Đề tài Vật lí ứng dụng màng quang học
Khi bề dày lớn hơn bề dày ngưỡng, chiều dài khuyếch tán bị giới hạn,
và cặp điện tử lỗ trống ở độ sâu này không có cơ hội tới bề mặt trước
khi bị tái hợp. Vì vậy, màng đạt được bề dày ngưỡng, sẽ giảm tối đa số
điện tử, lỗ trống bị tái hợp trước khi khuyếch tán đến bề mặt. Ngoài ra,
bề dày ngưỡng đủ lớn để hình thành nên tinh thể Anatase.
38 trang |
Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 3695 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Vật lí ứng dụng màng quang học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHTN
BỘ MƠN VẬT LÍ ỨNG DỤNG
Seminar:
MÀNG QUANG HỌC
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU
HVTH: NGUYỄN ĐỨC AN
NGUYỄN ĐỨC THỊNH
6/20/2011 1
Nội dung trình bày
A. Thịnh trình bày:
• I. Giới thiệu chung về màng quang học
• II. Phổ UV – Vis
• III. UV – Vis spectrophotometer
• IV. Phương pháp Swanepoel
B. An trình bày:
• V. Phương pháp Stylus
• VI. Phương pháp xác định tính chất quang xúc
tác.
6/20/2011 2
I. Giới thiệu chung về màng mỏng quang học
• Khái niệm “mỏng” trong màng mỏng quang là khi
bề dày của màng tương đương với bước sĩng ánh
sáng mà ta quan tâm.
• Nhĩm 1: khi ánh sáng truyền tới song song với mặt
phẳng đế, màng mỏng quang học trong trường hợp
này đĩng vai trị dẫn sĩng quang. Tín hiệu ánh sáng
cĩ thể thay thế tín hiệu điện trong thơng tin và trong
máy vi tính.
• Nhĩm 2: ánh sáng truyền vuơng gĩc với mặt phẳng
phản xạ quang. Các ứng dụng gồm màng chống phản
xạ AR, kính lọc filter, gương hiệu suất cao, các bộ
phận tách chùm tia… Đây cũng là các màng mà
chúng ta quang tâm trong seminar này.6/20/2011 3
Một số vật liệu tạo màng thơng dụng
Vật liệu Chiết suất Vùng truyền suốt
MgF2 1.38 tại 550 nm 0.210 – 10 µm
SiO2 1.46 tại 550 nm 0.2 – 8 µm
ThF4 1.52 tại 400 nm 0.2 – 15 µm
Al2O3
1.59 – 1.63 tại 600
nm 0.2 – 7 µmCeF3 1.63 tại 550 nm 0.3 – 5 µm
PbF2 1.70 tại 1000 nm 0.24 – 20 µm
MgO 1.70 tại 550 nm 0.2 – 8 µm
Y2O3 1.82 tại 550 nm 0.25 – 2 µm
SiO 2.00 tại 550 nm 0.5 – 8 µm
HfO2 2.00 tại 550 nm 0.220 – 12 µm
ZrO2 2010 tại 550 nm 0.340 – 12 µm
Ta2O5 2.16 tại 550 nm 0.300 - 10µm
CeO2
2.18 – 2.42 tại 550
nm 0.400 – 16 µmTiO2
2.20 – 2.70 tại 550
nm 0.350 – 12 µm6/20/2011 4
II.Phổ UV - Vis
II.1. Thang sĩng điện từ:
6/20/2011 5
II.2. Nguồn gốc phổ UV – Vis
6/20/2011 6
II.3. Định luật Lambert – Beer
6/20/2011 7
III. Thiết kế một hệ spectrophotometer
6/20/2011 8
III.1. Nghuồn kích thích
6/20/2011 9
III.2.Hệ đơn sắc
6/20/2011 10
III.3.Bộ phận giữ mẫu
6/20/2011 11
III.4. Detector
Photomultiplier detector
6/20/2011 12
6/20/2011 13
Diode array detector
6/20/2011 14
6/20/2011 15
III.5.Các loại
UV - Vis
spectro -
photometer
6/20/2011 16
6/20/2011 17
IV. Phương pháp Swanepoel
n0 = 1
Đế
n0 = 1
Màng, d
S α = 0
n = n1+ ik α
I0
I
6/20/2011 18
• Vùng truyền suốt: α=0, độ truyền qua được
xác định từ n và s thơng qua sự phản xạ nhiều
lần.
• Vùng hấp thu yếu: α nhỏ nhưng độ truyền qua
bắt đầu giảm.
• Vùng hấp thụ trung bình: α lớn và độ truyền
qua giảm do tác động của α.
• Vùng hấp thụ mạnh: độ truyền qua giảm mạnh
chủ yếu do ảnh hưởng của α.
4 k
6/20/2011 19
• Độ truyền qua của đế
• Chiết suất của đế
2
2
1
sT
s
1
2
2
1 1 1
s s
s
T T
6/20/2011 20
Đối với màng điện mơi trong suốt
(hệ số hấp thụ bằng 0)
• Độ truyền qua cực đại của màng:
• Độ truyền qua cực tiểu của màng:
2
2
1M
ST
S
2
4 2 2 2
4
( 1)m
n ST
n n S S
6/20/2011 21
Suy ra chiết suất màng trong vùng truyền suốt là:
Dựa vào điều kiện giao thoa
ta tính được độ dày màng theo cơng thức
6/20/2011 22
2 ( )n d m
Ta cĩ thể dùng cách sau để tính chiết suất của
màng tại vị trí cĩ dao thoa cực đại lẫn cực tiểu:
• Dựa vào phương pháp Swanepoel này ta cĩ thể viết ra
một chương trình để tính chiết suất và độ dày màng
với độ chính xác rất cao.
• Tuy nhiên phương pháp này cĩ một nhược điểm đĩ là
bắt buộc phổ truyền qua dao thoa của chúng ta phải
cĩ ít nhất năm cặp cực đại và cực tiểu.
1
1 2
2 2 2( )n N N s 2 12
2
M m
M m
T T sN s
T T
6/20/2011 23
Mẫu 45
Tmax= 90.2%
Tmin= 68.9%
Hình 2.4: Phổ truyền qua của màng mỏng TiO2 được chế tạo với các thông số:h=4cm, Ip=0.5A, p=13
mtorr, tỉ lệ O2/Ar là 0.06
6/20/2011 24
d=544nm, n=2.29
V.PHƯƠNG PHÁP STYLUS
PHƯƠNG PHÁP STYLUS
I. Sơ lược cấu tạo
II. Nguyên lý hoạt động
II. Ưu nhược điểm của phương pháp STYLUS
PHƯƠNG PHÁP STYLUS
Bộ phận
•camera
•đầu dị
•cảm biến
•đế
CẤU TẠO
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
PHƯƠNG PHÁP STYLUS
TÍN HIỆU AC
CHUYỂN ĐỔI A/D
MẪU
ĐẾ MÁY TÍNH
LVDT
LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL
TRANSFORMER
biến áp biến thiên tuyến tính thẳng
LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER
PHƯƠNG PHÁP STYLUS
ĐO ĐỘ DÀY MÀNG MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP STYLUS
3.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP STYLUS
a.Ưu điểm:
- Đây là phương pháp phổ biến nhất để đo độ dày màng
- Phương pháp này cĩ thể đo một cách trực tiếp độ dày màng khơng thơng qua việc đo
độ truyền qua…Do đĩ cĩ thể xác định độ dày màng một cách nhanh chĩng, tiết kiệm được
thời gian và cơng sức .
- Tính độc lập của bề mặt: Trên cơ sở lập luận rằng mũi dị phải tiếp xúc với bề mặt,
phương pháp này khơng bị ảnh hưởng bởi hệ số phản xạ hay màu sắc của bề mặt.
b. Nhược điểm:
- Rõ ràng việc cĩ thể tiến hành quá trình đo với một lực tác động rất nhỏ của đầu dị là
một điều đáng mơ ước. Việc sử dụng lực mũi dị quá nhỏ thì sự tiếp xúc giữa mũi dị với bề
mặt quá nhỏ khơng đủ để mũi dị cảm ứng được bề mặt làm cho kết quả đo khơng chính
xác. Và tất nhiên sẽ dẫn đến việc làm giảm độ tin cậy của giá trị đo được. Để giải quyết vấn
đề này thì địi hỏi phải cĩ một mơi trường “tĩnh”: khơng nhiễm bẩn, khơng tiếng ồn
- Ngược lại khi sử dụng lực đầu lớn sẽ gây hao tổn
GIỚI THIỆU
VI.Phương pháp xác định tính quang
xúc tác
° Đặc điểm: không độc hại, xúc tác rẻ tiền, oxi
hoá hoàn toàn các chất hữu cơ, có thể tái sử
dụng……
° Cơ chế
OHCORHOH
OHOHh
OHHOH
OOe
22
2
22
Hình 2: Cơ chế phản ứng quang xúc
tác
Cách đo
-Màng mỏng TiO2 được cắt ra thành mẫu đo theo
kích thước 23 x 9 mm. Đánh dấu vị trí đo trên
màng.
-Đo độ truyền qua ban đầu của màng bằng máy
quang phổ kế
-Ngâm mẫu vào dung dịch MB nồng độ 1mM đã
pha trước trong 1h. Chú ý để mặt cĩ màng ở phía
trên để cĩ thể tiếp xúc tốt với dung dịch MB
-Sau 1h lấy mẫu ra, dùng vải sạch lau nhẹ dung
dịch cịn đọng lại trên màng rồi để màng vào một
chiếc hộp, đậy kín lại trong 30 phút.
VI.Phương pháp xác định tính quang xúc
tác
Hình 2.3. Máy quang phổ kế.
Máy này cĩ thể sử dụng để đo độ
truyền qua, độ hấp thụ,nồng độ
của dung dịch hay độ truyền qua,
độ hấp thụ của màng mỏng
-Sau 30 phút, tiến hành đo mẫu. Chú ý bật đèn UV và khởi động
máy đo trước 10 phút để flux của đèn và giá trị của máy ổn định.
-Đo độ truyền qua của màng (sau khi để khơ) được giá trị Ti. Sau
đĩ để màng vào đèn tử ngoại để chiếu UV, cứ cách quãng 5 phút lấy
màng ra đo độ truyền qua được các gia trị Tf. Để hướng mặt cĩ màng
TiO2 vào bên trong khe chiếu để nhận trực tiếp ánh sáng tử ngoại.
-So sánh độ truyền qua của ánh sáng 650 nm trước (Ti) và sau
(Tf) chiếu bức xa UV ta thu được lượng MB bị phân hủy:
ΔABS : lượng MB bị phân hủy
Ti : độ truyền qua của màng trước khi chiếu UV
Tf : độ truyền qua của màng sau khi chiếu UV
Cách đo
ln /f iABS T T
Máy quang
phổ
Kết quả
đo
Biến thế Đèn
Mẫu ngâm MB
Sơ đồ bố trí hệ đo quang xúc tác
Hình 3. Mạch đo gồm đèn và máy biến thế.
VI.Phương pháp xác định tính quang xúc
tác
0.08A(004),A(101)750M32
0.09A(004),A(101)600M37
0.120.178, A(101)450M35
0.20.138, A(101)360M47
0.160.140, A(101)335M45
0.03Vơ định hình200N18
ABSKích thước hạt
(nm)
Bề dày
(nm)
Tên Mẫu
Tìm bề dày tối ưu của màng TiO2 để màng cĩ tính quang xúc tác tốt nhất
Bảng 1
khảo sát sự phân hủy của MB phụ thuộc vào bề dày màng
và tìm ra kết quả như trong bảng 1.
Hình 1:Phổ nhiễu xạ tia X của màng TiO2 với các
bề dày khác nhau.
Ứng Dụng Các Phép Đo
• Từ bảng 1 ta nhận thấy, màng cĩ bề dày khoảng 360nm cĩ độ phân hủy
MB cao nhất.
• Kết hợp phổ nhiểu xạ Tia X-hình 1, ta rút ra kết luận rằng, màng cĩ bậc
tinh thể anatase thấp ứng với bề dày ngưỡng ~360nm cĩ tính quang xúc tác
tốt nhất.
– Điều này giải thích rằng: màng cĩ cấu trúc tinh thể vơ định hình khi bề
dày nhỏ hơn bề dày ngưỡng, khi đĩ diện tích hiệu dụng bề mặt nhỏ nên
quang xúc tác kém.
– Khi bề dày lớn hơn bề dày ngưỡng, chiều dài khuyếch tán bị giới hạn,
và cặp điện tử lỗ trống ở độ sâu này khơng cĩ cơ hội tới bề mặt trước
khi bị tái hợp. Vì vậy, màng đạt được bề dày ngưỡng, sẽ giảm tối đa số
điện tử, lỗ trống bị tái hợp trước khi khuyếch tán đến bề mặt. Ngồi ra,
bề dày ngưỡng đủ lớn để hình thành nên tinh thể Anatase.
Tìm bề dày tối ưu của màng TiO2 để màng cĩ tính
quang xúc tác tốt nhất
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Chuyên đề VẬT LÍ ỨNG DỤNG MÀNG QUANG HỌC.pdf