinh thể (vùng hóa trị - valance band) và một dãy các dải năng lƣợng cao
hơn đƣợc tạo thành do sự tổ hợp các quỹ đạo của tất cả các nguyên tử có trong
mạng tinh thể (vùng dẫn – conduction band). Vùng nằm giữa mức năng lƣợng
thấp nhất của vùng dẫn và mức cao nhất của vùng hóa trị đƣợc gọi là vùng cấm
hay khe vùng (Band gap).

MỞ15ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 16 of 27.

Trang: 4

Khi một chất quang xúc tác đƣợc chiếu sáng bởi các photon, các electron
trong vùng hoá trị sẽ bị kích thích và nhảy lên vùng dẫn với điều kiện năng lƣợng
các photon phải lớn hơn hoặc bằng mức năng lƣợng của vùng cấm. Kết quả là trên


vùng dẫn sẽ có các electron mang điện tích âm ( eCB ) và trên vùng hoá trị sẽ có


những lỗ trống (hole) mang điện tích dƣơng ( hVB ).

Vùng cấm

NĂNG LƯỢNG

Vùng dẫn
Vùng dẫn

Vùng hóa
trị

Sự Khử

Sự oxi hóa

Vùng hóa
trị
Hình 1.2: Cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn và sự hoạt động của chất bán
dẫn khi được kích thích quang hóa.

Cơ chế quang xúc tác của TiO2.
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 thu 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.
Khi photon có năng lượng lớn hơn năng lượng Eg, electron (e) có thể nhảy
từ vùng hoá trị lên vùng dẫn và để lại lỗ trống (h+) trong vùng hoá trị. Một phần

MỞ16ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 17 of 27.

Trang: 5

các cặp e ‟ lỗ trống sản sinh ra từ quá trình xúc tác quang khuếch tán tới bề mặt
của chất xúc tác (cặp e ‟ lỗ trống sẽ bị bẫy tại bề mặt) và tham gia vào quá trình
phản ứng hoá học với các phân tử chất cho (D-donor) hay chất nhận (Aacceptor) (Hình 1.3). Electron ở vùng dẫn có thể khử các phân tử thích hợp
nhận electron (phản ứng khử 1.1) trong khi lỗ trống có thể oxy hoá các phân tử
cho electron (phản ứng oxy hoá 1.2).

Hình 1.3: Quá trình quang hoá với sự kích hoạt của các phân tử TiO2

A + e‟ → A„‟
(1.1)
D + h+ → D„+
(1.2)

Một tính chất đặc trưng của chất bán dẫn oxyt kim loại là khả năng oxy
hoá mạnh của lỗ trống h+. Các lỗ trống này có thể phản ứng trực tiếp với H2O
(1.3) để tạo ra gốc hydroxyl có hoạt tính cao („OH). Cả lỗ trống và gốc hydroxyl
đều có khả năng oxy hoá rất mạnh, chúng có thể oxy hoá hầu hết các chất bẩn
hữu cơ bám lên bề mặt:
H2O + h+ → „OH + h+
(1.3)
Nói chung, oxy trong không khí đóng vai trò là chất nhận electron (1.4) tạo
thành ion super-oxide „O2‟. Super-oxide cũng là phân tử có hoạt tính cao, nó có
thể được dùng để oxy hoá các chất hữu cơ.
O2 + e‟ → „O2‟
(1.4)
TiO2 khi được chiếu sáng UV sẽ tạo ra các phần tử mang điện linh động
(electron ở vùng dẫn và lỗ trống ở vùng hoá trị).
MỞ17ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 18 of 27.

Trang: 6

TiO2 + hν → h+ + e‟
(1.5)
Khả năng chuyển e‟ và lỗ trống h+ từ chất bán dẫn đến những chất bẩn
bám trên bề mặt phụ thuộc vào vị trí dải năng lượng của chất bán dẫn so với
thế oxy hoá-khử của các chất bị hút bám. Thế oxy hoá-khử của chất nhận phải
thấp hơn mức năng lượng thấp nhất của vùng dẫn ở trạng thái cân bằng nhiệt
động. Trong khi đó, thế oxy hoá-khử của chất cho phải cao hơn mức năng

lượng cao nhất của vùng hoá trị.
Hình 1.4 trình bày vị trí dải năng lượng của một số chất bán dẫn thường
gặp. Quan sát Hình 1.4 ta có thể giải thích vì sao pha anatase lại là chất xúc tác
quang mạnh. Anatase được chiếu sáng với photon có năng lượng lớn hơn năng
lượng Eg (bước sóng λ < 388 nm) sẽ tạo ra cặp e-lỗ trống linh động. Như ta đã
biết trong khí quyển có rất nhiều hơi nước, oxy; mà thế oxy hoá-khử của nước
và oxy thoả mãn yêu cầu trên nên nước đóng vai trò là chất cho (1.3) và khí oxy
đóng vai trò là chất nhận (1.4) để tạo ra các chất mới có tính oxy hoá-khử mạnh
(„OH, „O2‟) có thể oxy hoá hầu hết các chất hữu cơ bị hút bám lên bề mặt vật
liệu.

Hình 1.4: Bề rộng khe năng lượng của một số chất bán dẫn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác của TiO2.
Hai yếu tố quyết định tính năng quang xúc tác của màng TiO2 là diện tích
bề mặt hiệu dụng và bậc của tinh thể.
a. Diện tích bề mặt hiệu dụng.

MỞ18ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 19 of 27.

Trang: 7

Bề mặt màng là nơi cấu trúc tinh thể dang dở nơi sai hỏng mạng. Tính
năng quang xúc tác của màng TiO2 mạnh hay yếu, phụ thuộc vào hai diễn tiến
xảy ra đồng thời trên bề mặt liên quan đến hoạt động của cặp điện tử - lỗ trống:

diễn tiến tích cực là phản ứng ôxy hóa khử và diễn tiến tiêu cực là sự tái hợp.
Do đó, màng TiO2 có tính năng quang xúc tác mạnh đáng kể chỉ khi nó có diện
tích bề mặt hiệu dụng lớn. Diện tích bề mặt hiệu dụng của màng TiO2 có thể
được xác định thông qua thiết bị AFM đo độ gồ ghề căn quân phương (Rrms) của
mẫu.
b. Bậc tinh thể.
Bậc tinh thể là khái niệm chỉ độ xa của trật tự xắp xếp tinh thể trong vật lý
chất rắn. Màng TiO2 cấu trúc vô định hình có trật tự xắp xếp tinh thể gần nên có
bậc tinh thể thấp không đáng kể. Màng TiO2 đa tinh thể có trật tự xắp xếp tinh
thể xa nên có bậc tinh thể cao đáng kể.
Mức độ cao thấp của bậc tinh thể phụ thuộc vào số họ mặt mạng tức là số
peak trong phổ XRD hình thành trong quá trình tạo màng. Phổ của màng vô định
hình không có peak màng vô định hình có bậc tinh thể thấp không đáng kể. Ta
cũng có thể đánh giá mức độ cao thấp của bậc tinh thể dựa vào kích thước hạt
(grain). Ứng với cùng một bước sóng đơn sắc của tia X và cùng một số đo của
góc 2 theo công thức Scherrer, kích thước trung bình của hạt tỉ lệ nghịch với
độ bán rộng của peak; nghĩa là đối với mỗi họ mặt mạng (2 nhất định), peak
càng nhọn kích thước trung bình của hạt càng lớn, bậc tinh thể càng cao. Màng
TiO2 có bậc tinh thể càng cao, mật độ các cặp điện tử - lỗ trống càng nhiều, tính
năng quang xúc tác càng mạnh.
Chất quang xúc tác TiO2 cải tiến.
Nhƣ đã trình bày ở trên, TiO2 anatase là chất bán dẫn có vùng cấm rộng
(Anatase là 3,2eV). Nó chỉ bị kích hoạt bởi ánh sáng tử ngoại gần. Mà ánh sáng tử
ngoại chỉ chiếm dƣới 10% tổng cƣờng độ ánh sáng mặt trời. Mặt khác, ở các mẫu
bán dẫn TiO2 đa tinh thể có kích thƣớc hạt lớn, các cặp điện tử-lỗ trống sinh ra khi
TiO2 đƣợc chiếu UV có khuynh hƣớng dễ bị tái hợp trở lại, dẫn đến hiệu suất
lƣợng tử thấp ( < 1%) [37]. Những vấn đề này đã thúc đẩy các nghiên cứu mở
rộng vùng đáp ứng quang (photoresponse) của TiO2 bằng cách dịch bờ hấp thu
sang vùng ánh sáng nhìn thấy và hạn chế sự tái hợp của lỗ trống và điện tử bằng

MỞ19ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 20 of 27.

Trang: 8

cách giảm độ lớn các hạt tinh thể xuống kích thƣớc nano, nâng cao độ xốp của
màng và cải biên (modification) tính chất bề mặt của chất bán dẫn TiO2.

Mật độ công suất
(watts/m2)

Bước sóng (nm)

Vùng quang hóa của
TiO2: hν  Eg  3,2eV

Năng lượng photon
(eV)
Hình 1.5: Phổ năng lượng mặt trời.

Đến nay các hệ quang xúc tác bán dẫn cải tiến đã đƣợc nghiên cứu với các
mục đích :
- Ngăn cản sự tái hợp, làm tăng hiệu suất của các quá trình quang hóa bằng
cách tách các cặp hạt tải điện tử- lỗ trống sinh ra khi TiO2 đƣợc kích thích bằng
ánh sáng.
- Mở rộng vùng bƣớc sóng đáp ứng quang (photoresponse) để có thể kích thích

chất bán dẫn vùng cấm rộng bằng ánh sáng nhìn thấy.
- Làm thay đổi độ chọn lọc hay hiệu suất của một sản phẩm nào đó
Trong bản luận văn này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên chế tạo hệ vật liệu
TiO2/SiO2 và TiO2/ SiO2 pha tạp N trên nền gạch men nhằm làm tăng khả năng
quang xúc tác của màng nano TiO2 trên loại sản phẩm này .
Khả năng ứng dụng của TiO2 trong chế tạo vật liệu tự làm sạch
Gần đây, do vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng trên thế giới.
Quang xúc tác TiO2 đang được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ vào việc phân
hủy các chất thải độc hại trong môi trường. Quang xúc tác TiO2 thu hút được sự
chú ý lớn là do khả năng làm sạch môi trường một cách tự nhiên của nó. Chỉ cần
dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, oxi và nước trong khí quyển là có thể
phân hủy dần các chất thải hữu cơ có độc hại đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và
MỞ20ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 21 of 27.

Trang: 9

H2O. Quang xúc tác là hiệu ứng bề mặt, phản ứng phân hủy chỉ xảy ra khi ánh
sáng chiếu vào bề mặt TiO2 và chất cần phân hủy phải tiếp xúc trực tiếp với
TiO2. Nên người ta thấy rằng chỉ cần phủ một lớp mỏng TiO2 lên tường, sàn nhà
và những đồ vật trong gia đình sẽ tạo cho chúng tính năng tự tẩy rửa, phân hủy
các chất hữu cơ, khử mùi hôi, diệt vi trùng và khử độc tố khi có ánh sáng chiếu
vào.

Hình 1.6: Những lĩnh vực ứng dụng chính của TiO2

TiO2 ở trạng thái bình thường (không được chiếu sáng) có tính kỵ nước
nhưng khi được chiếu sáng (ánh sáng trong vùng tử ngoại), TiO2 lại thể hiện
tính ưa nước. Trong trường hợp này, electron và lỗ trống vẫn được tạo ra
nhưng chúng hoạt động theo cách khác. Trong quá trình này, electron sẽ khử
cation Ti4+ thành Ti3+, lỗ trống sẽ oxy hóa anion O2- tạo thành oxy nguyên tử và bị
đưa ra khỏi mạng tinh thể để lại một chỗ trống thiếu oxy (Hình 1.7). Các phân
tử nước có thể chiếm những chỗ trống oxy vừa được tạo ra này và tạo nhóm
OH. Chính nhóm OH đã làm cho bề mặt TiO2 trở nên siêu ưa nước. Bề mặt vật
liệu được khoảng 30 phút sau khi chiếu sáng góc tiếp xúc của nước tiến tới 0
độ, có nghĩa là nước sẽ trải ra tạo thành lớp phim mỏng trên bề mặt vật liệu
[18,19].

MỞ21ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 22 of 27.

Trang: 10

Hình 1.7: Cơ chế chuyển từ tính kỵ nước sang tính ưa nước của màng TiO2 khi được
chiếu sáng.

Mức độ ưa nước của vật liệu được đo bằng góc tiếp xúc của nước với bề
mặt vật liệu, góc tiếp xúc càng nhỏ tính ưa nước càng mạnh. Hiện nay có rất ít
vật liệu có góc tiếp xúc của nước nhỏ hơn 100, trừ các vật có bản chất hút nước
hay các bề mặt đã được hoạt hóa. Tuy nhiên thời gian sống của các vật liệu này
rất ngắn hơn nữa góc tiếp xúc nhỏ cũng không duy trì được lâu. Màng mỏng
với sự có mặt của chất xúc tác quang TiO2 có tính chất siêu ưa nước rất thú vị.

Đầu tiên, góc tiếp xúc của nước trên bề mặt TiO2 khoảng vài chục độ, khi được
chiếu sáng trong vùng tử ngoại góc tiếp xúc giảm dần dần và cuối cùng đạt giá
trị 00. Sau đó, khi ngừng chiếu sáng góc tiếp xúc cũng chỉ tăng lên một vài độ
trong nhiều giờ mà không cần phải chiếu sáng. Nếu muốn giảm góc tiếp xúc,
chúng ta chỉ phải làm một thao tác đơn giản là chiếu tia tử ngoại lên bề mặt
mẫu. Tính siêu ưa nước của TiO2 là một trong những ứng dụng thực tế dễ thấy
nhất.
Sau đây chúng ta có thể giải thích một cách đơn giản cơ chế chuyển từ kỵ
nước sang siêu ưa nước của bề mặt vật liệu khi có mặt TiO2.
Bước 1: Như chúng ta đã biết TiO2 để trong môi trường bình thường rất
dễ hấp thu hóa học nhóm OH (hydroxyl) có trong hơi nước, tuy nhiên các nhóm
hydroxyl này không ổn định. Do đó chúng sẽ hút bám các phân tử kỵ nước tồn
tại sẵn trên bề mặt vật liệu để chuyển sang trạng thái bền hơn (Hình 1.8).

MỞ22ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 23 of 27.

Trang: 11

Hình 1.8: Bề mặt kỵ nước của TiO2.

Bước 2: Khi được chiếu sáng, chất xúc tác quang TiO2 sẽ phân hủy các
phân tử hữu cơ kỵ nước tạo thành CO2, H2O hay các axit hữu cơ làm cho các
nhóm ‟OH lộ ra trên bề mặt (Hình 1.9).

Hình 1.9: Sự phân huỷ các chất hữu cơ làm lộ nhóm –OH.

Bước 3: Các nhóm OH lộ ra hấp phụ vật lý, liên kết với các phân tử nước
(Hình1.10).

Hình 1.10: Quá trình hấp phụ vật lý các phân tử nước.

Bước 4: Nước bị hấp phụ vật lý sẽ đi vào trong cấu trúc bằng cách khuếch tán
qua bề mặt vật liệu và được ổn định hóa (Hình 1.11).

MỞ23ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 24 of 27.

Trang: 12

Hình 1.11: Nước khuếch tán vào trên bề mặt vật liệu.

Tính chất khử độc và làm sạch nước của TiO2 cũng được ứng dụng trong
nuôi trồng thủy sản: Nước thải sau mỗi chu kỳ nuôi sẽ chứa nhiều độc tố gây
hại và cũng là nguồn gây bệnh. Nên sau mỗi chu kỳ nuôi trồng chúng ta cần phải
thay nguồn nước. Sử dụng TiO2 làm tác nhân khử loại độc tố trước khi thải
nguồn nước này ra môi trường là một điều hết sức cần thiết để bảo vệ môi
trường sinh thái. Điều này sẽ làm hạn chế một cách tối đa nguồn gốc gây dịch
bệnh. Sử dụng công nghệ khử độc tố dựa trên tính chất quang xúc tác của TiO2
hứa hẹn những thành công trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản ở nước ta, một
lĩnh vực mà nước ta có nhiều ưu thế. Tính chất này của TiO2 còn được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực khác như khử độc tố chứa trong khí thải công nghiệp,

nguồn nước thải công nghiệp.
Bên cạnh đó chúng ta có thể phủ một lớp TiO2 lên mái nhà, chỉ cần một
lớp nước rất mỏng trên bề mặt, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời lớp nước
sẽ bốc hơi. Trong quá trình bốc hơi nước đã lấy đi một lượng nhiệt tương đối
lớn, theo tính toán thì lượng nhiệt lấy đi có thể lên đến 8oC  10oC đây là quá
trình làm lạnh không cần nguồn. Chính vì thế đây là một lĩnh vực hứa hẹn
những ứng dụng cực kỳ độc đáo, hấp dẫn của TiO2 đối với cuộc sống của con
người.
Một số ứng dụng cụ thể tính chất quang xúc tác của TiO2 trong một số lĩnh
vực liên quan đến môi trường như :
 Phân huỷ chất thải hữu cơ rắn của các khu công nghiệp, bệnh viện.
 Phủ một lớp TiO2 lên mặt đường thì dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời
các chất độc hữu cơ trong không khí và bám dính trên đường sẽ bị phân hủy
đến sản phẩm cuối cùng góp phần làm sạch đường, chống ô nhiễm môi trường.
 Khi được phủ một lớp vật liệu TiO2, vật dụng sẽ có khả năng tự tẩy rửa
không cần đến hóa chất và tác động cơ học. Chẳng hạn, tường trong nhà của
MỞ24ĐẦU
Footer Page
of 27.


Header Page 25 of 27.

Trang: 13

chúng ta khi được phủ lớp vật liệu TiO2 thì nó có khả năng chống thấm nước,
chống mốc. Điều này sẽ mang lại lợi ích kinh tế rất lớn .
 TiO2 được sử dụng trong các thiết bị kiểm tra độ ô nhiễm của nguồn
nước. Thông qua thiết bị đo nồng độ khí CO2 thoát ra từ mẫu đo. Chúng ta có
thể xác định đươc độ ô nhiễm của nguồn nước.

 Dựa trên tính chất tự tẩy rửa và phân tách nước nên TiO2 được ứng dụng
vào việc chế tạo các loại kính không mờ khi đi trời mưa phục vụ cho nghành
giao thông vận tải và trang trí nội thất.
Đại cƣơng về gốm sứ.
Qui trình công nghệ sản xuất gốm sứ thường trải qua 3 giai đoạn cơ bản
sau: (1) chuẩn bị nguyên liệu, phối liệu; (2) Tạo hình; (3) Gia công nhiệt sản
phẩm [4].
Nguyên liệu, phối liệu.
Nguyên liệu đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong công nghệ ceramic.
Ngoài ra, thành phần khoáng, thành phần hoá của nguyên liệu, kích thước hạt và
trạng thái hoạt hoá bề mặt là những yếu tố quan trọng khác tác động tới quá
trình công nghệ và tính chất sản phẩm. Để đạt được hạt có kích thước hạt
nhỏ, mịn phương pháp chủ yếu được sử dụng là nghiền. Nghiền được tiến hành
theo nhiều giai đoạn: nghiền thô, nghiền nhỏ và nghiền mịn. Thông thường,
trong qui trình sản xuất gốm sứ máy nghiền kiêm luôn chức năng trộn đều phối
liệu.
Sau khi đã có phối liệu, trước khi tạo hình người ta phải tiến hành một
bước nữa là làm đồng nhất khối chất dẻo. Phối liệu được luyện, hút chân không
hoặc đem ủ làm cho chúng trở nên đồng nhất về thành phần, độ ẩm và ứng suất
cơ học.
Tạo hình.
Bước tạo hình nhằm tạo ra các sản phẩm có hình dạng và tính chất cần
thiết. Có 3 phương pháp tạo hình gốm sứ:
 Tạo hình bằng phương pháp đổ rót.
 Tạo hình dẻo.
 Tạo hình bằng phương pháp ép.

MỞ25ĐẦU
Footer Page
of 27.