Tổng hợp, khảo sát và so sánh hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt dưới ánh sáng khả kiến của vật liệu ZRN và TIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

HOÀNG THỊ HẰNG

TỔNG HỢP, KHẢO SÁT VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT

CHUYỂN ĐỔI QUANG NHIỆT DƯỚI ÁNH SÁNG

KHẢ KIẾN CỦA VẬT LIỆU ZRN VÀ TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN

Bình Định - Năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

HOÀNG THỊ HẰNG

TỔNG HỢP, KHẢO SÁT VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT

CHUYỂN ĐỔI QUANG NHIỆT DƯỚI ÁNH SÁNG

KHẢ KIẾN CỦA VẬT LIỆU ZrN VÀ TiN

Chuyên ngành : Vật lý chất rắn

Mã số : 8440104

Người hướng dẫn : TS. Lê Thị Ngọc Loan

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả của đề tài “Tổng hợp, khảo sát

và so sánh hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt dưới ánh sáng khả kiến của

vật liệu ZrN và TiN” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng

dẫn của TS. Lê Thị Ngọc Loan, tài liệu tham khảo đã được trích dẫn đầy đủ.

Tác giả luận văn

Hoàng Thị Hằng

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu là hoàn thành luận văn, tôi đã nhận

được rất nhiều sự góp ý, hỗ trợ, chỉ bảo nhiệt tình của quý thầy cô giáo, các

đồng nghiệp, bạn bè và người thân.

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS. Lê Thị Ngọc

Loan - người đã hướng dẫn trực tiếp tôi tỏng suốt quá trình học tập, động viên

và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi được tiếp cận các cơ hội học tập, trải

nghiệm và thực hiện đề tài luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Vật lý – Khoa học vật

liệu, Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn. Những kiến thức

mà các thầy cô đã truyền đạt là nền tảng tri thức vững chắc cho tôi trong quá

trình học tập cũng như sau khi ra trường. Tôi nhận được rất nhiều sự quan tâm,

giúp đỡ, ân cần chỉ bảo và nhiệt tình giảng dạy của quý thầy cô.

Xin được gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Phòng thí nghiệm Vật lý

chất rắn, Trường Đại học Quy Nhơn, Cô Lê Thị Thanh Liễu bộ môn Hóa học,

Phòng thí nghiệm trường Đại học Phenikaa, Đại học Bách khoa Hà Nội đã hỗ

trợ và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm thí nghiệm, khảo sát, hoàn thành

luận văn.

Xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup đã

trao học bổng đào tạo Thạc sĩ, và đồng hành cùng tôi, giúp tôi có cơ hội và điều

kiện tốt nhất để học tập, nghiên cứu, có cơ hội tham gia các hội nghị, hội thảo

khoa học trong nước, và luôn theo dõi kết quả học tập và nghiên cứu của tôi.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân của mình đã luôn bên cạnh,

giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Cảm ơn tập thể lớp Cao học Vật lý chất rắn Khóa 23 đã đồng hành cùng tôi

trong hai năm học vừa qua.

Xin trân trọng cảm ơn!

Học viên

Hoàng Thị Hằng

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài............................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................... 4

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................... 4

4. Phương pháp nghiên cứu................................................................... 5

5. Cấu trúc luận văn............................................................................... 5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT................................................ 6

1.1. Tổng quan về vật liệu titanium oxide, titanium nitride..................... 6

1.1.1. Tổng quan về vật liệu titanium oxide ......................................... 6

1.1.1.1. Một số tính chất của vật liệu titanium oxide ......................... 6

1.1.1.2. Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano titanium oxide .. 9

1.1.2. Tổng quan về vật liệu titanium nitride...................................... 10

1.1.2.1. Tính chất vật lý của titanium nitride:................................... 10

1.1.2.2. Tính chất hóa học của titanium nitride: ............................... 12

1.1.3. Một số phương pháp chế tạo vật liệu titanium nitride .............. 12

1.1.3.1. Phương pháp tổng hợp TiN bằng lò phản ứng nhiệt plasma..12

1.1.3.2. Phương pháp tổng hợp TiN bằng phản ứng tự duy trì........ 13

1.1.3.3. Phương pháp tổng hợp TiN ở nhiệt độ thấp........................ 14

1.1.3.4. Phương pháp nito hóa trực tiếp từ TiO2 (CVD).................. 14

1.1.3.5. Phương pháp tổng hợp TiN bằng kỹ thuật trào ngược ....... 15

1.1.3.6. Phương pháp tổng hợp TiN từ phản ứng titan và ure ......... 15

1.1.3.7. Phương pháp tổng hợp TiN từ titan oxit với natri amit ...... 16

1.1.4. Một số ứng dụng của vật liệu titanium nitride.......................... 16

1.1.4.1. Ứng dụng của vật liệu khối TiN........................................... 16

1.1.4.2. Ứng dụng của vật liệu TiN kích thước nano ....................... 17

1.2. Tổng quan về vật liệu zirconium oxide, zirconium nitride ............. 18

1.2.1. Tính chất vật liệu zirconium oxide ........................................... 18

1.2.1.1. Một số tính chất của vật liệu zirconium oxide .................... 19

1.2.1.2. Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano ZrO2 ................ 22

1.2.2. Tổng quan vật liệu zirconium nitride........................................ 23

1.2.2.1. Tính chất vật lý của zirconium nitride ................................. 23

1.2.2.2. Tính chất hóa học của zirconium nitride ............................. 25

1.2.3. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu ZrN ............................. 25

1.2.3.1. Tổng hợp ZrN bằng phương pháp nitrat hóa trực tiếp kim

loại Zr với Nitơ ..................................................................................... 25

1.2.3.2. Tổng hợp ZrN bằng phương pháp nghiền bi phản ứng năng

lượng cao (RBM) .................................................................................. 27

1.2.3.3. Tổng hợp ZrN bằng phương pháp plasma vi sóng . ........... 27

1.2.3.4. Tổng hợp ZrN bằng phương pháp nhiệt benzen ................ 28

1.2.3.5. Tổng hợp ZrN bằng phương pháp nitrat hóa nhôm ........... 29

1.2.3.6. Tổng hợp ZrN bằng quá trình khử nhiệt magie ................. 30

1.2.4. Một số ứng dụng của vật liệu ZrN............................................ 30

1.3. Một số tính chất đặc trưng của vật liệu có kích thước nano ........... 31

1.3.1. Hiệu ứng bề mặt........................................................................ 31

1.3.2. Kích thước tới hạn..................................................................... 32

1.4. Phương pháp khảo sát vật liệu kích thước nano.............................. 33

1.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).......................................... 33

1.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis)......... 35

1.4.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)......................... 36

1.4.4. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) ........................................ 37

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................. 38

2.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm........................................................ 38

2.1.1. Thiết bị thí nghiệm.................................................................... 38

2.1.2. Dụng cụ thí nghiệm................................................................... 40

2.2. Hóa chất........................................................................................... 40

2.3. Quy trình tổng hợp mẫu .................................................................. 41

2.3.1. Quy trình tổng hợp TiN............................................................. 41

2.3.2. Quy trình tổng hợp ZrN ............................................................ 42

2.4. Quy trình khảo sát hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt ..................... 43

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................. 45

3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu TiN......................................................... 45

3.1.1. Khảo sát bằng hình ảnh quang học ........................................... 45

3.1.2. Khảo sát bằng ảnh SEM............................................................ 46

3.1.3. Khảo sát bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)................. 47

3.1.4. Khảo sát bằng phổ XRD ........................................................... 48

3.1.5. Khảo sát bằng phổ UV-Vis....................................................... 50