Nghiên cứu chế tạo và khảo sát màng mỏng ôxit nhôm (Al2O3) bằng phương pháp quang phổ

MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU . 1 PHẦN I: TỔNG QUAN . 7 1. CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU Al2O3 . .7 1.1. Khái quát về ôxit nhôm (Al2O3) . .7 1.2. Tính đa hình của ôxit nhôm . .7 1.3. Các pha của Al2O3 . 8 1.4. Màng mỏng Al2O3 . .15 1.5. Các hoạt động IR và Raman của Al2O3 . .16 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO MÀNG MỎNG . .21 2.1. Phương pháp ngưng tụ từ dung dịch . 21 2.2. Phương pháp phún xạ magnetron . .22 2.3. Phương pháp điện hóa . 25 2.4. Một số tính chất màng mỏng đã được ứng dụng . .27 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRONG VẬT LÝ . 30 3.1. Tổng quan . .30 3.2. Cơ sở của mô phỏng . .30 3.3. Hệ thống - mô hình - giải pháp . 31 3.4. Ưu khuyết điểm của phương pháp mô phỏng . .33 3.5. Một số phương pháp mô phỏng . 34 3.6. Các kỹ thuật mô phỏng . .35 3.7. Một số mô hình mô phỏng trong vật lý màng mỏng . 35 3.8. Kết luận . 42 PHẦN II: THỰC NGHIỆM . 43 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHÚN XẠ MAGNETRON − MÔ PHỎNG PHỔ UVVIS VÀ TẠO MẪU MÀNG Al2O3 . .43 4.1. Mô phỏng phún xạ . 43 4.2. Một số thông tin ban đầu chuẩn bị cho mô phỏng . 44 4.3. Thực hiện mô phỏng phún xạ . 49 4.4. Mô phỏng phổ UVVIS . 61 4.5. Tạo mẫu màng, đo phổ và xử lý phổ đo . .72 5. CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT MÀNG MỎNG Al2O3 THỰC HIỆN BẰNG PHÚN XẠ RF . 75 5.1. Tạo màng mỏng Al2O3 bằng phún xạ RF . 75 ii 5.2. Khảo sát sự chuyển pha . .81 5.3. Kết luận chương 5 . .101 6. CHƯƠNG 6: KHẢO SÁT MÀNG MỎNG Al2O3 THỰC HIỆN BẰNG SOL- GEL . .103 6.1. Tạo màng bằng SOL-GEL . .103 6.2. Khảo sát màng bằng quang phổ . 105 6.3. Màng Al2O3 Sol gel trên đế thạch anh . .119 6.4. Kết luận chương 6 . .122 7. CHƯƠNG 7 : KHẢO SÁT MÀNG MỎNG Al2O3 THỰC HIỆN BẰNG ĐIỆN HÓA . .125 7.1. Tạo màng bằng điện hóa . 125 7.2. Khảo sát màng điện hóa bằng phổ hồng ngoại . 127 7.3. Khảo sát màng điện hóa bằng phổ XRD . .129 7.4. Ứng dụng . .130 7.5. Kết luận chương 7 . .133 PHẦN III: KẾT LUẬN . .135 1. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU . .135 2. CÁC GIÁ TRỊ KHOA HỌC . 137 3. CÁC GIÁ TRỊ THỰC TIỄN . 138 4. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU . .139 TÀI LIỆU THAM KHẢO . .141 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ . .147 PHỤ LỤC 1: BẢNG PHỔ XRD THAM KHẢO . .148 PHỤ LỤC 2: CÁC BẢNG PHỔ IR VÀ RAMAN . .155 PHỤ LỤC 3: CÁC BẢNG WYCKOFF . .160 PHỤ LỤC 4: CÁC PHẦN MỀM (Đính kèm đĩa CD) . .164 Hình 1. Giao diện phần mềm . .164 Hình 1. Giao diện phần mềm . .166 Hình 2. Kết quả mô phỏng hiển thị trực quan . .166 Hình 1. Giao diện phần mềm . .167 PHẦN MỞ ĐẦU Màng mỏng đồng thời vừa là ngành công nghệ rất cũ, từ trước công nguyên, lại vừa rất mới mẽ như đang hiện diện ngày nay. Màng mỏng là lớp vật liệu rắn có độ dày cỡ từ nm đến cỡ μm phủ lên một tấm đế cứng bằng thủy tinh, kim loại, gốm sứ, polyme, với chiều dày giới hạn khi mà các hiệu ứng vật lý và tính chất của nó thể hiện không giống như trong vật liệu khối. Do đó, với sự giảm lớn về lượng đến như vậy, các tính chất riêng biệt bắt đầu xuất hiện như một sự thay đổi về chất, nhất là ở thang kích cỡ nano. Nhìn chung, chiều dày của màng mỏng được đề cập trong các công nghệ vật liệu và linh kiện điện tử, quang điện tử, nằm trong khoảng 10 ÷1000nm. Ngày nay, công nghệ chế tạo màng mỏng là vô cùng đa dạng và phong phú, bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp. Hiện nay, màng mỏng được áp dụng nhiều trong các ngành kỹ thuật cao nhờ vào các tính chất đặc biệt chỉ có ở vật liệu màng với kích thước mỏng, tiêu biểu như màng điện môi, màng bán phản quang, màng chống phản xạ, màng lọc hồng ngoại, lọc tử ngoại, Đa số các ứng dụng màng ở thang kích thước micro, tuy nhiên, trong hai thập niên gần đây bùng nổ các nghiên cứu và khai thác vật liệu nói chung và màng mỏng nói riêng có cấu tạo ở thang kích thước nano, đang hứa hẹn nhiều tiềm năng. Hợp chất Al2O3 được nghiên cứu nhiều vào các thập niên 50 − 60 và ít được quan tâm trong thời gian tiếp theo. Gần đây, kể từ năm 2000, hợp chất này bắt đầu được quan tâm nhiều và số lượng nghiên cứu ở phạm vi nano tăng cao, nhất là từ năm 2005. Xem các công bố về Al2O3, đa số các bài báo đều nghiên cứu Al2O3 điều chế ở dạng khối rắn hoặc dạng hạt nano, rất ít công bố thông tin về dạng màng mỏng. Màng Al2O3 được sử dụng rộng rãi để làm lớp cách điện và lớp phủ bảo vệ do điện trở rất cao, cứng và trơ hóa học. Các pha đã biết của ôxit nhôm gồm pha bền α−Al2O3 và các pha trung gian (γ, δ, η, θ, β). Trong đó pha α được ứng dụng và được biết đến nhiều nhất. Pha γ được dùng là chất xúc tác trong hóa học và chuyển hóa hydrocarbon trong công nghệ hóa dầu. 2 Sau một thời gian rất dài gần như bị quên lãng mà đa số các nghiên cứu tập trung vào điều chế nhôm kim loại từ quặng bô xít, trong thời gian gần đây, hợp chất này mới được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu trở lại. Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước đối với loại vật liệu này tương đối hạn chế và thường tập trung vào dạng rắn ở mức độ hạt micro và nano mà ít quan tâm đến dạng chuyển tiếp là dạng màng mỏng. Chúng ta có thể kể đến một số công bố trong và ngoài nước gần đây về Al2O3 trong phần trình bày tiếp theo sau đây. Nhóm tác giả M. Sridharan và các cộng sự (2007) [44] đã thực hiện phún xạ DC có sự hỗ trợ của các xung tần số cao ở áp suất p<10−5Pa dùng bia nhôm kim loại với khoảng cách phún xạ 100mm lên đế Si 001có gia nhiệt từ 200 - 700oC. Tốc độ tạo màng rất thấp, màng thu được có bề dày cỡ 1μm sau thời gian phún xạ 4 giờ. Kết quả cho thấy ở nhiệt độ đế là 2000C, công suất 100W, thu được màng vô định hình có cỡ hạt khoảng 5nm và công suất 150W thì bắt đầu xuất hiện pha γ, còn ở 300 − 7000C, pha γ hình thành ngày càng rõ rệt với cỡ hạt cũng khoảng 5nm. Nhóm tác giả Zhong−Xi Sun và các đồng sự (2008) [63] đã tổng hợp ôxit nhôm dạng hạt xốp bằng phương pháp nhiệt phân dung dịch NH3·H2O và AlCl3·6H2O qua các nhiệt độ 550, 800, 1100 và 1300oC trong 4 giờ. Sử dụng phổ XRD và phổ IR để khảo sát, nhóm đã công bố vật liệu đạt được pha vô định hình ở 550 oC, pha γ ở 800 oC, pha α + θ ở 1100 oC và pha α hoàn toàn ở 1300oC. Đồng thời, nhóm này cũng công bố độ xốp của hạt giảm theo nhiệt độ nung, đường kính lỗ xốp từ 13.77 nm ở 550 oC giảm đến cỡ 1.86 nm ở 1300oC và bề mặt tác dụng cũng giảm mạnh từ 337.3 m2.g−1 ở 550 oC xuống còn 8.63 m2.g−1 ở 1300oC. Nhóm tác giả Vorrada Loryuenyong (2009) [59] điều chế ôxit nhôm bằng phương pháp oxit hóa nhôm trong không khí ở nhiệt độ 1300 − 1500 oC. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng nhôm còn lại phụ thuộc vào hỗn hợp Al - Al2O3 và nhiệt độ thiêu kết. Nhóm tác giả A. Aryasomayajula và các cộng sự (2007) [22] thực hiện tạo màng Al2O3 bằng phún xạ magnetron đảo cực từ bia nhôm kim loại lên đế thép không rỉ và Crôm oxit ở 3500C và được phân cực ở −35V trong môi trường 0.5% oxigen. 3 Kết quả cho thấy ở công suất phún xạ 4−5kW cấu tạo màng có dạng hỗn hợp của 2 pha γ và α, trong khi ở công suất phún xạ 6kW, màng có pha α hoàn toàn. Ở cả 3 công suất thực nghiệm nói trên, tốc độ tạo màng gần như xấp xỉ nhau cỡ 300nm/giờ. Nhóm tác giả L. Marcinauskas và P. Valatkevičius (2010) [40] công bố thu được các lớp phủ ôxit nhôm bằng phương pháp phun hạt nano Al2O3 vào miền dương cực của bó plasma ở áp suất khí quyển. Kết quả cho thấy công suất plasma càng cao, màng thu được càng ít gồ ghề. Màng vừa tạo được chứa các thành phần γ−Al2O3 và α−Al2O3 trong khi các hạt nano được dùng gồm các pha δ−Al2O3 và γ−Al2O3. Hàm lượng γ−Al2O3 tăng theo công suất plasma. Các nghiên cứu của nhóm đã chứng tỏ rằng: (i) Các lớp phủ oxit bằng phương pháp phun nhiệt từ bột có cấu trúc nano có thể đạt được tính chống ăn mòn cao hơn, cứng hơn và độ xốp thấp hơn so với dùng bột thông thường bằng cùng phương pháp. (ii) Các đặc tính của các lớp lắng đọng phụ thuộc vào nhiều tham số của tiến trình. (iii) Nhiệt độ nóng chảy của các hạt phụ thuộc mạnh vào vị trí mà bột nano được phun vào. Về tình hình nghiên cứu trong nước, gần đây, một số tác giả đã công bố các nghiên cứu về đối tượng này, nhưng cũng như trên thế giới các nghiên cứu về màng mỏng Al2O3 rất ít ỏi. Nhóm tác giả Nguyễn Hoàng Hưng, Võ Văn Hoàng (2006) [8] đã mô phỏng sự thay đổi cấu trúc khi nung Al2O3 vô định hình, đã tiến hành khảo sát sự chuyển pha cấu trúc dưới ảnh hưởng của quá trình nung trong Al2O3 vô định hình bằng phương pháp động lực học phân tử. Mô hình Al2O3 vô định hình được dựng trong khối lập phương với điều kiện biên tuần hoàn chứa 3000 hạt có các cạnh tương ứng với khối lượng riêng thực tế. Thế năng tương tác giữa các hạt trong mô hình là thế năng tương tác cặp Born−Mayer. Cấu trúc của mô hình phù hợp tốt với thực nghiệm của Lamparter. Nhóm đã mô phỏng quá trình nung mô hình, đã nén đến mật độ 5,00g/cm3 tại nhiệt độ 0K và đã tiến hành khảo sát sự chuyển pha cấu trúc từ vô định hình sang vô định hình trong Al2O3 với nhiệt độ tăng dần theo thời gian từ nhiệt độ ban đầu. Nhiệt độ của hệ thay đổi theo biểu thức T(t) = T0 + γt, trong đó γ là tốc độ nâng nhiệt. Cấu trúc của hệ được khảo sát qua việc phân tích hàm phân bố xuyên tâm, phân bố số 4 phối trí và phân bố góc liên kết giữa các hạt. Kết quả nhận được cho thấy có sự chuyển pha ngược từ cấu trúc lục giác (có sáu nguyên tử O bao quanh nguyên tử Al) sang cấu trúc tứ diện (Al được bao xung quanh bởi bốn nguyên tử O) trong mô hình Al2O3 vô định hình. Kết quả tính toán sự phụ thuộc của mật độ, enthalpy và phân tích cấu trúc theo nhiệt độ cho thấy nhiệt độ chuyển pha giữa hai dạng cấu trúc này của hệ Al2O3vào khoảng 1200K. Nhóm tác giả Trần Hớn Quốc, Nguyễn Hữu Khánh Hưng (2008) [19], điều chế sản phẩm Al2O3 bằng cách phân hủy Al(OH)3 ở 5000C trong môi trường hơi nước. Các mẫu Al(OH)3 được điều chế bằng phương pháp kết tủa từ dung dịch Al2(SO4)3 0,5 M với các tác nhân baze có cường độ khác nhau (NaOH, NH3, Na2CO3). Quá trình kết tủa Al(OH)3 được tiến hành trong môi trường đệm có pH = 8 tại các nhiệt 40, 60 và 800C. Các mẫu sản phẩm Al2O3 thu được có độ phân tán cao, cấu trúc tinh thể bất ổn định (gần như vô định hình). Tuy nhiên, diện tích bề mặt riêng của các mẫu Al2O3 khá lớn, có giá trị từ 67,69 m2/g đến 147,31 m2/g, trong đó mẫu thu được từ quá trình điều chế bằng tác chất Na2CO3 cho diện tích bề mặt lớn nhất. Kết quả nghiên cứu cho thấy, bằng phương pháp kết tủa, ta có thể thu được sản phẩm Al2O3 có diện tích bề mặt riêng lớn, gần như vô định hình, thích hợp sử dụng làm chất xúc tác hay chất mang xúc tác. Các tác giả Dư Thị Xuân Thảo, Phạm Xuân Núi và Nguyễn Mạnh Hùng (2009) [20] đã công bố về các kết quả nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu Al2O3:Eu3+ dạng bột được chế tạo bằng phương pháp sol−gel. Kết quả cho thấy, vật liệu có cấu trúc tinh thể dạng γ−Al2O3 hình thành khi được nung qua nhiệt độ 9000C. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu vào cỡ 346 m2.g−1. Kích thước hạt tinh thể được đánh giá ở trong khoảng 5−7 nm. Đặc trưng phát quang của ion Eu3+ trong vùng huỳnh quang trông thấy đã được phân tích và đánh giá với nồng độ pha tạp tốt nhất là 4,5 % mol và nhiệt độ xử lý 950 0C. Các tác giả Tạ Văn Khoa và Nguyễn Khải Hoàn, (2009) [9], nghiên cứu vật liệu gốm Al2O3 siêu mịn (~100 nm) đã công bố ảnh hưởng của hàm lượng chất phụ gia nano CaO, MgO, SiO2 lên vi cấu trúc và tính chất cơ của vật liệu dạng khối. Tỷ phần 5 hỗn hợp phụ gia nano được nghiên cứu thay đổi từ 0 đến 3% khối lượng. Nhiệt độ thiêu kết thay đổi từ 1400 đến 1650oC. Kết quả thu được vật liệu gốm có độ bền uốn tối ưu bằng 315 MPa và độ cứng HV10 bằng 15,4 GPa khi hàm lượng chất phụ gia là 2% và nhiệt độ thiêu kết là 1550 oC. Tác giả Phan Văn Tường (2007) [21], đề cập đến việc tạo màng bằng phương pháp điện hoá, có thể cho phép phủ một màng mỏng oxit kim loại lên bề mặt kim loại như Al, Ta, Nb, Ti và Zn. Đây là phương pháp thông dụng để bảo vệ kim loại, nhuộm màu cho kim loại. Ví dụ phủ một lớp Al2O3 lên vật liệu bằng nhôm theo phương pháp điện hoá gọi là “anôt hoá nhôm”. Màng Al2O3 tạo ra đặc sít gắn chặt vào nền nhôm kim loại và không thay đổi trong suốt quá trình anod hoá. Tiếp đó trên nền lớp oxit nhôm có cấu tạo gồm vô số những cột rỗng dạng tổ ong với độ dày từ 1 → 500 μm. Lớp oxit nhôm có độ rỗng này không bền nên sau khi anod hoá xong phải qua giai đoạn xử lý bề mặt tiếp theo như: bịt lỗ, thụ động, nhuộm màu, sơn. Trong đó phương pháp nhuộm màu điện hoá được phát triển mạnh nhất. Nguyên tắc của phương pháp nhuộm màu điện hoá màng oxit nhôm anôt hoá là sử dụng dòng điện xoay chiều để khử các cation kim loại chuyển tiếp như Co2+, Ni2+, Cu2+, Sn2+, Ag+, Cr3+ . tạo thành kết tủa bịt các lỗ xốp lại. Như vậy, tác giả chỉ ứng dụng phương pháp tạo màng này cho mục tiêu tạo độ bền và nhuộm màu mà chưa đề cập đến một lợi điểm quan trọng của màng nhôm điện hóa, đó là sự hình thành nên các giếng xốp nano vốn có nhiều tiềm năng ứng dụng trong tương lai. Tóm lại, qua một số xem xét về các thông tin được công bố gần đây có liên quan đến vật liệu Al2O3, chúng tôi có thể thấy đây là một vật liệu hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng và dạng màng của vật liệu này còn chưa được nghiên cứu chi tiết. Chính vì thế, đề tài được chúng tôi chọn cho luận án này là Nghiên cứu chế tạo và khảo sát màng mỏng ôxit nhôm (Al2O3) bằng phương pháp quang phổ Theo đó, nội dung đề tài nhằm hướng đến việc hoàn thành các nhiệm vụ cụ thể bao gồm: 1. Mô phỏng quá trình phún xạ để hỗ trợ cho việc phún xạ màng Al2O3. 6 2. Mô phỏng ảnh phổ tử ngoại khả kiến để xác định các tham số quang theo phương pháp Swanepoel nhằm đối chứng với phương pháp tính và phương pháp đo tiếp xúc trên máy Dektak. 3. Tạo màng mỏng Al2O3 trên đế thủy tinh, Si và thạch anh bằng các phương pháp phún xạ magnetron RF và sol gel. 4. Tạo màng mỏng Al2O3 với các giếng xốp nano trên đế nhôm kim loại bằng phương pháp điện hóa và ứng dụng. 5. Thực hiện nghiên cứu các màng đã tạo ra được bằng các phương pháp quang phổ hồng ngoại, quang phổ nhiễu xạ tia X, quang phổ Raman và quang phổ tử ngoại khả kiến. 6. Ghi nhận quá trình chuyển pha của các màng Al2O3 tạo ra từ các phương pháp đã nêu, qua đó, tổng kết hai qui trình chuyển pha của vật liệu này ở dạng màng trên đế Si 111 bổ sung thêm vào các qui trình chuyển pha của vật liệu ôxit nhôm dạng rắn đã được một số tác giả công bố.

pdf175 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 22/08/2013 | Lượt xem: 3408 | Lượt tải: 11download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu chế tạo và khảo sát màng mỏng ôxit nhôm (Al2O3) bằng phương pháp quang phổ, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
t các phân tử nước và làm gia tăng hằng số điện mơi của lớp cách điện Al2O3. 131 Hình 7.10 Cảm biến độ ẩm do nhĩm chế tạo từ màng điện hĩa. Sự biến thiên của điện dung theo độ ẩm 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 30 40 50 60 70 80 90 Độ ẩm (%) Đ iệ n du ng (n F) Sự phụ thuộc điện dung vào độ ẩm và nhiệt độ 100 120 140 160 180 200 220 55 60 65 70 75 80 85 90 Độ ẩm (%) Đ iệ n du ng (n F) Hình 7.11 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của điện dung của cảm biến theo độ ẩm mơi trường ở nhiệt độ 27.50C, áp suất 1atm.. Giá trị điện dung vào cỡ 60 – 150 nF ± 0.1nF [25] Hình 7.12 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của điện dung của cảm biến theo nhiệt độ. nâu: 27.50C; đỏ: 310C; xanh dương: 330C, áp suất 1atm. Hình 7.13 Kết nối cảm biến với máy đo điện dung Wellink Model HL – 1230 để ứng dụng cảm biến một cách trực tiếp. Ở nhiệt độ 310C, số đo điện dung cho thấy độ ẩm cỡ 51.5 % Từ quan hệ được biểu diễn trong hình 7.11, ta thấy điện dung cĩ giá trị khá lớn và biến thiên trong một dãy rộng đến 400%, điều này cho thấy cảm biến cĩ thể được sử dụng trực tiếp bằng cách nối cảm biến với một máy đo điện dung (hình 7.13) hiện rất phổ biến với giá thành rất thấp. Cảm biến Lớp nhơm kim loại Lớp nhơm oxide Lớp đồng để nối điện cực Điện cực 132 Bảng 7.2 Bảng tra độ ẩm theo điện dung Áp suất p0 = 1 atm; nhiệt độ t0 = 31 0C Độ ẩm % 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Điện dung nF ± 0.1nF 128.2 130.5 133.5 134.9 137.6 139.0 140.0 141.5 142.7 143.5 145.2 Kết quả đọc được sẽ được đối chiếu với các bảng tra dữ liệu được lập sẵn, thí dụ như trong bảng 7.2.Tuy nhiên cách sử dụng này địi hỏi người sử dụng phải cĩ chuyên mơn kỹ thuật, kém thân thiện với người dùng bình thường. Hình 7.14 Sơ đồ kết nối cảm biến với vi mạch LM555. Một phương thức ứng dụng khác là chuyển đổi độ ẩm – tần số hoặc chuyển đổi độ ẩm – điều chế độ rộng xung Để cĩ thể sử dụng cảm biến trên tạo ra giá trị đo thơng thường, cần phẩi chuyển đổi thơng tin ẩm độ thành dạng trung gian là tần số hoặc độ rộng xung. Việc này thực hiện dễ dàng bằng chỉ một vi mạch đơn giản như hình 7.14. Hình 7.14 là sơ đồ để thực hiện chuyển đổi độ ẩm – tần số và độ ẩm – điều chế độ rộng xung. Trong đĩ f là tần số dao động, t1,t2 tương ứng là độ rộng xung ứng với kỳ dẫn và ngưng dẫn của tín hiệu xoay chiều ngõ ra Từ cơng thức 7.5, ta thấy tần số (và do đĩ cả chu kỳ) dao động chỉ phụ thuộc vào điện dung và do đĩ phản ánh thơng tin độ ẩm cần đo. Các cơng thức 7.6 cho thấy độ rộng xung bị điều chế tỉ lệ với điện dung của cảm biến nên cũng phản ánh được thơng tin độ ẩm. Cĩ hai hướng khai thác tín hiệu đầu ra của bộ chuyển đổi: – Kết nối với máy tính và một phần mềm đơn giản nhằm chuyển đối thơng tin thành giá trị phần trăm (%) thơng thường và thực hiện các xử lý mềm dẽo khác theo thơng tin thu được bằng phần mềm, cách này cho độ chính xác cao rất phù hợp với ) 2( 693.0 1 21 CxRxRx f += (7.5) C x R x 693.0 C x )R(R x 693.0 22 211 = += tofftime tontime (7.6) 133 các hệ đo phịng thí nghiệm. Tuy nhiên đối với các thiết bị sản xuất hoặc các hệ đo mơi trường, cách này hơi bất tiện do rườm rà. – Kết nối với một hệ vi điều khiển (microcontroler) để chuyển đổi thơng tin thành giá trị phần trăm (%) thơng thường và thực hiện các xử lý cứng theo chương trình đã lập trong đĩ. Cách này cĩ ưu điểm là hệ vi điều khiển được lắp chung với thiết bị kỹ thuật đang sử dụng cảm biển ẩm hoặc các hệ đo mơi trường làm việc trong thời gian dài và chịu đựng thời tiết thay đổi. Mặt khác, từ cơng bố của nhĩm Chris Redden và các cộng sự (2008) đã thực hiện lắng đọng nanowire của các hợp chất Bi2Fe4O9, LaCoO3, GaN và các đơn chất Ag, Au, Si nhờ vào các giếng xốp nanowell trên bề mặt màng điện hĩa Al2O3, nhĩm chúng tơi cũng đã nhắm đến ứng dụng màng Al2O3 điện hĩa để tạo ra các khuơn mẫu sẵn sàng cho việc chế tạo các vật liệu nano khác, chủ động được một phần về cơng nghệ trong các nghiên cứu tương lai. 7.5. Kết luận chương 7 Màng điện hĩa đã được thực hiện thành cơng với các yếu tố được cải tiến là khơng dùng điện cực platine và chỉ cần điện hĩa một bước là đã cĩ thể đưa vào ứng dụng. Màng sau khi nhiệt phân ở 5000C được khảo sát bằng phổ XRD và IR. Kết quả cho thấy màng gồm các pha vơ định hình, γ và θ. Về kết quả này chúng tơi nhận thấy cĩ một số khác biệt so với cơng bố của nhĩm tác giả M.E. Mata-Zamora và J.M. Saniger (2005) [43]. Nhĩm đã thực hiện màng điện hĩa với điện cực bằng platine trên đế nhơm kim loại và thủy tinh đã cơng bố các pha qua xử lý ủ nhiệt trên bảng 7.3 và hình 7.15. Hình 7.15 Phổ XRD của màng điện hĩa [43] 134 Bảng 7.3 Các pha ủ nhiệt của màng điện hĩa [43] Ơxit nhơm điện hĩa Nhiệt độ chuyển pha Cấu trúc Sulfuric 8500C 11500C 13000C Vơ định hình γ - Al2O3 α - Al2O3 Oxalic 8000C 11000C 14000C Vơ định hình δ - Al2O3 α - Al2O3 Phosphoric 7000C 9200C 11500C 14500C Vơ định hình γ + δ - Al2O3 δ + θ - Al2O3 α - Al2O3, AlPO4 Theo kết quả trên, các pha vơ định hình, γ và θ của màng trong nghiên cứu của đề tài này đạt được ở nhiệt độ 5000C thấp hơn của nhĩm tác giả trên. Khảo sát ảnh AFM cho thấy màng cĩ các giếng xốp cỡ nano met hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng. Về ứng dụng, nhĩm chúng tơi đã thành cơng trong việc chế tạo thành cơng cảm biến ẩm độ dựa vào các giếng xốp nano trên màng, đã thiết lập thành cơng một hệ đo ẩm và đề xuất một số triển khai hệ đo khác. ____________________ 135 PHẦN III: KẾT LUẬN 1. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Việc nghiên cứu các tính chất của màng vơ định hình và quá trình chuyển pha đã được thực hiện hồn thành bằng các phương pháp quang phổ. Trong đĩ, phổ XRD và IR được sử dụng triệt để cho thấy rất hiệu quả. Phổ Raman do khơng thích hợp lắm với loại màng và loại đế, cho ít thơng tin nên chỉ được sử dụng cĩ mức độ để tham khảo. Phổ UVVis được sử dụng để tính độ dày và các tham số quang của màng. Việc sử dụng kết hợp các phương pháp quang phổ để khảo sát và so sánh một số đặc trưng và quá trình chuyển pha của màng Al2O3 thực hiện bằng phún xạ rf, sol−gel và điện hĩa cho thấy rất hiệu quả. Kết quả so sánh cho thấy các phương pháp cĩ một số điểm tương đồng và dị biệt. Nhờ đĩ cĩ thể chọn lựa phương pháp và vật liệu tùy theo yêu cầu sử dụng của màng. Trong các trường hợp thơng thường, phương pháp sol−gel tỏ ra hấp dẫn hơn nhờ giá thành rẻ hơn phương pháp phún xạ rất nhiều và chuyển pha sang pha α triệt để hơn. Qua khảo sát và so sánh ta cĩ thể rút ra một số nét chính được trình bày trong bảng 8.1. Bảng 8.1 So sánh chung màng phún xạ và màng solgel Màng Al2O3 phún xạ RF Màng Al2O3 sol−gel Chiết suất ở 550 nm: n ≈ 1.67 Độ truyền qua cỡ 93%. Bề mặt màng tương đối đồng đều. Màng trên đế thủy tinh cĩ pha vơ định hình. Màng trên đế Si cĩ pha vơ định hình, γ và θ. Trong quá trình chuyển pha, các pha bắt đầu biến đổi rõ rệt ở 800 – 900 0C. Ở 12000C chuyển hĩa gần như hồn tồn sang pha α mặt mạng ưu thế là 012. Cịn lại một ít pha γ, θ và rất ít pha η. Giá thành mẫu khá cao. Chiết suất ở 550 nm: n ≈ 1.7 Độ truyền qua cỡ 91%. Bề mặt màng kém đồng đều hơn. Màng trên đế thủy tinh cĩ pha vơ định hình. Màng trên đế Si cĩ pha vơ định hình γ, η và δ. Trong quá trình chuyển pha, các pha bắt đầu biến đổi rõ rệt ở 700 – 8000C. Ở 12000C chuyển hĩa gần như hồn tồn sang pha α mặt mạng ưu thế là 300. Cịn lại rất ít pha θ. Giá thành mẫu thấp hơn nhiều. 136 Song song đĩ, màng cũng được thực hiện bằng phương pháp điện hĩa trên đế nhơm kim loại và đế thủy tinh. Màng cĩ cấu trúc vơ định hình với các lỗ xốp cỡ nano met hứa hẹn rất nhiều ứng dụng và giá thành rất thấp cĩ thể thực hiện đại trà. Ở đây, khác với các cơng trình tương tự đã cơng bố, chúng tơi thực hiện cải tiến chỉ thực hiện điện hĩa một bước và khơng sử dụng điện cực platine như các tác giả khác. Điều này là giảm giá thành và giảm độ phức tạp của cơng nghệ. Ứng dụng màng điện hĩa oxit nhơm xốp cĩ kích cỡ nano trên đế nhơm nhĩm chúng tơi ứng dụng để chế tạo thành cảm biến ẩm và một vài mẫu máy đo ẩm được đề xuất. Như vậy, song song với các qui trình chuyển pha của vật liệu ơxit nhơm dạng rắn đã được một số tác giả cơng bố, chúng ta cũng ghi nhận được hai qui trình chuyển pha đối với dạng màng cĩ thể tổng kết theo sơ đồ sau: Bảng 8.2 Sơ đồ chuyển pha màng ơxit nhơm Nhiệt độ ủ nhiệt (0C) Màng As deposited 600 700 800 900 1000 1100 1200 Phún xạ trên Si Vơ định hình, γ, θ δ γ, θ, η, κ, α θ, δ, α κ, α κ, α, γ,η, δ δ,η,θ, γ α + một ít γ, θ + rất ít η Solgel trên Si Vơ định hình, γ, η, δ Vơ định hình, η Vơ định hình, γ, η, α γ,θ, α, γ,θ, α, γ,θ, α θ, α α + rất ít θ Cũng trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, luận án cịn đĩng gĩp thêm được 02 phần mềm: Phần mềm mơ phỏng phún xạ và Phần mềm mơ phỏng phổ UVVis. Đây là các phần mềm được viết mới trong nước. Qua khai thác, các phần mềm này đã gĩp 137 phần tối ưu hĩa quá trình phún xạ tạo màng và khắc phục được nhược điểm của phép tính giải tích số theo phương pháp Swanepoel. Các kết quả nghiên cứu của luận án này đã được cơng bố trên các tạp chí chuyên ngành cũng như được báo cáo tại các hội nghị vật lý tồn quốc ứng với các tài liệu tham khảo [11-15, 27, 28] trong luận án. 2. CÁC GIÁ TRỊ KHOA HỌC Chúng tơi cơ bản đã hồn thành mục tiêu đã đề ra với các nội dung như sau: Màng Al2O3 đã được chúng tơi chế tạo thành cơng lần đầu tiên tại phịng thí nghiệm Kỹ Thuật Cao Bộ mơn Vật Lý Ứng Dụng Khoa Vật lý trường ĐH KHTN, ĐHQG tp HCM, với các đặc trưng tương tự như ở các đơn vị nghiên cứu khác trong nước và trên thế giới. Màng được thực hiện bằng 2 phương pháp: phún xạ RF và sol gel trên đế thủy tinh, Si và thạch anh. Xây dựng được phần mềm mơ phỏng quá trình phún xạ hỗ trợ cho việc phún xạ tạo màng Al2O3 từ bia kim loại. Trong chế tạo bằng phương pháp Sol gel chúng tơi ghi nhận được mơt số yếu tố đặc thù khi sử dụng phương pháp này đối với gel Aluminum Sec–Butoxide, các yếu tố này chưa thấy các tác giả nêu lên trong các cơng bố cĩ liên quan. Cụ thể là riêng đối với loại gel này: i) Nếu dùng phương pháp dip-coating, theo thực nghiệm, cần phải nhúng phủ nhiều lần để tạo màng cĩ các độ dày khác nhau, chứ khơng thể phủ một lần. ii) Các hợp thức gel: tỉ 1.40 cho hàm lượng mầm ở pha α ban đầu cao, tỉ lệ 1:50 cho độ nhớt tốt thuận lợi để tạo màng dip-coating được đồng đều. iii) Màng ủ nhiệt đến 12000C cĩ mặt mạng 300 chiếm ưu thế và cịn ít pha trung gian. Xây dựng được phần mềm mơ phỏng phổ UVVis hỗ trợ cho vệc xác định các tham số quang của màng. Khảo sát được vai trị của hệ số tắt lên dáng điệu của đường cong phổ nhất là trong miền cận tử ngoại. Khảo sát được quá trình chuyển pha của các loại màng nĩi trên bằng các phương pháp quang phổ XRD, IR và Raman. Trong khảo sát, chúng tơi đã ghi nhận được một số đặc điểm chuyển pha riêng của mỗi loại màng tạo ra từ các phương pháp khác nhau, các điểm tương đồng và dị biệt. Chúng tơi cũng đã ghi nhận miền nhiệt độ mà sự chuyển pha xảy ra mạnh mẽ trong suốt quá trình chuyển pha. 138 Màng Al2O3 điện hĩa đã được chúng tơi chế tạo thành cơng lần đầu tiên tại phịng thí nghiệm Vật lý trường Đại Học An Giang, trên đế thủy tinh và nhơm kim loại. Khảo sát màng trong miền nhiệt độ thấp và ứng dụng. 3. CÁC GIÁ TRỊ THỰC TIỄN Với các nội dung chúng tơi đã cơ bản đã hồn thành, chúng ta cĩ thể ước lượng các giá trị thực tiễn của đề tài như sau: 3.1. Tạo được màng Al2O3 bằng 2 phương pháp: phún xạ RF và sol gel trên đế thủy tinh, Si và thạch anh. Trong đĩ, xác định được màng sol gel cĩ giá thành thấp cĩ thể ứng dụng đại trà. 3.2. Xây dựng được phần mềm mơ phỏng quá trình phún xạ ở bia, các hạt vật liệu trên đường đi đến bia và bước đầu của quá trình lắng đọng lên đế: − Gĩp phần vào việc chế tạo thành cơng màng Al2O3 bằng phương pháp phún xạ. − Phần mềm được viết cho đối tượng bia Al, nhưng cĩ thể áp dụng cho các đối tượng bia kim loại khác với một số hiệu chỉnh đơn giản về dữ liệu đầu vào và vật liệu đế, khơng thay đổi mã nguồn nên cĩ khả năng ứng dụng mở rộng. 3.3. Soạn thảo được phần mềm mơ phỏng phổ UVVis: − Được dùng để xác định các tham số quang và độ dày của các loại màng. − Đây là phần mềm đầu tiên trong nước được biên soạn cho mục đích này. Phần mềm này được sử dụng song song với phép tính Swanepoel và máy đo tiếp xúc Dektak để cĩ thể tham khảo và so sánh. − Phần mềm này cĩ tính trực quan rất tốt nên cịn được dùng để giảng dạy minh họa trong phân mơn Mơ phỏng trong vật lý và phân mơn Quang phổ. 3.4. Chế tạo thành cơng màng Al2O3 bằng phương pháp điện hĩa tại phịng thí nghiệm Vật lý trường Đại Học An Giang. − Cĩ thực hiện các cải tiến làm giảm giá thành và độ phức tạp của qui trình. − Ứng dụng màng này chế tạo thành cơng cảm biến ẩm độ và một mẫu máy đo ẩm đơn giản. Thiết kế các mẫu khác thân thiện hơn để cĩ thể đưa vào sử dụng trong đời sống và cơng nghiệp. Cho đến nay, cảm biến này vẫn phải nhập ngoại nên sản 139 phẩm này đã tạo ra được một bước chủ động về cơng nghệ trong nước tránh được sự lệ thuộc vào các hãng nước ngồi. − Marjam Karlsson và các cộng sự (2005) đã cơng bố tính chất tương hợp sinh học của màng điện hĩa Al2O3 trong việc tạo lớp phủ chống thải loại cho các vật liệu ghép xương trong y học. Điều này mở cho chúng tơi một khả năng ứng dụng cho sản phẩm vốn giá thành rất thấp của mình trong việc tạo ra các mẫu ghép xương, chỉnh hình xương,... trong y học. Tuy nhiên, do các thực nghiệm lý sinh địi hỏi một phương thức tổ chức qui mơ lớn nên chúng tơi chưa thực hiện được ý tưởng này bây giờ. − Song song đĩ, từ cơng bố của nhĩm Chris Redden và các cộng sự (2008) đã thực hiện lắng đọng nanowire của các hợp chất Bi2Fe4O9, LaCoO3, GaN và các đơn chất Ag, Au, Si nhờ vào các giếng xốp nanowell trên bề mặt màng điện hĩa Al2O3, nhĩm chúng tơi cũng đã nhắm đến ứng dụng màng Al2O3 điện hĩa để tạo ra các khuơn mẫu sẵn sàng cho việc lắng đọng các vật liệu khác, chủ động được một phần về cơng nghệ vật liệu nền cho các nghiên cứu tương lai về vật liệu nano. Điều này thì hồn tồn khả thi. 4. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU − Đối với vật liệu Al2O3 dạng màng, phương pháp sol gel tỏ ra hấp dẫn bởi giá thành thấp và qui trình thuận lợi, do đĩ, màng này cần được nghiên cứu sâu hơn để chuyển qui trình từ phịng thí nghiệm sang qui mơ cơng nghệ để cĩ thể ứng dụng được cho nhiều mục đích khai thác khác nhau. Mặt khác, do vật liệu này cịn được ứng dụng như chất xúc tác (thường là dạng rắn) nên cĩ thể tạo ra chất xúc tác dạng màng mỏng thích hợp cho các ứng dụng xúc tác trong chất lỏng vì nĩ khơng làm thay đổi lượng chất hịa tan. − Quá trình chuyển pha như đã nghiên cứu xảy ra ở nhiệt độ cao nên gây trở ngại cho việc tạo màng trên vật liệu cĩ độ bền nhiệt thấp, vì vậy, cần nghiên cứu thêm các quá trình tạo loại màng này ở nhiệt độ thấp. − Đối với màng điện hĩa, do giá thành rất thấp và cĩ nhiều ứng dụng mà đáng quan tâm hơn cả là ứng dụng tạo nền cho các lắng đọng nanowire và nanorod nên cần được nghiên cứu tiếp tục để chuyển qui trình từ phịng thí nghiệm sang qui mơ cơng 140 nghệ ngõ hầu cĩ thể sản xuất hàng loạt. Như vậy, chúng ta sẽ tự chủ được về cơng nghệ và nguyên liệu cho các nghiên cứu khác trong lĩnh vực nano. − Cũng đối với màng điện hĩa, để ứng dụng được tính chất tương hợp sinh học, cần nghiên cứu tiếp tục màng này trên thép khơng rỉ cho các dụng cụ cấy ghép như răng, xương,... gĩp phần thêm một vật liệu nữa cho vật lý sinh học với giá thành rất thấp. − Đối với cảm biến ẩm độ đã chế tạo được, cần tiếp tục nghiên cứu để cơng nghệ hĩa và sản xuất được dụng cụ này trong nước. Đồng thời, triển khai các ý tưởng thiết kế đã đề xuất, lắp ráp thành hệ thống đo thơng thường và hệ thống đo kết nối máy vi tính để thương mại hĩa. 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT [1] Huỳnh Thành Đạt, Quang Phổ Raman, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Tp HCM− 2004 [2] Đại Học Sư Phạm Hà Nội (2000), Tính tốn các mode dao động tích cực hồng ngoại và Raman trong phân tử và tinh thể, Hà Nội. [3] Nguyễn Văn Đến, Các Phương Pháp Nghiên Cứu Bằng Quang Phổ Hồng Ngoại, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Tp HCM− 2002 [4] Nguyễn Văn Đến; Quang phổ hồng ngoại; NXB ĐHQG TpHCM; 2001. [5] Nguyễn Năng Định, Vật Lý và Kỹ Thuật Màng Mỏng, NXB ĐH QG Hà Nội, 2005 [6] Võ Văn Hồng, Mơ phỏng trong vật lý,Nhà xuất bản ĐHQG tp HCM − 2004 [7] Lê Vũ Tuấn Hùng, Thiết kế màng mỏng quang học đa lớp, Chuyên đề nghiên cứu sinh 2005 [8] Nguyễn Hồng Hưng(1), Võ Văn Hồng(2), Mơ Phỏng Sự Thay Đổi Cấu Trúc Khi Nung Al2O3 Vơ Định Hình, (1) Trường Đại học KHTN, ĐHQG-HCM, (2) Trường ĐHBK, ĐHQG-HCM, TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 9 -2006 Trang 71 [9] Tạ Văn Khoa1 và Nguyễn Khải Hồn2, Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Chất Phụ Gia Nano Cao, Mgo, Sio2 Đến Vi Cấu Trúc Và Tính Chất Cơ Của Vật Liệu Gốm Al2o3 Siêu MỊn, 1Viện Cơng Nghệ, Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phịng; 2Cục Khoa học, Cơng nghệ và Mơi trường, Bộ Quốc phịng, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu tồn quốc lần thứ 6 (SPMS-2009) - Đà Nẵng 8-0/11/2009 [10] Đặng Văn Liệt, Giải tích số, Các bài giảng về tin học − vật lý, Nhà xuất bản Đại Học Quốc gia tp HCM− 2004 [11] Giang Văn Phúca, Lê Vũ Tuấn Hùngb, Nguyễn Văn Đếnb, Huỳnh Thành Đạtc Mơ hình hĩa và mơ phỏng quá trình tạo màng Al2O3 bằng phún xạ magnetron, Đại Học Quốc Gia, tp Hồ Chí Minh, TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN TẬP 10 SỐ 03 2007, trang 12 – 19. [12] Giang Văn Phúc(1), Lê Vũ Tuấn Hùng(2), Ngơ Thị Kim Hịa (2), Tạ Thị Kiều Hạnh(2), Cao Thị Mỹ Dung(2), Huỳnh Thành Đạt (3) Mơ Phỏng Phổ Truyền Qua Uv−Vis Để Tính Tốn Độ Dày Màng Mỏng Al2O3 Theo Lý Thuyết Swanepoel, Hội nghị Vật Lý Chất Rắn lần V, Vũng Tàu, trang 891 – 895. [13] Giang Văn Phúc(1), Lê Vũ Tuấn Hùng(2), Ngơ Thị Kim Hịa(2), Trần Thị Khánh Chi(2), Lâm Quang Vinh(2), Lê Văn Hiếu(2), Huỳnh Thành Đạt(2), Màng Mỏng Al2O3 Với Các Lổ Xốp Kích Thước Nano Được Tạo Bằng Phương Pháp Điện Hĩa, Advances in optics, Photonics, Spectroscopy and Applications Nhatrang, Vietnam, Sept.2008, trang 579–583. [14] Giang Văn Phúc(1), Lê Vũ Tuấn Hùng(2), Ngơ Thị Kim Hịa(2), Trần Thị Khánh Chi(2), Lâm Quang Vinh(2), Lê Văn Hiếu(2), Huỳnh Thành Đạt(2), So Sánh Các Tính Chất Của Màng Mỏng Al2O3 Được Tạo Bằng Phương Pháp Phún Xạ Magnetron Rf Và Sol-Gel, Advances in optics, Photonics, Spectroscopy and Applications Nhatrang, Vietnam, Sept.2008, trang 612 – 617. 142 [15] Giang Văn Phúc(1), Lê Vũ Tuấn Hùng(2), Ngơ Thị Kim Hịa(2), Lê Văn Hiếu(2), Huỳnh Thành Đạt(2), Nghiên Cứu Chế Tạo Màng Mỏng Al2O3 Bằng Phương Pháp Phún Xạ Magnetron Rf, ĐHQG –HCM, TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN TẬP 12 SỐ 03-2009, trang 5 – 15. [16] Giang Văn Phúc; Chuyên đề màng mỏng; Đại Học Khoa HọcTự Nhiên, ĐHQG –HCM (3) ĐHQG –HCM, 2008 [17] Giang Văn Phúc; Chuyên đề mơ phỏng trong vật lý; Đại Học Khoa HọcTự Nhiên, ĐHQG –HCM (3) ĐHQG –HCM, 2007 [18] Dương Ái Phương, Quang Phổ Phân Tử và Ứng Dụng, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Tp HCM− 2002 [19] Trần Hớn Quốc, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Khảo Sát Quá Trình Điều Chế Nhơm Oxid Bằng Phương Pháp Kết Tủa Với Các Tác Chất Baz Khác Nhau, Khoa Hĩa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQG Tp. HCM, Hội nghị khoa học lần thứ 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM– 14 / 11/2008 [20] Dư Thị Xuân Thảo, Phạm Xuân Núi, và Nguyễn Mạnh Hùng, Nghiên Cứu Vật Liệu Phát Quang Trên Nền γ-Al2O3 Cấu Trúc Nanơ Tổng Hợp Bằng Phương Pháp Sol-Gel, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đơng ngạc, Từ Liêm, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu tồn quốc lần thứ 6 (SPMS-2009) - Đà Nẵng 8-0/11/2009 [21] Phan Văn Tường, Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007.trang 55 – 56. 143 TÀI LIỆU TIẾNG ANH [22] A. Aryasomayajulaa, S. Canovicb, D. Bhatc, M.H. Gordona, M. Halvarssonb, Transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis of alumina coating by alternate-current inverted magnetron-sputtering technique, a University of Arkansa, Fayetteville, AR 72701, USA, b Chalmer University of Technology SE-412 Goteborg Sweden, c SBIR.STTR, National Science Foundation, Arlington, VA, USA, Thin Solid Film 516 (2007) 397-401 [23] C. H. Shon, J. K. Lee, H. J. Lee, Y. Yang, and T. H. Chung, Velocity Distributions in Magnetron Sputter IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, VOL. 26, NO. 6, DECEMBER 1998 1635 [24] Carlo Ruberto; Metastable Alumina from Theory: Bulk, Surface, and Growth of κ– Al2O3; Department of Applied Physics, Chalmers University of Technology and Goteborg University, Goteborg, Sweden; 2001.(page 7 – 13) [25] Confidential April 21, 2004, UV Raman Spectroscopy: Photon Systems Directions and Approaches, (magazine) [26] E. Lugscheider, O. Knotek, F. Floffler, U. Schnaut, P. Eckert: Monte−Carlo Simulation of the deposition process in PVD technology. Aachen University of Technology, Vol 389, 359 [27] Giang Van Phuc(1), Le Vu Tuan Hung(2), Le Văn Hieu (2), Huynh Thanh Đat (3), The Effect Of Extinction Coefficient On Simulating Uv−Vis Spectroscopy Of Amorphous Alumina Thin Film, Conference On Thin Film Material Processing, Characterization And Applications – August 2009, HCM City [28] Giang Van Phuc(1), Le Van Hieu(2),, Huynh Thanh Đat(2),, The Using Of Spectral Methods To Investigate Alumina Amorphous Thin Film And Its Phase Transition, The first Academic Conference on Natural Science for Master and PhD Students from Cambodia – Laos - Vietnam 2010, page 102 – 110) [29] Gianluca Paglia 2004; Determination of the Structure of γ–Alumina using Empirical and First Principles Calculations combined with Supporting Experiments; Faculty of Science, Department of Applied Physics and Department of Applied Chemistry, Curtin University of Technology; 2004.(page 3 – 7) [30] H.K. Pulker, Coatings on Glass, Elsevier Second Edition 1985 [31] Heon – Cheol Shin, Jian Dong and Meilin Liu, Porous Tin Oxides Prepared by an Anodic oxidation Process, Center of Innovative fuel cell and Battery Technologies School of Material Science and Engineering, Georgia Institute of Technology Atlanta, USA 2003 [32] Jaeyoung Lee1,4, Jinsub Choi2, Jaekwang Lee1, Sang Kyo Choi3 and Hee Dong Chun3, Electrostatic capacitance of TiO2nanowires in a porous alumina template, 1 Fuel Cell Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 136- 791,Korea, 2 Divison of Engineering and Applied Science, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA, 3 Research Institute of Industrial Science and Technology, Pohang 790-330, Korea, Nanotechnology 16 (2005) page 1449–1453 144 [33] Jon Martin Andersson, 2005, Controlling the Formation and Stability of Alumina Phases, Plasma and Coatings Physics Division Department of Physics, Chemistry, and Biology, Linkưping University, SE-581 83 Linkưping, Linkưping Studies in Science and Technology, Dissertation No. 987, Sweden Linkưping 2005, page 25-33 [34] Jong Ah Paik, Nobuaki Kitazawa, Shih Kang Fan, Chang Jin Kim, Ming C.Wu and Bruce Dunn; Preparation of mesoporous oxides for MEMS structures; Dept. of Materials Science and Engineering, University of California at Los Angeles, CA, USA. Journal of Electroceramics, Volume 13, Numbers 1-3, 423-428, DOI: 10.1007/s10832-004-5136-5 [35] K. R. Nagabhushana, B N Lakshminarasappa* And Fouran Singh, 2009, Photoluminescence and Raman studies in swift heavy ion irradiated polycrystalline aluminum oxide, department of Physics, Jnanabharathi, Bangalore University, Bangalore 560 056, India, Inter University Accelerator Centre, P.O. Box No. 10502, New Delhi 110 067, India, Bull. Mater. Sci., Vol. 32, No. 5, October 2009, pp. 515–519 [36] Karel Vanbesien Al2O3 films made with sol–gel technology for electroluminescent displays Faculty of Engineering, Ghent University, 30th November 2005 – paper nr. 093 [37] Kenichi Nanbu, Member, IEEE, Probability Theory of Electron−molecule, Ion−Molecule, Molecule − Molecule and Collisions for Particle Modeling of Materials Processing Plasmas and Gas, IEEE Transactions on Plasma Science vol 28 No3,June 2000 [38] Kun HOU1*, Jang Ping TU1, Xiang Bin ZHANG2, 1Department of Material Science and Engineering, 2State Key Laboratory of Silicon Materials, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Preparation of Porous Alumina Film on Aluminum Substrate by Anodization in Oxalic Acid, Chinese Chemical Letters Vol. 13, No. 7, pp 689 –692, 2002 [39] Luis Moreno Hagelsieb, Anodic Aluminum Oxide Processing, Characterization And Application To Dna Hybridization Electrical Detection, Université catholique de Louvain Faculté des Sciences Appliquées, Laboratoire de Microélectronique Louvain- La-Neuve (Belgique) Juillet 2007, page 34 - 38 [40] L. MARCINAUSKAS1, 2*, P. VALATKEVIČIUS2, 2010, The effect of plasma torch power on the microstructure and phase composition of alumina coatings, 1Physics Department, Kaunas University of Technology,Studentu 50, LT-51368, Kaunas, Lithuania, 2Lithuanian Energy Institute, Breslaujos 3, LT-4440, Kaunas, Lithuania, Materials Science-Poland, Vol. 28, No. 2, 2010, page 451 – 458 [41] M. Stamate*, I. Vascan, I. Lazar, G. Lazar, I. Caraman, M. Caraman, Optical And Surface Properties Tio2 Thin Films Deposited By Dc Magnetron Sputtering Method, Bacau University, Calea Marasesti nr.157, Bacau, 5500, Romania, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials Vol. 7, No. 2, April 2005, p. 771 – 774 [42] M.D. Groner, J.W. Elam, F.H. Fabreguette, S.M. George * a a a a,b,Electrical characterization of thin Al O films grown by atomic layer deposition on silicon and various metal substrates, Department of Chemical Engineering, University of Colorado, Boulder, CO 80309–0215, USA bReceived 26 November 2001; received in revised form 18 April 2002; accepted 19 April 2002 Thin Solid Films 413 (2002) 186–197 145 [43] M.E. Mata–Zamora and J.M. Saniger, Thermal evolution of porous anodic aluminas: a comparative study, Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnol´ogico, Universidad Nacional Aut´onoma de M´exico, Apartado Postal 70–186, M´exico, 04510 D.F., aceptado el 7 de julio de 2005, Revista Mexicana de Fisca, vol 51, 502 - 509 [44] M. Sridharana.*, M. Sillassena, J. Bottigera, J. Chevalliera, H. Birkedalb,(2007), Pulsed DC magnetron sputtered Al2O3 films and their hardness, Interdisciplinary Nanoscience a.Center (iNANO) and Department of Physics and Astronomy, University of Aarhus, 800 Aarhus C, Denmark, b iNANO and Department of Chemistry, University of Aarhus, 800 Aarhus C, Denmark, Surface & Coatings Technology 202 (2007) 920 – 924 [45] M.I. Martín a,*, L.S. Gĩmez a, O. Milosevic b, M.E. Rabanal a,**, a, Nanostructured alumina particles synthesized by the SprayPyrolysis method: microstructural and morphological analysis University Carlos III de Madrid, Avda. de la Universidad, 30, 28911 Leganés, Madrid,Spain b Institute of Technical Sciences of Serbian Academy of Sciences and Arts, K. Mihailova 35/IV, 11000 Belgrade, Serbia, Juan de la Cierva Program JCI-2005-1892-13 (M.I. Martín) [46] Muhammad Hammad ASGHAR, Muhammad Bilal KHAN,Shahzad NASEEM, Zubair Ahmad KHAN, Design and Preparation of Antireflection Films on Glass Substrate,Centre for Solid State Physics, Punjab University, Turk J Phys 29 (2005), 43 – 53. [47] N. K. Sahoo*, D. Bhattacharyya, S. Thakur, Dinesh Udupa, R. P. Shukla, N. C. Das and A. P. Roy, Surface characterization of thin film devices and optical elements, Spectroscopy Division, Bhabha Atomic Research Centre, Trombay, Mumbai 400 085, India,CURRENT 1528 SCIENCE, VOL. 78, NO. 12, 25 JUNE 2000, page 1528 – 1531. [48] O. Jessensky, F. Muller and U. Gosele, Self-organized formation of hexagonal pore arrays in anodic alumina, Max-Planck-Institute of Microstructure Physics, Weinberg 2, D-06120 Halle, Germany, publication 14 January 1998!, page 1173 – 1175. [49] P. Belsky1, R. Streiter2, H. Wolf2 and T. Gessner1,2, Application of Molecular Dynamics to the Simulation of IPVD, 1Chemnitz University of Technology, Center for Microtechnologies, Chemnitz, Germany, 2Fraunhofer IZM, Dept. Micro Devices and Equipment, Chemnitz, presented at AMC 2004, San Diego, USA. [50] P.K. Petrov!,*, V.A. Volpyas!, R.A. Chakalov Three–dimensional Monte Carlo simulation of sputtered atom transport in the process of ion–plasma sputter deposition of multicomponent thin films Department of Electron Ion and Vacuum Technology, Electrotechnical University, 5, Prof. Popov Str., 197376 St. Petersburg, Russia. Received 30 December 1997; accepted 3 July 1998, page 427 – 434. [51] Paul G. Miney, Paula E. Colavita, Maria V. Schiza, Ryan J. Priore, Frederick G. Haibach, and Michael L. Myrickz, Growth and Characterization of a Porous Aluminum OxideFilm Formed on an Electrically Insulating Support, Department of Chemistry and Biochemistry, University of South Carolina, Columbia, South Carolina 29208, USA, Electrochemical and Solid-State Letters, 6 (10) page B42-B45 (2003) [52] Richards B S(1), Lambertz A and Sproul A B(2) 1998 Optical characterisation of sputtered silicon thin films on glass, (1) Photovoltaics Special Research Centre, University of New South Wales, Sydney, NSW 2052, Australia, (2) Insitut für Schicht- 146 und Ionen-technik, Forschungszentrum Jülich, 52425 Jülich, Germany, Proceedings of the 2nd World Conference(Vienna, Austria) pp 1294–7.page 19 – 22. [53] Rong–Sheng Zhou and Robertl. Snyder; Structures and Transformation Mechanisms of the η, γ and θ Transition Aluminas; New York State College of Ceramics, Alfred University, Alfred, NY 14802, USA; 1991, page B47, 617-630 [54] S. S. Rayalu, J. S. Udhoji, S. U. Meshram, R. R. Naidu and S. Devotta; Estimation of crystallinity in flyash–based zeolite–A using XRD and IR spectroscopy; Environmental Materials Unit, National Environmental Engineering Research Institute, Nagpur 440 020, India; 2005. page 2147 – 2151. [55] S.Tanriverdi, B.Mavis2, G.Gunduz, U.Colak; Electrospinning and characterization of alumina borosilicate ceramic nanofibres; 2007 Materials Science-Poland, Vol. 25, No. 4, 2007, page 957 - 968 [56] Shu–Hui Cai, Sergey N. Rashkeev, Sokrates T. Pantelides and Karl Sohlberg; Phase transformation mechanism between γ – and θ –alumina; Department of Physics and Astronomy,Vanderbilt University, USA; 2003. Physical Review B, 67: pp. 224104-1 - 10 [57] Tong Jingyu, Li Jinhong and Sun Gang–Li Meishuan and Duo Shuwang, Ground– Based Investigations Of Atomic Oxygen Effects With Al2O3 Protective Coating, Beijing Institute of Satellite Environment Engineering, Institute of Metal Research Chinese Academy of Science, China, page s252 – s256. [58] Veronika Timar–Horvath, Laszlo Juhasz, Andras Vass–Varnai, Gergely Perlaky, Usage Of Porous Al2o3 Layers For Rh Sensing, Budapest University of Technology and Economics (BUTE), Department of Electron Devices,Budapest, Hungary Stresa, Italy, 25–27 April 2007 [59] Vorrada Loryuenyong1,2*, Jiraroj Jatupisarnpong 1, Waleerat Chinodom 1, and Chutima Rukkhachat1, The Fabrication of Reaction-Bonded Al2O3 Ceramics, 1Department of Materials Science and Engineering, Bangkok, Thailand, Journal of Microscopy Society of Thailand 2009, 23(1): 111-114 [60] Wyckoff, Crystal Structures, Vol. 2 (John Wiley & Sons, New York, London, 1964. [61] Yong–Nam Kim, Jeong–Hyun Park, Hyun–Gyu Shin, Jun–Kwang Song, Hee–Soo Lee, Fabrication of Thin Film Using Nanosized Indium Tin Oxide (ITO) Powder and Its Degradation Characteristics, Department of Ceramic Engineering, College of Engineering, Yonsei University, Materials Science Forum (Volumes 449 - 452) [62] Yuzhong Wang1, Sonali Bhandari1, Amitabha Mitra1, Sean Parkin1, Jerry Moore2, David A. Atwood Prof.1,* Ambient-Condition nano-Alumina Formation Through Molecular Control, Article first published online: 19 OCT 2005, DOI: 10.1002/zaac.200500131 [63] Zhong–Xi Sun a,∗, Ting–Ting Zheng a, Qi–Bing Bo a, Miao Du a, Willis Forsling b, Effects Of Calcination Temperature On The Pore Size And Wall Crystalline Structure Of Mesoporous Alumina, a School of Chemistry and Chemical Engineering, University of Jinan, 250022 Jinan, China, b Division of Chemistry, Journal of Colloid and Interface Science Volume 319, Issue 1, 1 March 2008, Pages 247-251 147 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ A. CÁC CƠNG BỐ THUỘC PHẠM VI ĐỀ TÀI 1. Mơ hình hĩa và mơ phỏng quá trình tạo màng Al2O3 bằng phún xạ magnetron , Đại Học Quốc Gia, tp Hồ Chí Minh, TẠP CHI PHÁT TRIỂN KH&CN TẬP 10 SỐ 03 2007. , trang 12 – 19. 2. Mơ Phỏng Phổ Truyền Qua Uv−Vis Để Tính Tốn Độ Dày Màng Mỏng Al2O3 Theo Lý Thuyết Swanepoel, Hội nghị Vật Lý Chất Rắn lần V, Vũng Tàu 2007, trang 891 – 895 3. Màng Mỏng Al2O3 Với Các Lổ Xốp Kích Thước Nano Được Tạo Bằng Phương Pháp Điện Hĩa, Advances in optics, Photonics, Spectroscopy and Applications Nhatrang, Vietnam, Sept.2008, trang 579–583. 4. So Sánh Các Tính Chất Của Màng Mỏng Al2O3 Được Tạo Bằng Phương Pháp Phún Xạ Magnetron Rf Và Sol-Gel, Advances in optics, Photonics, Spectroscopy and Applications Nhatrang, Vietnam, Sept.2008. trang 612 – 617. 5. Nghiên Cứu Chế Tạo Màng Mỏng Al2O3 Bằng Phương Pháp Phún Xạ Magnetron Rf,, (ĐHQG –HCM, TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN TẬP 12 SỐ 03-2009, trang 5 – 15. 6. The Effect Of Extinction Coefficient On Simulating Uv−Vis Spectroscopy Of Amorphous Alumina Thin Film, Conference On Thin Film Material Processing, Characterization And Applications – August 2009, HCM City 7. The Using Of Spectral Methods To Investigate Alumina Amorphous Thin Film And Its Phase Transition, The first Academic Conference on Natural Science for Master and PhD Students from Cambodia – Laos - Vietnam 2010, page 102 – 110) B. CÁC CƠNG BỐ CÙNG THAM GIA VỚI CÁC NHĨM NGHIÊN CỨU KHÁC 1. Mơ phỏng quá trình va chạm electron-Argon và va chạm ion Argon-Argon trung hịa trong vùng sụt thế catốt-hệ phún xạ magnetron DC bằng thuật tốn Monte Carlo, Advances in optics, Photonics, Spectroscopy and Applications Nhatrang, Vietnam, Sept.2008. 2. Mơ phỏng sự chuyển động của các hạt phún xạ từ bia (target) đến đế trong hệ phún xạ magnetron DC bằng thuật tốn Monte Carlo, Advances in optics, Photonics, Spectroscopy and Applications Nhatrang, Vietnam, Sept.2008. 3. New possibilities of laser raman spectroscopy and applications to the study of advanced materrials, 6th International conference on photonics and applications (ICPA-6) november 2010, Hanoi, Vietnam 148 PHỤ LỤC 1: BẢNG PHỔ XRD THAM KHẢO Ref: Swanson, Tatge, Natl. Bur. Stand (U.S), Circ. 539,1,11 (1953) 149 Nguồn: Conversion of Diaspore to Corundum: A New a-Alumina Transformation Sequence J. Am. Ceram. Soc., 80 [23] 2677–80 (1997) Altaf H. Carim* Department of Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University,University Park, Pennsylvania 16802 Gregory S. Rohrer*Department of Materials Science and Engineering, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania 15213 Neal R. Dando,* Shih-Ying Tzeng, Cathy L. Rohrer, and Anthony J. Perrotta 150 151 152 BẢNG PHỔ XRD CỦA Eta η Al2O3 Ref: Stumpf et al„ Ind. Eng. Chem., 42,1398 [1950] 2θ 2θ 23.010 42.504 30.447 48.399 33.379 39.535 Theta 1 Al2O3 Ref: Stumpf, Aluminum Company of America, New Kensington, Pennsylvania, USA, Private Communication 2θ h k l 2θ h k l 8.510258 1 1 0 28.60369 3 3 3 9.855993 2 0 2 30.03307 1 1 7 12.60182 1 1 2 31.15136 3 3 3 15.68629 4 0 0 32.11372 6 2 2 16.46159 2 0 4 32.62058 0 4 0 17.51758 2 2 0 33.41066 1 3 5 18.49217 2 2 1 33.67813 2 4 0 19.48843 1 1 4 35.11638 7 1 3 20.12644 0 2 3 36.69666 8 2 3 21.42233 5 1 0 37.71981 2 2 8 22.55289 4 2 2 38.80984 4 2 8 23.80397 4 2 3 25.3567 1 3 2 26.45747 3 1 6 Theta 2 Al2O3 Ref: Wilson, S„ McConnel, J. Solid Stale Chem, 34,315(1980) 2θ h k l 2θ h k l 8.130 1 0 0 25.371 0 1 5 9.770 1 0 2 25.724 2 0 6 15.741 0 0 4 25.724 2 0 4 15.741 1 0 4 26.392 3 0 4 16.398 2 0 2 28.391 3 0 2 16.398 2 0 0 28.391 1 1 5 17.507 1 1 1 29.380 3 1 1 18.348 1 1 1 29.973 3 1 3 19.470 1 0 4 30.742 3 0 6 19.470 0 1 3 31.222 3 1 1 19.939 2 0 4 32.037 1 17 19.939 2 0 2 32.037 0 2 0 22.431 2 1 1 32.721 0 1 7 23.827 0 0 6 33.733 2 1 5 23.827 2 1 1 33.733 2 1 7 153 Theta 3 Al2O3 Ref: Yamaguchi et al„ Bull. Chem. Soc. Jpn., 43,2487 (1970) 7.753 2 0 0 25.357 5 1 0 8.130 0 0 1 25.718 6 0 2 9.771 2 0 1 26.335 4 0 3 15.763 4 0 1 27.296 6 0 1 16.398 0 0 2 28.385 2 0 3 17.478 1 1 1 29.374 1 1 3 18.378 1 1 1 29.980 3 1 3 19.443 4 0 1 30.651 6 0 3 19.966 2 0 2 31.197 1 1 3 22.439 1 1 2 32.050 0 2 0 23.224 6 0 1 32.709 7 1 0 23.812 6 0 0 33.728 4 0 3 Theta 4 Al2O3 Ref: Stum pf, Aluminum Company of America, New Kensington, Pennsylvania, USA, Private Communication 8.510 1 1 0 26.457 3 1 6 9.856 2 0 2 28.604 3 3 3 12.602 1 1 2 30.033 1 1 7 15.686 4 0 0 31.151 3 3 3 16.462 2 0 4 32.114 6 2 2 17.518 2 2 0 32.621 0 4 0 18.492 2 2 1 33.411 1 3 5 19.488 1 1 4 33.678 2 4 0 20.126 0 2 3 35.116 7 1 3 21.422 5 1 0 36.697 8 2 3 22.553 4 2 2 37.720 2 2 8 23.804 4 2 3 38.810 4 2 8 25.357 1 3 2 154 BẢNG PHỔ XRD CỦA η VÀ γ −AL2O3: η d hkl 2Theta d hkl 2Theta 4.5692 111 19.426 1.5231 333 60.815 2.7981 220 31.985 1.399 440 66.878 2.3862 311 37.697 1.3377 531 70.381 2.2846 222 39.442 1.319 442 71.531 1.9785 400 45.865 1.2513 620 76.062 1.8156 331 50.251 1.2069 533 79.398 1.6155 422 57.005 1.1931 622 80.503 γ d hkl 2Theta d hkl 2Theta 4.5672 111 19.435 1.5224 511 60.846 2.7969 220 31.999 1.3984 440 66.91 2.3852 311 37.714 1.3372 531 70.411 2.2836 222 39.46 1.3185 442 71.562 1.9777 400 45.884 1.2508 620 76.098 1.8148 331 50.275 1.2064 533 79.438 1.6148 422 57.032 1.1926 622 80.544 (1) C. Merckling, M. El–Kazzi; Epitaxial growth and relaxation of γ–Al2O3 on silicon; Ecully, France; 2007. (2) Quan Li, Yuan– Hsin Yu; Low– temperature magnetron sputter– deposition, hardness, and electrical resistivity of amorphous and crystalline alumina thin films University, Evanston, Illinois; 2000. 1.5224 333 60.846 BẢNG PHỔ XRD CỦA θ – Al2O3 VÀ κ−Al2O3 θ d hkl 2Theta d hkl 2Theta d hkl 2Theta κ 2Theta 2Theta 5.4591 001 16.236 2.2654 202 39.79 1.4521 020 64.132 29.6 48.5 2.8412 401 31.487 2.0199 112 44.873 1.4309 710 65.199 31.8 48.7 2.7321 202 32.779 1.9626 601 46.258 1.4055 204 66.528 35 48.8 2.7295 002 32.811 1.9184 600 47.388 1.392 712 67.259 37.1 55.7 2.4451 111 36.756 1.737 403 52.696 1.39 512 67.368 38.8 2.3265 401 38.703 1.5431 313 59.945 1.2232 422 78.136 39 2.3157 310 38.89 1.4892 113 62.352 1.2225 222 78.19 41.9 2.2698 402 39.71 1.4813 801 62.722 43 155 PHỤ LỤC 2: CÁC BẢNG PHỔ IR VÀ RAMAN BẢNG PHỔ IR THAM KHẢO Tài liệu Pha Số sĩng Pha Số sĩng Pha Số sĩng 385 442 532 569 A.Contreras, Satoshi Sugita, Esthela Ramos, Leticia M.Torres and Juan Serrato; A New Production Method of Submicron Alumina Powders; 2006.. α 635 γ 452 433 440 683 611 825 655 660 604, 607 357 Vơ định hình 422 778 536 721 841 744 980 807 996 Quang phổ hồng ngoại của thủy tinh và tinh thể (1972), Nxb Chemie trang 110 – 121 α 1050 γ 452 833 595 766 647 θ 587 Lung-Teng Cheng et al;Boehmite coating θ – Al2O3 particles via a Sol – gel route; Department of Materials Engineering, National Chung Hsing University, Taiwan; 2006. α 746 500 545 γ 900 θ 820 α 650 L. Favaroa, A. Boumazaa, b, P. Royc, J. Lédiond, G. Sattonnaya, J.B. Brubachc, A.M. Huntza and R. Tétota,, Experimental and ab initio infrared study of χ-, κ- and α- aluminas formed from gibbsite, Available online 2010. κ 790 356 521 706 Carlos Pecharrom´an, T. Gonz´alez-Carre˜no, and Juan E. Iglesiasa) Instituto de Ciencia de Materiales, Consejo Superior de Investigaciones Cient´ıficas, Calle Serrano,115 duplicado, Madrid 28006, Spain(Received 3 February 1995; accepted 18 Jan 1996) η 805 390.7 δ 769.2 491.6 613.0 η 921, 925 738.6 846.9 931.4 Mami Kurumada; Midori Saito; Chihiro Kaito, Plasma effect on the formation of alumina dust, Ritsumeikan Univ. AlO4 & AlO6 1388.9 156 BẢNG PHỔ IR THAM KHẢO Dao động hĩa trị đối xứng Si–O–Al 1000– 1500 Dao động hĩa trị bất đối xứng Si–O–Al 660 Dao động biến dạng Si–O–Al 464 S.Shoval, M.Boudeulle, S.Yariv, I.Lapides and G.Panczer; MicroRaman and FT – IR spectroscopy study of the thermal transformations of St.Claire dickite; Geology Group, Department of Natural Sciences, The Open University of Israel, 16 Klausner St., 61392 Tel Aviv, Israel; 2001. D4R rings 560 S.Tanriverdi, B.Mavis2, G.Gunduz, U.Colak; Electrospinning and characterization of alumina borosilicate ceramic nanofibres, Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Ankara 06531, Turkey; 2007. Al-O 553 Chuanli, Yanlong Chang, Weichun Ye, Chunming Wang; Supercritical preparation of hexagonal γ – alumina nanosheets and its electrocatalytic properties; Department of Chemistry, Lanzhou University, 730000 Lanzhou, PR China; 2007. Si-O-Al 1050 3594 3445 3437 -OH 3123 2990 1411 1379 1309 C-H 538 1160 1168 C-O 798 1042 C-C 932 Al-OH 1072 617 625 Al-O-Al 476 1720 S. S. Rayalu, J. S. Udhoji, S. U. Meshram, R. R. Naidu and S. Devotta; Estimation of crystallinity in flyash- based zeolite-A using XRD and IR spectroscopy; Environmental Materials Unit, National Environmental Engineering Research Institute, Nagpur 440 020, India; 2005. C=O 1650 157 CÁC HOẠT ĐỘNG IR CỦA PHỨC THỂ AlO4 VÀ AlO6 Table 1 Bands assignment Wave number ( cm-1) Intensity Assignment 390.7 medium tetrahedralH * translation 491.6 medium complex Al04 and A106 interactive vibration * asymmetric stretching, AlO6 condensed groups * 613.0 strong complex AlO4 and AlO6 interactive vibration * symmetric stretching, AlO6 condensed groups 738.6 medium strong complex AlO4 and AlO6 interactive vibration * symmetric stretching, AlO6 condensed groups 846.9 medium strong complex AlO4 and AlO6 interactive vibration Jo& M. Saniger, Al-0 infrared vibrational frequencies of γ- alumina, Laboratorio de Qufmica de Materiales, Centro de Instrumentos. Universidad National Authoma de M&co, Apdo. Postal 70-186, Mhico D.F., 04510, MexicoReceived 17 October 1994; accepted 27 October 1994 931.4 medium-strong complex AlO4 and AlO6 interactive vibration TABLE 1 ASSIGNMENT OF THE VIBRATIONS OF BOEHMITE Band/cm-1 Symmetry species Description 3220 B1g νasOH 3080 Ag νsOH 1110 B1g δasOH 1053 Ag δsOH 733 B2g γOH 676 Ag ν2AlO6 (Eg) 639 B1g ν5AlO6 (F2g) 497 Ag ν2AlO6 (Eg) 454 B2g ν5AlO6 (F2g) 369 Ag ν1AlO6 (A1g) 343 B2g ν5AlO6 (F2g) 272 B1g AlO6 (F1g) 260 B2g AlO6 (F1g) J. Mater. Chem., The ageing of alumina hydrolysates synthesized from secbutoxyaluminium, Centre for Instrumental and Developmental Chemistry, Queensland University of Technology, 2001, 11, 1681–1686 1683 232 B1g AlO6 (F1g) 158 CÁC HOẠT ĐỘNG IR Gibbsite Boehmite Bayerite Diaspore 3620, 3525 3423, 3096 3365 J. Mater. Chem., The ageing of alumina hydrolysates synthesized from secbutoxyaluminium, Centre for Instrumental and Developmental Chemistry, Queensland University of Technology, 2001, 11, 1681–1686 1683 1019, 892, 816, 710, 568, 539, 506, 429, 395, 379, 321, 306, 255 and 242 674, 495 and 360 1079, 1068, 898, 866, 545, 434, 388, 322, 292, 250 and 239 705, 608, 446, 260 and 216 PHỔ RAMAN TƯ LIỆU CỦA CORUNDUM PHỔ RAMAN TƯ LIỆU CỦA BOEHMITE 159 Theo K. R. Nagabhushana và các cộng sự (New Delhi 110 067, India - 2009), corundum cĩ các dao động cơ bản được phép là: 2A1g, 5Eg tương ứng với các đỉnh Raman (253 khơng phân lập được), 396, 417, 546, 630 và 842, 867 cm–1. Mặt khác, theo cơng bố của nhĩm tác giả Jr-lx Xu., EucrcNn Hulxc và các cộng sự ở Institute of Earth SciencesA (Taipei I 1529, Taiwan, 1995) dãy đỉnh phổ nêu trên là 377.9, 416.6, 429.5, 451.2, 575.9, 644.4, 749.9 cm–1. Chúng tơi cũng chú ý đến cơng bố của nhĩm E. R. M. Andreeta và các cộng sự ở Universidade de S. Paulo (Brasil−2003) khi nghiên cứu hợp chất Al2O3/GdAlO3 đã cơng bố các đỉnh Ramman của Al2O3 đa tinh thể bao gồm 222, 313, 366, 397, 399, 416, 431, 449, 474, 521, 534, 567, 617, 646, 704, 741 cm–1. Các phức AlO6 biểu hiện bởi các đỉnh ứng với các dao động: (W. N. Martens 2001) 232 ~ (F1g), 260 ~ (F1g), 272 ~ (F1g), 343 ~ ν5 (F2g), 369 ~ ν1 (A1g), 454 ~ ν5 (F2g), 497 ~ ν2 (Eg), 639 ~ ν5 (F2g), 676 cm–1~ ν2 (Eg) 160 PHỤ LỤC 3: CÁC BẢNG WYCKOFF BẢNG ĐỐI XỨNG VỊ TRÍ CHO CÁC Ơ KHƠNG GIAN BRAVAIS 161 162 163 164 PHỤ LỤC 4: CÁC PHẦN MỀM (Đính kèm đĩa CD) PHẦN MỀM MƠ PHỎNG PHỔ UVVVIS 1. Giới thiệu: Chương trình được soạn thảo trong mơi trường Matlab 6.5 theo lưu đồ được trình bày trong luận án. Chương trình được thiết kế ở chế độ đồ họa nên cĩ tính trực quan cao do quá trình so sánh trùng khít được thực hiện bằng đồ thị quan sát được trực tiếp. 2. Hoạt động: Quá trình mơ phỏng được thể hiện một cách chi tiết trên giao diện như hình 2 với hoạt động cĩ thể mơ tả chung như sau: − Chọn tập tin phổ thực thu được từ máy đo UVVIS, dạng file.sim (định dạng text) bằng nút FileOpen (nút 1). − Các giá trị tham số quang mơ phỏng được đưa vào bằng các đối tượng tương tác đồ họa. Chiết suất màng được nhập vào bằng thanh trượt (2) hoặc cửa sổ bên cạnh. Độ dày được nhập vào bằng thanh trượt (3) hoặc cửa sổ bên cạnh. − Thay đổi các tham số quang mơ phỏng, quan sát trực tiếp sự trùng khít và tham khảo độ trùng khít biểu diễn ở cửa số (7) đạt cực tiểu hoặc đạt ngưỡng cho trước. − Cĩ thể đặt trùng khít từng đoạn và nhận được các giá trị độ dày khác nhau rồi tính chiết suất và độ dày trung bình cho một lần mơ phỏng. − Thực hiện nhiều lần và tính giá trị trung bình của các tham số. − So sánh với các kết quả tính tốn giải tích và đo trên máy đo độ dày. Sau mỗi lần thay đổi giá trị của tham số, đồ thị phổ sẽ được cập nhật ngay lập tức đồng thời tham số đánh giá độ trùng khít cũng được cập nhật giúp cho người dùng dễ dàng đánh giá quá trình mơ phỏng và ảnh hưởng của mỗi tham số lên phổ truyền qua mơ phỏng. Các kết quả như chiết suất (được tính ở 550nm), độ dày màng và hệ Hình 1. Giao diện phần mềm 165 số tắt cũng được trả về ở dạng số. Đồng thời, chiết suất màng cịn cĩ thể được truy xuất ở mỗi giá trị bước sĩng bằng dạng hàm n = n(λ) bên trong chương trình. Thêm vào đĩ, trong mơ phỏng, nhĩm chúng tơi cĩ sử dụng hệ số tắt k và kết quả cho thấy hệ số này ảnh hưởng đáng kể đến dáng điệu của phổ và độ trùng khít nên gián tiếp ảnh hưởng đến các tham số quang thu được từ kết quả mơ phỏng. Ngồi ra, đồ thị mơ phỏng cịn được trích xuất dưới dạng đồ họa bằng hệ thống thực dơn đã cài đặt sẵn (menu 9) với nhiều mẫu chi tiết đường cong khác nhau để phục vụ cho các báo cáo khoa học, thuyết trình chẳng hạn như hình 3 Hình 2. Các bước sử dụng phần mềm Hình 3. Trích xuất đồ thị mơ phỏng Phổ mơ phỏng Phổ thực 7 9 8 1 2 3 4 5 6 166 PHẦN MỀM MƠ PHỎNG ĐỘNG NĂNG BAN ĐẦU CỦA HẠT PHÚN XẠ 1. Giới thiệu: Chương trình được soạn thảo trong mơi trường Matlab 6.5. Phần mềm này dùng phương pháp Monte−Carlo cho mơ phỏng phún xạ tạo màng Al2O3 từ vật liệu nhơm kim loại để xác định các điều kiện thực nghiệm khả thi, để tránh các thực nghiệm sẽ khơng thành cơng hoặc khơng cần thiết. Cơng việc mơ phỏng được tiến hành trên các đối tượng Al, Al2O3, Ti, TiO2 và Cu. Trong đĩ, các kết quả mơ phỏng trên Ti, TiO2 và Cu là để so sánh với các kết quả của các tác giả khác đã cơng bố nhằm đối chứng mơ phỏng, nghĩa là nếu kết quả mơ phỏng của mơ hình của đề tài phù hợp với các kết quả đã cơng bố đối với Ti, TiO2 và Cu thì kết quả mơ phỏng đối với Al2O3 là đáng tin cậy và cĩ thể áp dụng được. 2. Hoạt động: - Sử dụng Scroll Bar Select target để chọn vật liệu bia cần nghiên cứu. - Dùng thanh trượt Select Votage để chọn điện áp phún xạ cần tiến hành. - Nút Hold Off dùng để lưu hoặc khơng lưu kết quả của lần mơ phỏng trước. - Nút Texture On/Off để chọn chế độ phún xạ bề mặt vật liệu hoặc các lớp dưới. - Nút Simu Mode ½ để chọn chế độ mơ phỏng cĩ dùng đồ thị đạng đường hay dạng điểm. - Nút Simulate để bắt đầu mơ phỏng. Kết quả mơ phỏng sẽ được hiển thị dưới dạng đồ thị trong khung làm việc như hình 2 Hình 1. Giao diện phần mềm. Hình 2. Kết quả mơ phỏng hiển thị trực quan 167 PHẦN MỀM MƠ PHỎNG QUỸ ĐẠO CỦA HẠT PHÚN XẠ 1. Giới thiệu: Phần mềm mơ phỏng này xác định phân bố hạt đến bia theo động năng, gĩc tới bia và tỉ lệ số hạt phún xạ đến được bia để chọn các tham số phún xạ khả thi đưa vào thực nghiệm dựa vào phân bố quãng đường đi và quỹ đạo của các hạt phún xạ trên đường đến đế. 2. Hoạt động: - Sử dụng Scroll Bar Select target để chọn vật liệu bia cần nghiên cứu. - Dùng thanh trượt Select Votage để chọn điện áp phún xạ cần tiến hành. - Điền giá trị áp suất vào ơ nhập liệu Gas pressure. - Điền giá trị khoảng cách bia đế vào ơ nhập liệu Target Substrate distance. - Ấn nút Simulate để tiến hành mơ phỏng. Kết quả quỹ đạo các hạt hiển thị trên giao diện như hình 2. Kết quả tỉ số hạt đọc trong giao diện dịng lệnh của Matlab. Hình 2. Kêt quả mơ phỏng với bia nhơm (trái) ở áp suất trung bình và ơxit nhơm (phải) ở áp suất cao. Hình 1. Giao diện phần mềm

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNghiên cứu chế tạo và khảo sát màng mỏng ôxit nhôm (Al2O3) bằng phương pháp quang phổ.pdf
Luận văn liên quan