Nghiên cứu chế tạo màng dẫn điện trong suốt TiO2 pha tạp ứng dụng cho cửa sổ kính nhằm chống nóng và chống bẩn

Nhằm nghiên cứu chế tạo màng đa chức năng TiO2 pha tạp kim loại vừa có tính dẫn điện trong suốt, vừa có tính quang xúc tác, để ứng dụng cho cửa sổ kính nhằm chống nóng và chống bẩn, nhóm nghiên cứu do TS. Hoàng Ngọc Lam Hương, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đứng đầu đã thực hiện đề tài: “Giải pháp tiết kiệm năng lượng: nghiên cứu chế tạo màng dẫn điện trong suốt TiO2 pha tạp ứng dụng cho cửa sổ kính nhằm chống nóng và chống bẩn”.

Nghiên cứu này tập trung vào màng TiO2 pha tạp kim loại được chế tạo bằng phương pháp đồng phún xạ với mục địch tạo ra một màng mỏng đa chức năng, cụ thể ở đây là màng TiO2 pha tạp Nb và Ta. Để cải thiện hơn nữa tính chất của màng, Ag đã được thêm vào. Màng được khảo sát các tính chất về cấu trúc, điện, quang, quang xúc tác và hiệu ứng chống nóng.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, nhóm đề tài đưa ra một số kết luận như sau:

1. Màng đồng phún xạ TiO2 pha tạp Ta (TTO):

Màng TTO đã được chế tạo thành công bằng phương pháp đồng phún xạ với cấu trúc đa tinh thể pha anatase, độ truyền qua đạt 90% trong vùng thấy được, điện trở suất 1 × 10-2 Ωcm, nồng độ hạt tải 1.2 × 1020 cm-3. Việc thêm Ta bằng cách tăng thời gian đồng phún xạ không cải thiện hơn nữa tính chất điện của màng, nhưng lại giảm độ truyền qua trong vùng nhìn thấy. Tuy vậy, màng chưa đạt yêu cầu của màng dẫn điện trong suốt với điện trở suất trong bậc 10-4 Ωcm, và chưa đạt yêu cầu của màng chắn nhiệt với nồng độ hạt tải ở bậc 1021 cm-3. Vì vậy, cần phải cải tiến và thay đổi phương pháp chế tạo màng nhằm đạt được màng theo yêu cầu.

2. Màng TiO2 pha tạp Nb (TNO) mang tính khử cao

Trong nghiên cứu này, nhóm đề tài đã tiến hành quy trình tạo màng TNO ở nhiệt độ thấp bằng phương pháp phún xạ. Tuy màng TNO chưa kết tinh nhưng tính chất điện đã cải thiện vượt bậc từ 1016 cm-3 lên tới 1022 cm-3 đối với nồng độ hạt tải, và từ 25 Ω.cm giảm xuống 0.01 Ω.cm đối với điện trở suất, nhờ vào việc đưa thêm H2 vào quá trình phún xạ. Lỗ trống oxy được hình thành và được kiểm chứng một cách gián tiếp thông qua cường độ đỉnh PL ở bước sóng 534 nm. Qua đó đặt ra giả thuyết về sự tương quan giữa cường độ PL và nồng độ hạt tải.

3. Màng TiO2 pha tạp Nb (TNO) được phún xạ từ bia gốm Nb:TiO2 với nồng độ Nb = 3, 6, 9 at%

Bằng việc sử dụng bia gốm TNO với Nb đã được pha sẵn trong bia với nồng độ nguyên tố là 3, 6, và 9%, tính chất điện và tính chất quang của màng TNO đã có sự cải thiện đáng kể. Nồng độ hạt tải đạt đến bậc 10¬21 cm-3 và độ truyền qua trung bình trong vùng hồng ngoại đạt 72.7% khi nồng độ pha tạp Nb là 9%. Mặc dù vậy, với kết quả này, nhóm nghiên cứu dự đoán rằng hiệu suất chống nóng của màng sẽ không được tốt, vì thế, cần có biện pháp để cải thiện hơn nữa tính chất của màng.

4. Màng TNO kết hợp với Ag (Ag-TNO) được chế tạo bằng phương pháp đồng phún xạ

Màng Ag-TNO cải thiện rất nhiều về mọi tính chất so với màng TNO, là một loại màng đa chức năng với tính dẫn điện tốt, độ truyền qua trong vùng thấy được cao, tính quang xúc tác khả quan, hiệu suất chống nóng vượt trội. Màng 2-min Ag-TNO có độ truyền qua trong vùng thấy được 70%, hiệu suất làm mát 50%. Màng 4-min Ag-TNO có độ truyền qua trong vùng thấy được 52%, hiệu suất làm mát 70%. Với các kết quả này, màng Ag-TNO rất có tiềm năng ứng dụng trong công nghệ xanh, tiết kiệm năng lượng.

Các kết quả đã được công bố trên tạp chí Indian Journal of Physic; Physica B: Condensed Matter.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 16906/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (TH)