Chế tạo các hạt nano zns mn bọc phủ chất hoạt hóa bề mặt và khảo sát phổ phát quang của chúng

    2012 Số trang 75 tr.  i hc Khoa hc T nhiên  ngành: ; 60 44 11   2012 Abstract:    ZnS và ZnS:Mn. Keywords: ; ;  Content MỞ ĐẦU ZnS, ZnS:Mn là bán -       ].            phonon [2] -  -       2-                         2 -     Chế tạo các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ chất hoạt hóa bề mặt và khảo sát phổ phát quang của chúng”.  - Chƣơng 1: Tổng quan về tính chất quang của vật liệu ZnS:Mn bọc phủ chất hoạt hóa bề mặt - Chƣơng 2:Một số phƣơng pháp chế tạo ZnS, ZnS:Mn và thiết bị thực nghiệm - Chƣơng 3 : Kết quả thực nghiệm và thảo luận CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO ZnS:Mn BỌC PHỦ CHẤT HOẠT HÓA BỀ MẶT 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano bán dẫn 1.1.1. Phân loại vật liệu nano bán dẫn.            Hình 1.1: (a) Hệ vật rắn khối ba chiều, (b) hệ hai chiều (màng nano), (c) hệ một chiều (dây nano), (d) hệ không chiều (hạt nano) [1,7] 1.1.2 Hiệu ứng giam cầm lƣợng tử liên quan tới kích thƣớc hạt 3                   sau: r< 2a B ,  - + Khi r  4a B  + Khi 2a B  r  4a B   am                  1.1.3 Ứng dụng của vật liệu nano        4             -    -        2]. 1.2. Chất hoạt hóa bề mặt và ảnh hƣởng của chúng lên sự hình thành của các hạt nano 1.2.1. Chất hoạt hóa bề mặt và phân loại.    - -), hydroxyl (-OH), amin (-NH 2 ), sulfat (-OSO 3 ) -  8 -   1.2.2. Ảnh hƣởng của chất hoạt hóa bề mặt lên sự hình thành các hạt nano. Vic gic ca hat nano t nh s n, thay i tính ch a chúng do có hiu ng giam cng tng thi vic gic hi hiu ng b m dn ti nhiu tính cht mi l so vi vt liu khi. Các nguyên t trên b mt có nhiu tính cht khác bit so vi tính cht ca các nguyên t bên trong vt liu. T s gia s nguyên t bên trên b mt và tng s nguyên t ca vt lit lic nh dn ti hiu ng b mt  1.2.3. Các chất hoạt hóa bề mặt  2 COOH có nhóm carbonyl C=O. + Polyvinyl pyrrolidone (PVP) vi công thc phân t (C 6 H 9 NO) n có nhóm carbonyl - C=O. 5  2 H 3 OH) n   2-  - trong khi ion Zn 2+  +  1.3. Cấu trúc của vật liệu nano ZnS và ảnh hƣởng của Mn lên cấu trúc, vùng năng lƣợng của ZnS. ZnS là hp cht bán dn thuc nhóm A 2 B 6  rng vùng ci rng (E g = 3.68 eV  i vi mu khi vi mu nano, rt thích hp cho vic t kích ho to ra bt hunh quang vi bc x trong vùng nhìn thy và vùng hng ngoi gn. Trong ZnS các nguyên t Zn và S có th liên kt dng hn hp: ion (77%) và cng hoá tr (23%). Trong liên kt ion thì ion Zn 2+ có cn t lp ngoài cùng là 3s 2 p 6 d 10 và S 2- có cn t lp ngoài cùng là 2s 2 p 6 . Trong liên kt cng hoá tr, do ph n t nên nguyên t Zn tr thành Zn 2- có cn t: 4s 1 p 3 và S tr thành S 2+ có cu hình là : 3s 1 p 3 [2]. 1.3.1 Cấu trúc tinh thể lập phƣơng Sphalerite hay Zinblende                     1.3.2. Cấu trúc mạng tinh thể lục giác hay wurzite      . 1.3.3. Ảnh hƣởng của các ion Mn 2+ lên cấu trúc, vùng năng lƣợng của ZnS 1.3.3.1 Ảnh hƣởng của Mn lên cấu trúc tinh thể và hằng số mạng của tinh thể ZnS    1.3.3.2. Cấu trúc vùng năng lƣợng của tinh thể ZnS    6     1.3.3.3. Ảnh hƣởng của Mn 2+ lên cấu trúc vùng năng lƣợng và độ rộng vùng cấm của ZnS - -   2+  2+ (3d 10 )  2+ (3d 5  2  2+   2  2+ (3d 10 ). CHƢƠNG 2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO, BỌC PHỦ CHẤT HOẠT HÓA BỀ MẶT VẬT LIỆU NANO ZnS:Mn VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 2.1. Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ZnS:Mn. 2.1.1. Phƣơng pháp thủy nhiệt.    0  vài atm). Tr     t 0  0  4          khác nhau.  7 2.1.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa        Quy                    2.1.3. Phƣơng pháp bọc phủ các chất hoạt hóa bề mặt vật liệu ZnS:Mn        .                        .   nguyên           . ,  .  8      s              n s = 4n 2/3   f = n s /n = 4n 2/3 /n = 4/n 1/3 = 4r 0 /r,   r 0 r     r f  -  f f    g lên      +   +             ZnS:M   kích      2.2 Hệ chế tạo mẫu 2.2.1 Máy rung siêu âm      9 2.2.2 Máy khuấy từ gia nhiệt  hòa tan các cht vào trong dung môi và tru các cht vn hành pha trn chúng trong cc tht trên máy khuy t có gia nhit ca hãng VELP  Ý. 2.2.3 Máy quay ly tâm        Hettich EBA 8S. 2.2.4 Hệ lò sấy và ủ mẫu a) Cấu tạo: - Nguồn nuôi :Lò hon áp 220V, dòng ci trên 9A, công sut ci 2000W. Nhi t o C. - Vỏ lò :Vt liu dùng làm v lò là thép dày 2 mm. V c gia công có dng hình tr t trên m cao 10 cm.  mu lò có thit k mt ny có th  d dàng. Trong quá trình sy, nc c nh bi 4 chit  4 góc ca np. Tác dng ca v lò là to khung gi c nh và bo v các b phn tr, bông cách nhi - Bông cách nhiệt :Vt lic s d làm b phn cách nhit là bông thy tinh, có kh t và chu nhit vào loi tt nht. H s dn nhit bông thy tinh: 0.035 ÷ 0.081 (W/mK). - Dây điện trở :n tr c s dng  c nhit t là 1200 ÷ 1300 o C. Nhi tt nht có th chu c là 800 o C. - Bơm chân không :u to gc ni vi mt máy quay li tâm lêch trc thông qua h th hn ch ma sát và làm cho h  d có hai ca mt ca làm nhim v hút khí trong thân lò và mt ca x khí ra bên ngoài. B phn hút khí cc ni vi b phn lc là mt bình th tránh hing du tràn vào lò sy. c ni vào mt sau ca lò. Trên ng có gn mng h t và m b) Hoạt động của hệ lò sấy : Hong ca h lò sy s dng b u khin nhi, thi c ch ra  hình 2.6 10 Hình 2.6: Hoạt động của hệ lò sấy sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ, thời gian  n tr trong lò sy. Cp nhin trong thân lò sinh ra sung nhin (ph thuc vào nhi trong lò). Sut ng nhi  u khin t l P, thông qua sung nhin b u khin s xác nh và hin th cho ta bit nhi chính xác nhi ng thi, b u khin P u chnh dòng qua tr ti sao cho phù hp vi nhi và thi s d c. 2.3 Hệ xác định cấu trúc, hình thái bề mặt của mẫu 2.3.1 Hệ đo phổ nhiễu xạ tia X (phổ X-ray) Nguyên tc chung cu trúc tinh th và thành phn pha bng nhiu x tia X (XRD) da trên hing nhiu x tia X ca mng tinh th khi thu kin Bragg : 2dsin  = n  2.3.2 Hệ đo phổ tán sắc năng lƣợng 2.4. Hệ đo phổ phát quang, phổ kích thích phát quang, phổ hấp thụ 2.4.1 Hệ đo phổ phát quang MS-257 dùng kỹ thuật CCD  -257  -257. 2.4.2 Hệ đo phổ kích thích phát quang FL3 – 22 -    [...]... tài Chế tạo các hạt nano ZnS: Mn bọc phủ chất hoạt hóa bề mặt và khảo sát phổ phát quang của chúng “ chúng tôi đã thu được một số kết quả chủ yếu sau: + Thu thập được các tài liệu tổng quan về một số tính chất cấu trúc, tính chất quang của các hạt nano ZnS, ZnS: Mn chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt và ZnS: Mn bọc phủ PVA chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa + Nghiên cứu chế tạo được các hạt nano ZnS. .. thụ của các hạt ZnS ở 300K được thủy nhiệt trong thời gian 20h với các nhiệt độ tăng từ 1300 đến 2400 trong vùng bước sóng từ 200nm đến 800nm của đèn hydro halogen 3.4 Tính chất quang của các hạt nano ZnS: Mn 3.4 Tính chất quang của các hạt nano ZnS: Mn 3.4.1 Phổ phát quang của các hạt nano ZnS: Mn Phổ phát quang của các hạt nano ZnS: Mn ở 300K thủy nhiệt ở 2200 trong thời gian 15h với nồng độ CMn khác... trong phổ kích thích phát quang của các hạt nano ZnS: Mn vì thế bức xạ của phân tử PVA có khả năng kích thích trực tiếp các ion Mn2 + trong tinh thể ZnS 3.4.4 Phổ hấp thụ và phổ kích thích phát quang của ZnS: Mn bọc phủ PVA Phổ hấp thụ của các hạt nano ZnS: Mn (C M = 8mol%) ở 300K bọc phủ PVA với các khối lượng PVA khác nhau chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa Trong phổ hấp thụ của ZnS: Mn xuất hiện 2 đám... bột nano ZnS: Mn Các bột phát quang ZnS và ZnS: Mn với nồng độ chất kích hoạt: 0 mol % ≤ C ≤ 20 mol % cùng với nhiệt độ thủy nhiệt và thời gian thủy nhiệt khác nhau được khảo sát: + Về cấu trúc và hình thái bề mặt, thông qua: Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh TEM + Về tính chất quang, thông qua: Phổ phát quang, phổ kích thích huỳnh quang và phổ hấp thụ 3.1.2 Quy trình chế tạo các hạt nano ZnS: Mn (CMn =... 2400C trong 20h và ZnS: Mn ở 2200C trong 15h từ axit Thioglycolic (TGA), axit này vừa tạo nên nguồn S2- vừa tạo nên chất hoạt hóa bề mặt cho các hạt nano + Nghiên cứu chế tạo được các hạt nano ZnS: Mn (CMn = 8mol%) bọc phủ PVA với khối lượng PVA từ 0g đến 1.5g bằng phương pháp đồng kết tủa + Khảo sát được tính chất cấu trúc, hình thái bề mặt và một số tính chất quang của các hạt nano đã chế tạo được Kết... nhất Từ phổ XRD cho thấy ZnS: Mn là đơn pha, kết tinh ở dạng đa tinh thể có cấu trúc lục giác thuộc nhóm không gian C6v4 – P63mc 3.2.3 Cấu trúc và hình thái học của các hạt nano ZnS: Mn bọc phủ PVA Giản đồ XRD của các hạt nano ZnS: Mn (CMn = 8mol%) không bọc phủ PVA và bọc phủ PVA với các khối lượng PVA khác nhau Trong phổ XRD của ZnS: Mn không bọc phủ PVA xuất hiện các vạch nhiễu xạ ứng với các mặt phản... tinh thể ZnS - Đối với các hạt nano ZnS: Mn (CMn = 8mol%) bọc phủ PVA chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa thì: sự bọc phủ các hạt nano ZnS: Mn bởi PVA hầu như không làm thay đổi cấu trúc cubic của tinh thể mà chỉ làm giảm kích thước hạt, làm tăng cường độ của đám da cam - vàng và dịch chuyển đám này về phía bước sóng dài khoảng 7nm so với đám phát quang da cam - vàng của các hạt nano ZnS: Mn chế tạo bằng... chứng tỏ sự bọc phủ PVA không làm thay đổi tính chất cấu trúc của ZnS: Mn 14 Từ giản đồ XRD và sử dụng công thức Debye – Scherrer chúng tôi đã xác định được kích thước trung bình của hạt khoảng từ 2.81 đến 4.42nm 3.3 Tính chất quang của các hạt nano ZnS 3.3.1 Phổ phát quang của hạt nano ZnS theo nhiệt độ thủy nhiệt Phổ phát quang của các hạt nano ZnS ở 300K được thủy nhiệt trong 20h với các nhiệt độ... loại các ion Na + và các tạp bẩn trong kết tủa Bước 4: Sấy kết tủa Sau khi lọc rửa, kết tủa được sấy khô ở 800C trong 8h, ta được các tinh thể rắn, khô Tiếp đó nghiền nhỏ kết tủa khô bằng cối mã não ta được bột phát quang nano ZnS: Mn bọc phủ PVA 3.2 Cấu trúc và hình thái học của các hạt nano ZnS và ZnS: Mn 12 3.2.1 Cấu trúc và hình thái học của các hạt nano ZnS Hình 3.1 là phổ XRD của các hạt nano ZnS. .. cho các nút khuyết của Zn, S và các nguyên tử điền kẽ của chúng Khi nhiệt độ thủy nhiệt tăng thì tinh thể của ZnS có cấu trúc hoàn hảo hơn nên các nút khuyết bị giảm đi 3.3.2 Phổ hấp thụ và phổ kích thích phát quang của các hạt nano ZnS theo nhiệt độ thủy nhiệt Để làm sáng tỏ thêm bản chất bức xạ của đám xanh lam, chúng tôi đã khảo sát phổ hấp thụ và phổ kích thích phát quang của đám này Phổ hấp thụ của . Tính chất quang của các hạt nano ZnS: Mn 3.4 Tính chất quang của các hạt nano ZnS: Mn 3.4.1 Phổ phát quang của các hạt nano ZnS: Mn Ph phát quang ca các.    ZnS: Mn. KẾT LUẬN Thc hi  Chế tạo các hạt nano ZnS: Mn bọc phủ chất hoạt hóa bề mặt và khảo sát phổ phát quang của chúng c