Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
Mở đầu
Vật liệu ụ xớt bỏn dẫn đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều
trong lĩnh vực chế tạo các linh kiện cảm biến. Các công trình khoa học nghiên
cứu cũng như các sản phẩm trên cơ sở vật liệu loại này được công bố ngày càng
nhiều. Hiện nay nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước tiếp tục
khám phá nhằm đạt được các loại cảm biến có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu
trong cuộc sống. Trong số đó, vật liệu SnO
2
tỏ ra là vật liệu có triển vọng cao và
chiếm ưu thế trong các sản phẩm đã được thương mại hoá, đặc biệt là trong lĩnh
vực cảm biến khí.
Trong những năm gần đây, vật liệu có cấu trúc nano cho nhiều tính chất thú
vị, mở ra con đường mới cho ngành khoa học vật liệu. Vật liệu cấu trúc nano có
mặt ngày càng nhiều trong những sản phẩm chất lượng cao trên thị trường.
Những năm gần đây nhu cầu về thiết bị báo cháy, báo độc đối với khí gas
và khí hầm mỏ là hết sức cấp thiết. Vật liệu SnO
2
cấu trúc nano được biết đến
như là loại vật liệu có thể sử dụng để chế tạo cảm biến loại khí này nên việc
nghiên cứu công nghệ chế tạo rẻ tiền, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam là cần
thiết.
Mục tiêu của bản luận án đề ra là chế tạo thành công SnO
2
cấu trúc nano
phục vụ cho việc chế tạo cảm biến nhạy khí, đồng thời khảo sỏt tớnh nhạy và sự
phụ thuộc các yếu tố liên quan lên độ nhạy của vật liệu SnO
2
. Việc nghiên cứu

 Anion O
2-
chiếm các vị trí ±(u,u,0) và ±(1/2+u,1/2-u,1/2)
Trong đó u là thông số nội có giá trị 0,307
 Thông số mạng: a=b= 4.7384 Å và c= 3.1871 Å
 c/a =0.6726
Khi
nghiên cứu vi
cấu trúc của vật
liệu SnO
2
người ta thường
sử dụng các
phương pháp
phân tích,
thông dụng là
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
2
Hình I.2. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu SnO
2
2θ (
0
)
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X. Hình I.2 đưa ra phổ nhiễu xạ tia X.
Trờn hỡnh phổ nhiễu xạ với SnO
2


I.1.2.1. Phương pháp sol gel
Phương pháp sol gel được biết đến như là một phương pháp hoá học tốt
tạo các hạt SnO
2
[4]. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như dễ làm, ổn định và
có thể pha một số tạp tương đối dễ dàng và độ ổn định và đồng đều của vật liệu
cao. Quá trình tạo SnO
2
gồm quá trình tạo sol và quá trình tạo gel. Sol là một
dung dịch huyền phù bền vững của các hạt kích thước từ 10
-9
m đến 10
-6
m phân
tán trong môi trường lỏng. Chuyển động Brown tạo nên độ bền của sol. Còn gel
là hệ phân tán trong đó pha phân tán và môi trường phân tán đồng đều vào nhau.
Để tạo vật liệu SnO
2
người ta thường đi từ muối như SnCl
4
cho phản ứng với
NH
4
OH hay NH
4
HCO
3
[5].
Quy trình tạo sol SnO

thường = 0.2M) sử dụng khi tạo gel được dễ dàng, gel không quá đậm đặc, dễ sử
dụng cho các bước tiếp theo. Dung dịch NH
4
OH được nhỏ dần để đảm bảo phản
ứng xảy ra hoàn toàn và đồng đều trong toàn dung dịch.
Kết tủa sau phản ứng (wet gel) SnO
2
.nH
2
O được thu bằng phương pháp
lọc hay lắng đọng bằng kỹ thuật ly tâm. Quá trình thu rửa gel ướt thường được
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
3
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
thực hiện vài lần để đảm bảo loại bỏ hết ion không cần thiết như ion Cl
-
.
Sol được tạo bằng cách phân tán gel trong nước và khống chế pH phù hợp
bằng dung dịch NH
4
OH. Tuỳ theo hàm lượng gel hay nói cách khác –hàm lượng
SnO
2
mà ta có được các sol với nồng độ SnO
2
khác nhau. Các sol này có thể
dùng để chế tạo màng nhờ kỹ thuật quay phủ ly tâm (spincoating) hoặc kỹ thuật

I.1.2.4. Phương pháp phún xạ (sputtering)
Phương pháp phún xạ dựa trên sự bắn phá của chùm tia ion năng lượng
cao vào bia chứa vật liệu lắng đọng. Cấu trúc oxit kim loại thu được phụ thuộc
vào đế sử dụng cho quá trình lắng đọng. Phương pháp này có ưu điểm là cho
phép điều khiển chính xác độ dày lớp bán dẫn [8].
I.1.2.5. Phương pháp ốc đảo và oxy hoá nhiệt (RGTO - Rheotaxial Growth
and Thermal Oxidation)
Phương pháp này có hai bước chính [9], đầu tiên kim loại Sn được bay hơi
lên đế có nhiệt độ đế lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của Sn (Ts ằ 250
o
C > Tm =
232
o
C). Dưới điều kiện này, hơi Sn có xu hướng tạo thành từng đỏm cú hình
dạng giọt cầu tách rời nhau. Trong bước kế tiếp, những giọt Sn được oxy hoá
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
4
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
bằng cách ủ nhiệt trong không khí với nhiệt độ trong giải từ 500-700
o
C, và màng
SnO
2
tinh thể được hình thành.
Ngoài các kỹ thuật kể trên, màng mỏng SnO
2
có thể tạo bằng một số kỹ

bằng cách điều khiển năng lượng bắn ion. Tuy nhiên nhược điểm của phương
pháp này là khá đắt tiền và khi thực hiện việc bắn phá vật liệu nền có thể gây ra
các sai hỏng không mong muốn của vật liệu nền.
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
5
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
I.1.3.3. Phương pháp thấm (impregnation)
Vấn đề chủ yếu của phương pháp này là làm bay hơi dung dịch kim loại
ban đầu [12]. Dung dịch chứa ion kim loại cần đưa vào được trộn với bột ụ xớt
bỏn dẫn và được làm bay hơi thành chất khô, theo cách đó muối của kim loại kết
tủa từ dung dịch bão hoà. Như vậy, không cần nung chúng ta cũng có được trạng
thái oxit của muối kim loại.
I.1.3.4. Phương pháp điện hoá (Electroless)
Phương pháp này dựa trên phản ứng điện hoá tự phát [13]. Do đó, khi muối
kim loại của chất xúc tác được trộn với dung dịch khử thích hợp, kim loại được
khử từ trạng thái oxi hoá trong muối thành kim loại khi cú cỏc điều kiện thích
hợp.
I.1.4. Các phương pháp tạo màng
I.1.4.1. Phương pháp nhúng phủ (dip-coating)
Dip-coating là một phương pháp tạo màng mỏng có độ đồng đều về bề dày
khá hiệu quả. Mô tả quá trình tạo màng bằng phương pháp dip-coating như sau:
Mẫu cần phủ màng có một đầu được gắn cố định với một mô tơ. Mô tơ có
thể điều khiển quay ở các tốc độ quay khác nhau. Nhúng mẫu vào trong dung
dịch sol (Hình I.3a), cho mô tơ quay và kéo từ từ mẫu lên với tốc độ nhỏ (Hình
I.3b). Khi mẫu ra khỏi dung dịch kèm theo một lớp mỏng vật liệu bỏm trờn bề
mặt mẫu (Hình I.3c). Độ nhớt của sol và tốc độ kéo được điều chỉnh để được
màng mỏng mong muốn. Mẫu được lấy ra để xử lý các bước tiếp theo.

Phương pháp này có ưu điểm chế tạo màng dày đồng đều và nhanh chóng,
kỹ thuật đơn giản và tiện lợi. Màng thường có độ dày từ vài micro mét đến hàng
trăm micro mét.
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
7
Dung dịch sol
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
I.2. Cảm biến khí và cỏc thụng số đặc trưng
I.2.1. Cảm biến khí
I.2.1.1. Giới thiệu chung
Cảm biến khí và lĩnh vực cảm biến đang ngày càng có một tầm quan trọng
trong cuộc sống. Từ khi tác giả đầu tiên là Seijama và Taguchi tiến hành nghiên
cứu và ứng dụng đưa vào cuộc sống năm 1962, cảm biến khớ đó lôi kéo được
nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Khi công nghiệp tự động hoá ngày
càng nhiều, môi trường sống và làm việc cần được bảo đảm an toàn hơn thì lĩnh
vực cảm biến là một phần không thể thiếu, trong đó có cảm biến khớ. Cỏc lĩnh
vực mà cảm biến đóng một vai trò quan trọng như trong y học, trong an toàn,
trong kiểm tra chất lượng khí trong nhà, điều kiển môi trường, trong sản xuất
công nghiệp,…
Việc chế tạo cảm biến dựa trên nhiều nguyên lý khác nhau: thay đổi trở
kháng, điện hoá, quang, quang hóa, quang điện hóa, hiệu ứng từ,… Tuy nhiên
cảm biến thay đổi điện kháng mà chủ yếu là điện trở đã và đang sử dụng rộng rãi
với một vài ưu điểm của nó như đơn giản, rẻ tiền,…
Trong các loại vật liệu để chế tạo cảm biến thay đổi độ dẫn thì vật liệu
oxide bán dẫn được dùng rộng rãi nhất. Đặc biệt là SnO
2
có khả năng nhạy với

đối với các loại khí khác nhau
Loại khí Cấu tạo vật liệu Khoảng nhiệt độ làm
việc(
o
C)
H
2
Gốm SnO
2
(SO
2
) 370-420
Sợi SnO
2
500-520
SnO
2
[Pd] 120-500
Gốm SnO
2
[Ag] 30-130
NH
3
Màng dày SnO
2
250-320
Màng dày SnO
2
+ThO+SiO
2

2
500
Màng dày SnO
2
[Pd] 390-480
Gốm SnO
2
310-410
AsH
3
Màng SnO
2
420
H
2
S Màng dày SnO
2
120
NO
2
, NO
Màng SnO
2
100-200
Màng dày SnO
2
[Bi
2
O
3

Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
9
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
Từ các khảo sỏt trờn của các nhà khoa học ta có thể chọn được cách thức
và định hướng cho nghiờn cứu một cách hiệu quả hơn. Ta sẽ xem xét cỏc khớa
cạnh khác của một cảm biến điện trở trong các phần sau.
I.2.1.2. Cấu tạo của cảm biến khí dạng điện trở
Các nhà nghiên cứu về cảm biến khí dạng điện trở đã đưa ra nhiều hình
dạng và kiểu dáng khác nhau [15]. Thông thường cảm biến khí điện trở được
phân ra làm hai loại chính: cảm biến khí dạng khối và cảm biến khí dạng màng
(màng dày cỡ vài µm đến vài chục µm, màng mỏng cỡ vài trăm nm). Hình I.5
đưa ra các dạng lớp vật liệu nhạy khớ trờn cơ sở vật liệu oxide bán dẫn.
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
10
Hình I.6. Sự thay đổi điện trở cảm biến
khi có mặt của khí khử
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
(a) dạng khối (b) dạng màng
Hình I.5 Các loại cảm biến nhạy khớ trờn cơ sở vật liệu oxide bán dẫn
Thông thường linh kiện cảm biến khí bao gồm các bộ phận chính sau:
- Điện cực: dùng để cấp dòng điện và lấy tín hiệu điện ra.
- Lò vi nhiệt: Dùng để cung cấp nhiệt độ cho cảm biến đạt đến nhiệt độ
làm việc (nhiệt độ làm việc của cảm biến khí thường lớn hơn nhiệt độ môi
trường).

Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
Ống
gốm
Dây Pt
(a)
Điện
cực Pt
Đế SiO
2
11
Ống
gốm
Dây Pt
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
biến.
- Tính ổn định: Là khả năng làm việc ổn định của cảm biến sau thời gian dài sử
dụng. Kết quả đo cho giá trị như nhau trong các điều kiện môi trường như nhau
trong một thời gian dài.
I.2.2. Các cơ chế nhạy
I.2.2.1. Cơ chế nhạy bề mặt
Vật liệu SnO
2
dùng làm lớp nhạy khí bao gồm các hạt nờn cỏc hạt dẫn
phải chuyển qua biên giới các hạt. Do các nguyên nhân khác nhau mà trờn biờn
hạt tồn tại một rào thế (rào thế Schottky) ngăn cản sự dịch chuyển của các hạt
dẫn [15]. Khi ở nhiệt độ làm việc thấp thì cơ chế nhạy bề mặt đóng vai trò quyết
định tới độ dẫn của màng do cỏc phõn tử khớ không khuếch tán được vào bên

2
-
(α
2
), nhiệt độ lên
cao hơn thỡ cú hấp phụ dạng O
-
(β). Dạng O
- -
chỉ xuất hiện khí nhiệt độ trên
550
o
C
Khi cho vào môi trường khí khử thì xảy ra phản ứng giữa Oxy hấp phụ và
khớ đú. Vớ dụ nếu dạng Oxy là O
-
và khí khử là khí Hydro thì xảy ra phản ứng
như sau:
H
2
+ O
-
=> H
2
O + e
-
(1.3)
Khi không có Oxy hấp phụ trước thì xảy ra phản ứng
H
2

O
-

O
-

O
-

O
-

O
-

O
-

O
-

O
-

O
-

O
-


−
2
O
) phản ứng tạo thành các Oxy của mạng tinh thể (O
la
) theo phản
ứng sau:
−
2
O
+e = O
-
(1.5)
O
-
+ e = O
- -
(1.6)
O
- -
+ V
o
+ 2e = O
la
(1.7)
Do đó nồng độ điện tử giảm, dẫn tới độ dẫn khối giảm nhanh. Ta có thể tính toán
sự phụ thuộc độ dẫn vào áp suất riêng phần theo công thức sau:
( )
m
PkT

gg )(2)(2
(1.10)
−−
+=+
eOHHO
gg
2
)(2)(2
2
(1.11)
Do đó nồng độ điện tử tăng, dẫn tới độ dẫn khối tăng mạnh. Ta cũng có thể tính
toán sự phụ thuộc độ dẫn vào áp suất riêng phần theo công thức sau:
( )
n
H
PkT
A
EA
/1
2
/exp
−=
σ
Với n=1/2,1,2 tuỳ vào dự đoán loại Oxy hấp phụ.
I.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính nhạy khí
Khi nghiên cứu và khảo sát cảm biến khớ trờn cơ sở vật liệu SnO
2
người
ta nhận thấy tính nhạy khí phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế tạo cũng như việc
xử lý mẫu, kích thước hạt, chiều dày màng, nhiệt độ làm việc,

Trong thực tế các hạt tinh thể được nối với nhau bằng nhiều cổ và một vài
biên giới hạt. Do đó sẽ có sự phụ thuộc độ nhạy vào kích thước hạt như sau:
Hình I.9. Sự phụ thuộc độ nhạy vào kích thước cổ hạt
- Khi D<2L thì toàn bộ hạt là vùng nghèo điện tử khi hấp phụ Oxy trên bề
mặt, độ nhạy phụ thuộc vào kích thước
hạt, độ nhạy tăng mạnh khi đó độ nhạy
phụ thuộc vào kích thước hạt. Thời gian
đáp ứng nhanh do khí nhanh chóng khuếch
tán vào toàn bộ hạt.
- Khi D≥2L thì quy luật độ nhạy
được biểu diễn như mô hình cổ. Ảnh
hưởng của cỏc biờn hạt không nhiều như
ảnh hưởng của độ rộng cổ. Tuy nhiên khi
kích thước hạt lớn thỡ cú sụ tham gia của
biờn cỏc hạt làm thay đổi độ dẫn, do đó độ nhạy không giảm nhanh như mô hình
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
15
Hình I.10. Mô hình ảnh hưởng của
kích thước hạt
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
cổ ở trên. Độ nhạy không cao lắm.
- Khi D>>2L thì lúc này ảnh hưởng của cổ không nhiều bằng ảnh hưởng
của biờn cỏc hạt. Độ nhạy phụ thuộc vào biên giới hạt. Độ nhay thấp.
Hình I.11 chỉ ra số liệu thực nghiệm đã được nghiên cứu trên cơ sở vật liệu
SnO
2
khi khảo sát với khí CO và khí H

/R
g
)
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
I.2.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc
Nhiệt độ làm việc là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến độ nhạy của cảm
biến. Thông thường đối với một cảm biến thỡ luụn cú một nhiệt độ mà tại đó độ
nhạy đạt giá trị lớn nhất gọi là T
M
. Đường độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ làm
việc thường có dạng như hình I.12 [18].
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ này có thể do nhiều nguyên nhân, một số người
đã giải thích như sau:
- Đầu tiên sự thay đổi theo
nhiệt độ là do số lượng các Oxy hấp
phụ và loại Oxy hấp phụ.
- Một mặt khi nhiệt độ tăng
thì làm tăng khả năng phản ứng của
Oxy hấp phụ với khí đo (ở đây là
khí khử) nhưng đồng thời lại có sự
khuếch tán Oxy nhanh ra ngoài làm
giảm độ dẫn khối của vật liệu.
- Một điểm nữa khi thay đổi
nhiệt độ đó là khả năng khuếch tán của khí đo vào trong khối vật liệu. Khi nhiệt
độ tăng thì tăng hệ số khuếch tán của khí vào trong khối cảm biến nhưng đồng
thời cũng tăng khả năng khí khuếch tán ngược trở lại môi trường.
Vỡ các lý do đú nờn đối với từng loại khí đo, từng loại vật liệu, kích thước
hạt, kích thước cảm biến mà ta có một nhiệt độ tối ưu cho độ nhạy khí.

+ Cơ chế nhạy điện tử
Dựa trên sự tác động điện tử trực tiếp giữa kim loại thêm vào và bề mặt
bán dẫn. Trạng thái oxy hoá của kim loại thêm vào thay đổi theo áp suất xung
quanh, trạng thái điện tử của bán dẫn sẽ thay đổi tương ứng. Sự oxy hoá kim loại
sinh ra lớp khuyết điện tử (lỗ trống) bên trong bán dẫn, làm thay đổi độ dẫn của
bán dẫn. Tuy nhiên những điện tích này biến mất khi oxit kim loại (chất thêm) bị
khử thành kim loại (ta thấy Pt không hình thành oxit ở điều kiện này )
Ví dụ: Ag, Pd pha vào SnO
2
.
Ngoài ra việc pha tạp vào oxide bán dẫn cũng làm thay đổi nhiệt độ làm
việc tối ưu (nhiệt độ tại đú cú độ nhạy lớn nhất) của cảm biến. Hình I.14 mô tả sự
ảnh hưởng của các tạp đến độ nhạy và nhiệt độ làm việc tối ưu. [19]
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
18
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
Hình I.14. Độ nhạy ứng với cỏc khớ H
2
(0.8%), CH
4
(0.5%),
C
3
H
8
(0.2%), CO(0.02%). Với nồng độ pha tạp 0.5wt%
Tóm lại việc pha tạp vào vật liệu của cảm biến rất quan trọng, nó làm thay

8
Độ nhạy với
0.5% CH
4
Không tạp 4(200) 37(200) 49(350) 20(450)
Mn(2%) 1 3(300) 3(300) 2(450)
Co(2%) 1 3(300) 2(300) 2(400)
Ni(2%) 7(150) 169(250) 67(300) 9(350)
Cu(0.5%) 7(150) 98(300) 48(325) 20(350)
Ru(0.5%) 2(150) 63(150) 67(150) 3(300)
Rh(2%) 1 11(150) 4(200) 3(300)
Pd(0.5%) 12(RT) 119(150) 75(250) 20(325)
Ag(0.5%) 8(100) 666(100) 89(350) 24(400)
Pt(0.5%) 136(RT) 3600(RT) 38(275) 19(300)
La
0.6
Sr
0.4
CoO
3
(2%) 34(100) 184(250) 71(250) 9(350)
I.2.3.4. Ảnh hưởng của chiều dày
Trong cỏc kớch thước hình học của cảm biến thì bề dày màng là yếu tố
quan trọng nhất. Bề dày màng ảnh hưởng rất lớn đến độ nhạy cũng như thời gian
hồi đáp [20].
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
19
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2

Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
I.3. Các kỹ thuật dùng trong nghiên cứu
I.3.1. Phương pháp phõn tích nhiệt
Tính chất vật lý của các mẫu được xác định như một hàm của nhiệt độ,
trong đó mẫu chịu tác dụng của sự thay đổi nhiệt độ có kiểm soỏt. Tớnh chất
được xác định bao gồm: nhiệt độ chuyển pha, khối lượng mất đi, năng lượng
chuyển pha, biến đổi về kích thước, ứng suất, tính chất nhớt, đàn hồi. Ta có hai
cách phân tích nhiệt là phân tích nhiệt vi sai, phân tích nhiệt quét vi sai (DTA và
DSC) và phân tích nhiệt nhiệt trọng lượng (TGA)
Hình I.17 Sơ đồ mô tả hệ phân tích nhiệt DTA/DSC
DTA (Differential Thermal analysis): Nhiệt độ của mẫu đo và của mẫu
chuẩn (trơ về nhiệt để so sánh) được đo như một hàm của nhiệt độ mẫu. Mọi
trạng thái chuyển pha của mẫu đo sẽ là kết quả của quá trình giải phóng hoặc thu
nhiệt bởi mẫu, điều này sẽ tương ứng với đạo hàm của nhiệt độ được xác định từ
mẫu chuẩn. Khoảng thay đổi nhiệt độ vi phân (∆T) đối với nhiệt độ điều khiển T
mà tại đó toàn bộ hệ thay đổi sẽ cho phép phân tích nhiệt độ chuyển pha và xác
định đây là quá trình chuyển pha toả nhiệt hay thu nhiệt.
Hình I.18 Sơ đồ hệ cung cấp nhiệt và đầu đo của hệ DTA
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
Bộ khuếch đại
Bộ điều khiển
0,1
o
C-10
o
C/phút
10

thời gian và theo nhiệt độ do quá trình khử nước hoặc phân ly. Đường phổ TGA
đặc trưng cho một hợp chất hoặc một hệ đo thứ tự của các phản ứng hoá học xuất
hiện tại một khoảng nhiệt độ xác định là một hàm cấu trỳc phõn tử. Sự thay đổi
khối lượng là kết quả quỏ trình đứt gãy hoặc hình thành vô số cỏc liên kết vật lý
và hoá học tại một nhiệt độ gia tăng dẫn đến sự bay hơi của các sản phẩm hoặc
tạo thành các sản phẩm nặng hơn.
Các dữ liệu thu được liên quan đến nhiệt động học và động năng của các
dạng phản ứng hoá học, cơ chế phản ứng, các phản ứng trung gian và phản ứng
cuối cùng.
Thường sử dụng các đường đạo hàm để chỉ các điểm mất hoặc tăng khối
lượng để tăng độ phân giải.
I.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X
Phương pháp nhiễu xạ tia X là một trong các phương pháp để xác định cấu
trúc của vật liệu. Nguyên tắc đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) là hiện tượng tán xạ
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
Nguồn nhiệt
S R
Cảm biến
22
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
của tia Rơn-gen bởi cỏc nguyờn tử trong tinh thể. Các tia tán xạ này giao thoa với
nhau và tạo ảnh nhiễu xạ tia X.
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể cấu tạo từ những nguyên tử
hay ion phân bố một cách tuần hoàn trong không gian theo quy luật xác định.
Cỏc nguyờn tử hay ion tạo thành các mặt mạng song song và cách đều nhau. Do
đó các tia tán xạ sẽ có cực đại giao thoa (peak) theo phương thoả mãn điều kiện
tán xạ Bragg. Công thức Bragg xác định ảnh tia X

VLKT-K45
23
Nghiên cứu công nghệ chế tạo và tính chất vật liệu SnO
2
cấu trúc nano
Năng lượng liên kết của điện tử E
B
là một thông số thống nhất, đặc trưng
cho điện tử của nguyên tử và năng lượng nguyên tử. Mối liên hệ giữa cỏc thụng
số trong phổ XPS như sau:
E
B
=hν- E
K
- W (1.14)
Trong đó: hν: là năng lượng của tia X chiếu vào
E
K
: là động năng của quang điện tử (xác định bởi hệ đo phổ)
W: là cụng thoỏt của phổ kế
Khi ba thông số bên vế phải được xác định thông qua phép đo thực nghiệm, năng
lượng liên kết của điện tử được xác định. Trong thực tế, nhiệm vụ này được thực
hiện thông qua hệ phổ kế đi kèm với hệ thống điện tử điều khiển để chọn thang
của năng lượng liên kết hoặc động năng để có thể khảo sát tốt hơn. Phổ quang
điện tử sẽ tái tạo lại cấu trúc điện tử của nguyên tử, nguyên tố hoàn toàn chính
xác với tất cả các điện tử có năng lượng liên kết nhỏ hơn năng lượng của photon.
Qua đó ta sẽ nhận được một số thông tin quan trọng về mẫu nghiên cứu như:
- Cỏc nguyên tố có mặt trong mẫu
- Hàm lượng phần trăm của cỏc nguyờn tố trong mẫu
- Trạng thỏi hoỏ học của cỏc nguyờn tố có mặt

Hình I.20. Sơ đồ mô tả kính hiển vi lực nguyên tử AFM
Chựm sáng laser từ 2 được chiếu vào một điểm trên đầu lò xo lá 1 và phản
xạ lên gương 3 tạo thành chùm phân kỳ đến đầu thu 4. Ở phương pháp lực không
đổi, tại một giá trị lực xác định thì ánh sáng đến đều trên hai detector của đầu thu
4. Khi đầu dũ quột trờn bề mặt mẫu sẽ làm thay đổi lực và do đó thay đổi độ
cong của lò xo lá làm cho đầu thu 4 cú tớn hiệu vi sai. Tín hiệu này được khuếch
đại qua bộ khuếch đại 5 và được đưa về máy tính để thay đổi vị trí mẫu. Sự thay
đổi này chính là sự thay đổi địa hình của bề mặt mẫu. Độ phân giải của ảnh phụ
thuộc vào kích thước đầu dò và chế độ chụp ảnh.
Ngoài việc chụp được ảnh ba chiều bề mặt thỡ kớnh hiển vi lực nguyên tử
có thể chụp được ảnh pha của bề mặt.
+ Phương pháp chụp ảnh SEM (Scanning Electronic Microscopy)
Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét SEM dựa vào cỏc tớn hiệu
phát sinh do tương tác của chùm điện tử với vật chất. Khi chiếu chùm tia điện tử
vào mẫu ta xuất hiện cỏc tớn hiệu như điện tử tán xạ ngược, điện tử thứ cấp, điện
tử hấp phụ, điện tử Auger, tia X và huỳnh quang catot. Cỏc tớn hiệu có thể thu
được một cách nhanh chóng và chuyển thành tín hiệu điện để tạo ảnh tương ứng.
Thông thường ta thu các điện tử phát xạ từ bề mặt mẫu để thu hình ảnh bề mặt
mẫu. Sơ đồ mô tả hoạt động của kính hiển vi điện tử quét như hình I.21.
Nguyễn Anh Phúc Đức Lớp KSTN-
VLKT-K45
Máy
tính
1
2
3
4
5
Hiển
thị