Nghiên cứu tính chất điện từ của hạt và màng mỏng au có kích thước nano

1 -      Chuyên ngành;  60 44 07  PGS.TS. Hoàng Nam   2011 Abstract:                  u Keywords: ; ; ; ; Vàng Content    do  không  cá         ,     .       IV  tàng Anh [44].      ta   xuyên     trên  trong     nm    trong       trên.     này trên  2     -   Trong nhc nghiên c to ra các vt liu có     c rt nhiu s quan tâm. Rt nhi   dng công ngh cao trong ch to ht nano, thanh nano hay màng mc nghiên cu và thc hin thành công. Mm riêng tùy theo m mà có s la chp. Tuy vy, có m b n công ngh ch to các màng vàng cu trúc nano -  dát vàng th công truyn thng ti Vit Nam và  mt s c Châu Á (Trung Quc, Thái Lan ). Chúng ta h kho sát vt lý chi tit nào v loi công ngh này và phi nói chúng ta hin bit rt ít v các t lý ca các sn phm do công ngh này t bn cht công ngh này. Công ngh dát n ti rt lâu   phc v cho nhu cu ca cuc sng, nhi th th công  làng Kiêu K, Gia Lâm, Hà N to ra nhng lá vàng mng có kíc 200 nanomet b công truyn thng. Các cu trúc này có nhic bit và cho thy mt vài hiu ng lý thú. Các tài liu nghiên cu hiy có công b n tính chn, quang, t ca vt lic ch to b  c s dng c dát vàng ngh thut c truyn  c ta. Lua tôi trình bày v: “Nghiên cứu tính chất điện từ của hạt và màng mỏng Au có kích thƣớc nano” nhm mii thi to và kho sát các tính cht ca lá vàng mng nêu trên; (2) ch to và nghiên cu kh  cao hiu sut thu phát sóng siêu cao tn ca anten siêu cao tn s dng hiu ng plasmon b mt ca hc nano. Lu  tu hình ca anten siêu cao tn s dng plasmon. Ngoài phn m u và kt lun, ni dung ca bn lu  lý thuyt c nghim t qu và tho lun 3 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Vật liệu nano 1.1.1. Khái niệm vật liệu nano Vt liu nano là vt lit mt chic nanomé ng nghiên cu ca khoa hc nano. Tính cht ca vt liu nano ph thuc vào kích c ca chúng, c t tc ti hn ca nhiu tính cht lý hóa ca vt ling. Vt lic tri mt khong t n vài  to và ng dng ca chúng [41]. 1.1.2. Sơ lược về vật liệu vàng (Au) Thi Trung Cc xem là cht có li cho sc kho, vi nim tin rng mt th hip phi là th tt cho sc kho. Thm chí mt s i theo ch n và mt s hình thc y t thay th khác coi kim loi vàng có sc mnh vi sc kho. Mt s loi mui ca vàng thc s có tính cht chc s dng trong y t  u tr chng viêm khp và các loi b khác. Tuy nhiên, ch các mung v ca vàng mi có giá tr y t cao, khi là nguyên t (kim lo vi mi hoá cht nó g.  thi hic chng minh là giúp làm gip khp và lao. Vàng là kim long th 79 trong bng h thng tun hoàn có cu hìn t Xe[6s 1 4f 14 5d 10 ] hoc Xe[6s 2 4f 14 5d 9 ]. Nguyên t ng  hai mc 5d và 6s xp x nhau nên có s cnh tranh gia lp d và ln t ca vàng có th dch chuyn v c hai trng thái này. V n nano Au có th có tính cht t do có mt phn t 5d chy, tuy nhiên các ly có th ni các lp ly, nên Au khi không có t tính. Cn t hóa tr trong kim loi vàng rng, to nên tính dc bit ca vàng và ph cc tp. ng liên kt  Au 3+ + 3e  = 1.498 V. Vàng kt tinh có cu trúc lt (hình 1.4), i xng Fm-3m, hng s mng a = 4.078(2)Å [49]. Mi nguyên t Au liên kt vi 12 nguyên t xung quanh to nên cu trúc xp chu nguyên t kim loi khác. Khong cách gn nht gia hai nguyên t vàng là 2.884 Å c coi là 1.442 Å. Mi nguyên t li có các electron rng nên  dng kh dn và nhit tt. 4 Hình 1.1. Cấu trúc lập phương tâm mặt Fm-3m của tinh thể Au c chia nh n trng thái phân t c vài nanomet (nm), nguyên t này th hin nhic tính khác bic tiên chúng s i màu sc, chuyn t  hoc tím nht (hình 1.5). S chuyc là do trong phân t nano vàng không hp th c sóng nm trong vùng quang ph  các ming vàng khng. Hình 1.2. Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với kích thước khác nhau có màu sắc khác nhau tuỳ thuộc kích thước của hạt [45] Trên th ng, vàng là mt kim lot tin, các vt phc ch to ra t vàng ng có giá tr khá cao.  ph vàng lên các vt phm m ngh là khá quan trng trong vic làm gim giá thành sn phm mà vn gi c v p ca vàng. Mt hin t ri    tc nhng lá vàng rt mng (ch c vài  lên các vt phm có th bng g hay kim loi. Nh t phm này có giá r t nhiu so vi vàng tht mà vc màu st. 1.2. Tính chất điện, từ của vàng 1.2.1. Tính chất điện vàng nó   .   vào 4.10 -8 [30]. vàng   vàng có nguyên nhân   5 0 200 400 600 800 1000 0 2 4 6 8 Resistivity ( x 10 -8 Ohm x m) Temperature (K) Resistivity of gold Hình 1.3. Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ của vàng kim loại [21]. Sự thay đổi của điện trở suất của kim loại vàng theo nhiệt độ có dạng tuyến tính và có giá trị cỡ 2,3. 10 -8 Ω.m tại 300K. I-U    . Hgiam hãm   1.2.2. Tính chất từ Tính    g [19,33].   14 5d 10 6(sp) 1   [29,32].       có       - 1,42.10 -7 emu/g.Oe [22]). Tuy nhiên,           khi nó      .  nanomet. [16]  -vinyl-2- B  1.3. Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon trên bề mặt hạt vàng kích thƣớc nanomet 1.3.1. Khái niệm hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 6 Plasmon b mt là nhn t c truyn dc theo mt tip xúc kim loi -   mt là s ng cn t t do  b mt ca ht nano vi s kích thích ca ánh sáng ti.  ng ca plasmon b mt gim nhanh theo quy lun mt tip xúc kim loi - n môi. Hing cng plasmon b mt là s kích thích các electron t do bên trong vùng dn, dn ti s c ca mt tinh th nano kim loi nh c sóng ca bc x ti thì xut hin plasmon b mt. Khi tn s ca photon ti cng vi tn s ng ca electron t do  b mt kim loi thì s xut hin hing cng plasmon b mt [2]. Hnh 1.4. Sơ đồ mô ̣ t mô hình hiê ̣ u ư ́ ng plasmon Kim loi có nhin t t n t t do này s i tác dng cn t ng b dp tt nhanh chóng do các sai hng hay các nút mng tinh th trong kim long t do trung bình cn t nh c ca tinh thc ca ht nh  ng t do trung bình cn t thì hing dp tt không còn nn t s ng cng ng vn t s phân b li trong ht là cho ht tr ng cn. ng cc cn t c hình thành vi mt tn s f nhnh. Ht nano vàng có tn s cng trong di ánh sáng nhìn thy [4]. 1.3.2. Vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon i vi ht nano vàng, bn cht ca ph hp th không phi do s dch chuyn gia các mng mà là do hing cng plasmon b mt. Khi tn s ca sóng ánh sáng ti cng vi tn s ng cn t dn trên b mc gi là hing cng plasmon b mt. Khi chiu ánh sáng ti hi tác dng cn t trên b mt hc kích ng thi dn ti mng tp th, gây ra mng cn trên h 1.10).     7 Hình 1.5. Phổ hấp thụ của vật liệu nano vàng  [23].          g 3). 1.4. Anten siêu cao tần Anten            vài mili   [31].     1.13). 8 Hình 1.6. Cấu tạo của một anten vi dải đơn giản                    [48].            ,  màn  9 CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phƣơng pháp hóa học ƣớt chế tạo hạt Au kích thƣớc nano  [1], quang hóa [24, 28]. Phng pháp k hóa hc là dùng các tác nhân hóa hc  kh ion kim loi thành kim lo Dung d ban u ccác mui ca kim loAuCl 4 . Tác nhân  ion kim  Au + thành Au ây là các cht hóa c nh Citric acid, Sodium Borohydride NaBH4, Ethanol (cn), Ethylene Glycol [13].  các  phân tán tt trong dung môi mà không  t  thành m, ng ta s dng phng pháp nh   làm cho  mt các  nano có cùng in tích và y nhau h dùng phng pháp bao bc cht ho hóa  mt. Quy trình: Các dung d 4 và Na 3 C 6 H 5 O 7    2 ± 1 0     . Kích    trên     10-100 nm)   p  Au và  Bảng 2.1. Tỉ lệ pha trộn các dung dịch TT  DD HAuCl 4 (ml) DD Na 3 C 6 H 5 O 7 (ml)  1 Au1 0,4 15 0,388 2 Au2 0,7 15 0,678 3 Au3 0,8 15 0,776 4 Au4 1,0 15 0,971 2.2. Phƣơng pháp thủ công chế tạo lá vàng có kích thƣớc nanomet [43]       a. Nguyên liệu 10 [42]   b. Dụng cụ chế tạo - Búa cán và -  0  -  - . -  0  -  -  -  -  -  c. Quy trình gia công -  -  -  -  -  -  - Cán vàng -  - C -  - T              2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu tính chất của vật liệu -  -  [...]... lá vàng kích thước nano; nghiên cứu những tính chất của chúng Về hạt vàng, luận văn tìm hiểu đến hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt và ứng dụng phủ lên antenna siêu cao tần Phương pháp dát vàng thủ công truyền thống của nước ta có thể tạo ra được những lá vàng mỏng cỡ vài trăm nano mét Đây là một phương pháp rất độc đáo, sản phẩm được tạo ra có một số tính chất như của vàng khối và một số tính chất. .. Hình 3.5 Đặc trưng V-A của lá vàng tại 300K và 170K 3.2 Plasmon trên hạt Au kích thƣớc nano 13 0,02 I (A) 0,03 0,04 Hình 3.6 là ảnh của các dung dịch chứa các hạt nano vàng hình cầu, từ bên trái sang lần lượt là các mẫu Au1 , Au2 , Au3 , Au4 như đã giới thiệu ở mục 2.1 Hình 3.6 Màu sắc của các dung dịch chứa hạt nano vàng Cấu trúc hình học và cấu trúc vi mô của các hạt nano vàng mẫu Au1 được khảo sát bằng... nghiên cứu hữu ích cho các ứng dụng trong thực tế thời gian tiếp theo References Tiếng Việt 1 Ngạc An Bang, Nguyễn Trọng Thành, Phùng Thị Thơm, Ngô Bá Thưởng (2009), Một số tính chất quang của hạt vàng có kích thước nanomet, Advances in optics photonics spectroscopy and applications V, 674-680 2 Ngạc An Bang, Lê Văn Vũ (2007), Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất quang của hạt vàng (Au) có kích thước. .. (a) và giản đồ nhiễu xạ tia X (b) của hạt nano vàng Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt có thể được khảo sát bằng cách sử dụng các phép đo hấp thụ Phổ hấp thụ của hạt nano vàng được chỉ ra trên hình 3.8 Ở đây chỉ xuất hiện một đỉnh hấp thụ cực đại tại 522nm 14 Hình 3.8 Phổ hấp thụ của hạt nano vàng: thực nghiệm 3.3 Chế tạo anten siêu cao tần có bề mặt đƣợc chức năng hóa bằng hạt Au kích thƣớc nano. .. thước nano, Hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ V, PP 773-776 3 Nguyễn Thế Bình (2006), Quang phổ học thực nghiệm, NXB Giáo dục 4 Phùng Thị Thơm, (2009), Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của thanh vàng nano, Luận văn thạc sĩ, Khoa Vật lý, ĐH KHTN 5 Nguyễn Khắc Thuận, Vũ Anh Tuấn, Hoàng Đức Anh, Hoàng Nam Nhật (2011), Cấu trúc và tính chất của màng vàng (Au) sử dụng trong công nghệ dát vàng... độ dày màng mỏng bằng phương pháp vạch mũi dò - Phương pháp bốn mũi dò xác định điện trở suất 11 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất của lá vàng chế tạo bằng phƣơng pháp thủ công [5] 3.1.1 Khảo sát một số đặc trưng cấu trúc Cấu trúc tinh thể Au 7000 Au Intensity 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Ca Ca Ca Au Au Au 0 20 30 40 50 60 70 O 2Theta ( ) Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của lá vàng Au Trên... lý, Đại học Khoa học Tự nhiên Từ các hình ảnh trên hình 3.3 và dữ liệu thu được, chúng ta thấy rằng độ dày trung bình của lá vàng đo được là 239nm 12 Hình 3.3 Đường profile phép đo độ dày lá vàng 3.1.2 Khảo sát tính chất quang của mẫu Khảo sát tính chất quang của lá vàng này, chúng tôi thực hiện đo phổ hấp thụ trong dải bức xạ có bước sóng từ 200-800 nm Absorbance 0,4 Au 0,3 0,2 0,1 0,0 200 300 400... mặt phủ đồng Cu, cách nhau một lớp điện môi, sử dụng phương pháp ăn mòn hóa học (sử dụng muối Fe3+ hòa tan Cu trên bề mặt) để khắc lên đó các đường rãnh có kích thước được định sẵn Ở đây tôi chế tạo 3 anten giống nhau, có cấu tạo như hình 3.9 Hình 3.9 Cấu tạo của antenna siêu cao tần (mặt trước và mặt sau) Dải tần hoạt động của 03 anten này trùng nhau, có hai đỉnh cực đại là 2,96 và 13,1 GHz (Hình 3.10)... hạt Au M3: antenna được phủ hạt nano vàng bám trực tiếp lên chấn tử; 1 điện cực là đất, chấn tử là Cu-n hạt Au; mật độ hạt 3/1 µm2 3.3.2 Ảnh hưởng của plasmon lên khả năng thu phát của anten Cả 3 antenna nói trên được chúng tôi đem đi đo khả năng thu phát sóng Hình 3.13 cho thấy tín hiệu S1 (phản hồi) của các anten M1, M2 và M3 Theo hình 3.13 thì về cơ bản phản hồi của 2 mẫu có phủ bề mặt là thấp hơn... 0,4 Au 0,3 0,2 0,1 0,0 200 300 400 500 600 700 800 wavelength (nm) Hình 3.4 Phổ hấp thụ của lá vàng 3.1.3 Xác định điện trở suất của lá vàng Lá vàng được cắt thành dạng hình chữ nhật có kích thước (3x10mm), đặt lên một đế thủy tinh và được đo điện trở bằng thiết bị phổ kế tâm sâu sử dụng 2 mũi dò 0,003 Au (300K) Au (170K) 0,010 U (V) U (V) 0,002 0,005 0,001 0,000 0,000 -0,001 -0,005 -0,002 -0,010 -0,04 . c dát vàng ngh thut c truyn  c ta. Lua tôi trình bày v: Nghiên cứu tính chất điện từ của hạt và màng mỏng Au có kích thƣớc nano nhm. thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ của vàng kim loại [21]. Sự thay đổi của điện trở suất của kim loại vàng theo nhiệt độ có dạng tuyến tính và có giá