Chế tạo chấm lượng tử có cấu trúc lõi/vỏ CdSe/Cds và nghiên cứu tính chất quang phụ thuộc vào độ dày lớp vỏ

Tổng quan về chấm lượng tử, các mức năng lượng và các loại chấm lượng tử. Nêu các phương pháp chế tạo chấm lượng tử bán dẫn II - IV, cụ thể đã chế tạo thành công chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp hóa sạch trong dung môi nhiệt độ sôi cao. Khảo sát, đánh giá đặc tính của chấm lượng tử bằng các phương pháp quang phổ phát quang, quang phổ hấp thu và quang phổ tán xạ Raman. Qua đó, xác định sự tương ứng giữa phổ với cấu trúc tinh thể nano, tính đồng nhất trong phân bố kích thước hạt nano dựa trên phân tích cấu trúc vi hình thái và tính chất quang của chấm lượng tử CdSe

Chế tạo chấm lượng tử có cấu trúc lõi/vỏ CdSe/Cds và nghiên cứu tính chất quang phụ thuộc vào độ dày lớp vỏ Bùi Tấn Phúc Trường Đại học Công nghệ Luận văn ThS chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện nano Người hướng dẫn: TS. Đinh Sơn Thạch Năm bảo vệ: 2008 Abstract: Tổng quan về chấm lượng tử, các mức năng lượng và các loại chấm lượng tử. Nêu các phương pháp chế tạo chấm lượng tử bán dẫn II - IV, cụ thể đã chế tạo thành công chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp hóa sạch trong dung môi nhiệt độ sôi cao. Khảo sát, đánh giá đặc tính của chấm lượng tử bằng các phương pháp quang phổ phát quang, quang phổ hấp thu và quang phổ tán xạ Raman. Qua đó, xác định sự tương ứng giữa phổ với cấu trúc tinh thể nano, tính đồng nhất trong phân bố kích thước hạt nano dựa trên phân tích cấu trúc vi hình thái và tính chất quang của chấm lượng tử CdSe Keywords: Chấm lượng tử, Công nghệ nanô, Khoa học vật liệu, Vật liệu Nanô Content MỞ ĐẦU Lịch sử loài người đã trải qua ba cuộc cách mạng công nghiệp. Đầu tiên là cuộc cách mạng công nghiệp nặng bắt đầu từ việc phát minh ra máy hơi nước, thứ hai là cuộc cách mạng về công nghệ thông tin liên lạc bắt đầu bằng việc phát minh ra máy điện thoại mà đỉnh điểm của nó là công nghệ thông tin và internet, cuộc cách mạng thứ ba là về quang học và quang tử bắt đầu bằng việc phát minh ra laser. Hiện nay, thế giới bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, đó là cộng nghệ nano. Khoa học và công nghệ nano là một khoa học mới, hiện đại, liên ngành, là nhịp cầu nối các lĩnh vực vật lý, hóa học, sinh học, điện tử viễn thông. Các vật liệu, linh kiện và các hệ thống thiết bị có các đặc tính mới, nổi trội và điều khiển được nhờ vào kích cỡ nano mét. Quang tử học nano là ngành khoa học nghiên cứu tương tác của ánh sáng với vật chất có kích thước nanomet, là đối tượng hấp dẫn cho các nhà hóa học, vật lý, vật liệu và cả các nhà nghiên cứu ứng dụng vì tuy mới phát triển nhưng nhiều thành tựu của khoa học và công nghệ nano trên thê giới đã nhanh chóng được ứng dụng để sản xuất ra những sản phẩm nhỏ hơn, nhanh hơn rẻ hơn. Trong đó, vật lý nano giữ vai trò tiên phong, hóa học nano đang được hình thành và đi vào cuộc sống với yêu cầu đầu tư thấp hơn nhiều so với vật lý nano. Ngoài ra, công nghệ nano và công nghệ đi từ cơ sở với kích thước rất bé cũng đạt được những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực lưu trữ dữ liệu, tăng tốc độ xử lý. Đầu năm 2000, tổng thống Hoa Kì Bill Clinton nỗ lực khởi động và đầu tư kinh phí gần 500 triệu đô la cho chương trình quốc gia về công nghệ nano, với chương trình này chính phủ Mỹ hy vọng tiết kiệm được nhiều năng lượng và giảm tác động xấu đến môi trường do việc sử dụng năng lượng quá mức. Nhiều bằng phát minh mang tính đột phá và các sản phẩm thương mại đã xuất hiện ở châu Âu, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, trong đó phải kể đến sự góp mặt của vật liệu quang phát quang. Tên gọi nano có ý nghĩa là hướng nghiên cứu này liên quan đến các vật thể, cấu trúc có kích thước khoảng 1 đến 100nm. Trong công nghệ nano, các nguyên tử, phân tử được sắp xếp thành các cấu trúc vật lý có kích thước đặc trưng cỡ nanomet. Một nanomet có giá trị bằng một phần tỉ mét (1nm = 10 -9 m). Cho đến nay đã có rất nhiều công trình công bố về khoa học, công nghệ và vật liệu nano trên thế giới. Vật liệu có kích cỡ nano rất đa dạng, phong phú như các hạt nano, các thanh nano, ống nano, dây nano, tấm nano hay màng nano. Khi kích thước giảm xuống kích cỡ nanomet, các vật liệu xuất hiện nhiều tính chất mới so với các vật liệu bình thường như: tính chất từ, tính chất điện, tính chất cơ học, hoạt tính xúc tác, tính chất quang học,… Ở Việt Nam, tại hội nghị Vật lý chất rắn lần II năm 1997, GS. VS. Nguyễn Văn Hiệu đã kêu gọi các hội viên Hội Vật lý Việt Nam hãy bắt tay vào nghiên cứu vật liệu nano. Năm 2004, theo kiến nghị của Hội đồng Khoa học Tự nhiên, Bộ Khoa học Công nghệ đã mở hướng nghiên cứu trọng điểm về Khoa học và Công nghệ Nano trong chương trình nghiên cứu cơ bản về Khoa học Tự nhiên. Có thể nói, Khoa học và Công nghệ Nano đang tạo ra một cơ hội mới cho sự phát triển ngành công nghiệp Công Nghệ Nano ở nước ta. Cho đến nay, những nghiên cứu về chế tạo và khảo sát tính chất của chấm lượng tử bán dẫn nói chung và QD CdSe nói riêng rất sôi động. Trong đó nổi bật nhất có các công trình công bố của Peter Reiss (Pháp), Xiaogang Peng tại Đại Học Arkansas Hoa Kỳ. Ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu của PGS. TS Nguyễn Quang Liêm tại Viện Khoa học Vật liệu về QD CdSe cũng đã đạt được những kết quả nổi bật. QD CdSe có rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực quang tử và y sinh học. Chính vì vậy, tác giả đã lựa chọn đề tài cho luận văn là: “Chế tạo chấm lượng tử có cấu trúc lõi/vỏ CdSe/CdS và nghiên cứu tính chất quang phụ thuộc vào độ dày lớp vỏ”. Đề tài được thực hiện tại hai nơi: Phòng Thí Nghiệm Nano, Thành Phố Hồ Chí Minh và Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội. Mục tiêu của đề tài là: Chế tạo thành công chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp hóa sạch trong dung môi nhiệt độ sôi cao. Đồng thời, khảo sát các đánh giá đặc tính của chấm lượng tử bằng các phương pháp quang phổ phát quang, quang phổ hấp thu và quang phổ tán xạ Raman. Thông qua đó, xác định sự tương ứng giữa phổ với cấu trúc tinh thể nano, tính đồng nhất trong phân bố kích thước hạt nano. Phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm chế tạo chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp hóa sạch trong dung môi nhiệt độ sôi cao, máy đo phổ quang phát quang và phổ tán xạ Raman tại Viện Khoa học Vật liệu, máy đo phổ hấp thu UV – Vis và phổ tán xạ Raman tại Phòng Thí Nghiệm Nano. Luận văn gồm 69 trang bao gồm mở đầu, 4 chương và phần kết luận, tài liệu tham khảo tiếng Việt và tiếng Anh được cập nhật đến năm 2007. Phần mở đầu nêu tầm quan trọng của khoa học và công nghệ nano, lý do chọn đề tài luận văn, mục tiêu của đề tài và phương pháp nghiên cứu. Chương 1 tổng quan về chấm lượng tử. Chương 2 các phương pháp chế tạo chấm lượng tử bán dẫn II – IV. Chương 3 chế tạo chấm lượng tử có cấu trúc lõi vỏ CdSe/CdS theo phương pháp hóa sạch. Chương 4 phân tích cấu trúc vi hình thái và tính chất quang của chấm lượng tử CdSe. Cuối cùng là phần kết luận, 18 tài liệu tham khảo. References Tiếng Việt 1. Viện Khoa học Vật liệu (2006), Báo cáo nghiệm thu đề tài khoa học công nghệ cấp viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2005 – 2006, Hà Nội. 2. Nguyễn Văn Hiệu, Trần Bá Chữ, Phạm Văn Hội, Nguyễn Đại Hưng, Nguyễn Ngọc Long, Vũ Xuân Quang (2007), Những tiến bộ trong quang học, quang tử, quang phổ và ứng dụng, tr. 208–218, NXB Khoa học kỹ thuật. 3. Nguyễn Văn Hiệu, Nguyễn Bá Ân (2003), Cơ sở lý thuyết của vật lý lượng tử, NXB Đại Học quốc gia Hà Nội. 4. Nguyễn Vũ (2006), Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang học của vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm, Luận án Tiến sĩ khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội. 5. Vũ Đình Cự và Nguyễn Xuân Chánh (2004), Công nghệ nano điều khiển đến từng phân tử, nguyên tử, NXB Khoa học kỹ thuật. Tiếng Anh 6. B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F. V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K. F. Jensen, and M. G. Bawendi (1997), (CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites, J. Phys. Chem. B 1997, 101, pp. 9463-9475. 7. Emory M. Chan, Richard A. Mathies, and A. Paul Alivisatos, Size-Controlled Growth of CdSe Nanocrystals in Microfluidic Reactors, Nano letters 2003 Vol. 3, No. 2, pp. 199-201. 8. Gunter Schmid, (2004), Nanoparticles: From Theory to Application, ISBN: 3-527- 30507-6, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, pp. 1 – 328. 9. Jo'el Bleuse, Sophie Carayon, Peter Reiss, (2003), “Nanophysique et emiconducteurs”, Optical properties of core/multishell CdSe/Zn(S,Se) nanocrystals, Departement de Recherche Fondamentale sur la Matiere Condensee, 17 rue des Martyrs, F-38054 Grenoble, CEDEX 9, France. 10. Lianhua Qu and Xiaogang Peng (2001), Control of Photoluminescence Properties of CdSe Nanocrystals in Growth, Department of Chemistry and Biochemistry, UniVersity of Arkansas, USA. 11. Lianhua Qu, Z. Adam Peng, and Xiaogang Peng (2001), Alternative Routes toward High Quality CdSe Nanocrystals, Nano letters 2001 Vol. 1, No. 6 pp. 333-337. 12. Liang-shi Li, Jiangtao Hu, Weidong Yang, and A. Paul Alivisatos, Band Gap Variation of Size- and Shape-Controlled Colloidal CdSe Quantum Rods, Nano letters 2001 Vol. 1, No. 7 pp. 349-351. 13. M. C. Schlamp, Xiaogang Peng, and A. P. Alivisatosa (1997), Improved efficiencies in light emitting diodes made with CdSe/CdS core/shell type nanocrystals and a semiconducting polymer, Department of Chemistry, University of California, Berkeley, and Molecular Design Institute, Lawrence Berkeley Laboratory, Berkeley, California 94720, 1997, American Institute of Physics. [S0021-8979(97)01223-1]. 14. P. Reiss, S. Carayon, J. Bleuse, A. Pron, (2003), Low polydispersity core/shell nanocrystals of CdSe/ZnSe and CdSe/ZnSe/ZnS type: preparation and optical studies, Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée, Service des Interfaces et des Matériaux Moléculaires et Macromoléculaires/Laboratoire Physique des Métaux Synthétiques, 17 rue des Martyrs, 38054 Grenoble cedex 9, France. 15. Peter Reiss, Sophie Carayon, Joel Bleuse (2003), Large fluorescence quantum yield and low size dispersion from CdSe/ZnSe core/shell nanocrystal, Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée, France, Physica E 17 (2003) 95 – 96. 16. Peter Reiss, Joe1l Bleuse, and Adam Pron, Highly Luminescent CdSe/ZnSe Core/Shell Nanocrystals of Low Size Dispersion, Nano letters 2002 Vol. 2, No. 7 pp. 781-784. 17. W. William Yu, Lianhua Qu, Wenzhuo Guo, and Xiaogang Peng (2003), Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals, Chem. Mater. 2003, 15, pp. 2854-2860. 18. Z. Adam Peng and Xiaogang Peng (2000), Formation of High-Quality CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals Using CdO as Precursor, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, pp. 183-184. . Chế tạo chấm lượng tử có cấu trúc lõi /vỏ CdSe/Cds và nghiên cứu tính chất quang phụ thuộc vào độ dày lớp vỏ Bùi Tấn Phúc . vực quang tử và y sinh học. Chính vì vậy, tác giả đã lựa chọn đề tài cho luận văn là: Chế tạo chấm lượng tử có cấu trúc lõi /vỏ CdSe/CdS và nghiên cứu tính