Nghiên cứu tổng hợp và tính chất đặc trưng của vật liệu ZnO nanorods bằng phương pháp điện hóa .pdf

NTTƯ-NCKH-05 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỎNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2017 - 2018 Tên đề tài: Nghiên cứu tồng hợp tính chất đặc trưng vật liệu ZnO nanorods phương pháp điện hóa Số hợp đồng: 2017.01.14/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Đinh Thị Thanh Tâm Đơn vị công tác: Viện Kỹ Thuật Công Nghệ Cao NTT Thời gian thực hiện: 12 tháng TP Hồ Chỉ Minh, ngày 10 thảng 12 năm 2017 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TÔNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2017 -2018 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp tính chất đặc trưng vật liệu ZnO nanorods phương pháp điện hóa Sổ hợp đồng : 2017.01.14/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Đinh Thị Thanh Tâm Đơn vị công tác: Viện Kỳ Thuật Công Nghệ Cao NTT Thời gian thực hiện: 12 tháng Các thành viên phối họp cộng tác: STT Họ tên Chuyên ngành Cơ quan công tác ThS Trần Vãn Thuận Hóa Học Viện Kỹ Thuật CNC NTT ThS Nguyễn Hữu Vinh Vật Liệu Viện Kỳ Thuật CNC NTT Ký tên MỤC LỤC MỤC LỤC i PHỤ LỤC 1: DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii PHỤ LỤC 2: DANH MỤC CÁC BẢNG BIẾU, sơ ĐỊ, HÌNH ẢNH iv DANH MỤC CÁC HÌNH VÈ iv DANH MỤC CÁC BẢNG V MỚ ĐẦU (ABSTRACT) .1 CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO NANORODS VÀ CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRUNG 1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu ZnO .3 1.2 Cấu trúc vùng lượng Znơ 1.3 Cấu trúc ZnO nanorods CHƯƠNG NỘI DƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚƯ 12 2.1 Nội dung nghiên cứu 12 2.1.1 Nghiên cứu đề xuất quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu ZnO nanorods 12 2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thông số chế tạo như: thời gian, cường độ dịng điện đến hình thái vật liệu ZnO nanorods 13 2.1.3 Đánh tính chất đặc trưng vật liệu ZnO nanorods như: cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt, tính phát quang 15 2.2 Phương pháp nghiên cứu 18 2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 18 2.2.1 Phương pháp chế tạo - phương pháp điện hóa 20 2.2.2 Các phương pháp phân tích mẫu 22 2.2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 25 2.2.2.4 Phương pháp đo phát quang PL 27 CHƯƠNG KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Khảo sát chế tạo ZnO nanorods với cường độ dịng điện hóa khác 29 3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chế tạo đến phát triển ZnO nanorods 31 3.3 Đánh tính chất đặc trưng vật liệu ZnO nanorods như: cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt, tính phát quang 34 CHƯƠNG KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHAO 38 PHỤ LỤC 44 ii PHỤ LỤC 1: DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẤT Chữ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt uv Ultra-violet light Ánh sáng cực tím Vis Visible light Ánh sáng nhìn thấy XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X AZO Al doped ZnO ZnO pha tạp AI ZnO ZnO nanorods Cấu trúc nano ZnO chiều nanorods CB Condution band Vùng dẫn VB Valance band Vùng hóa trị iii PHỤ LỤC 2: DANH MỤC CÁC BẢNG BIẾU, sơ ĐỎ, HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các loại cấu trúc tinh thể ZnO, hình trịn màu đen biểu thị nguyên tử oxi, màu xám biểu thị nguyên tử kẽm Hình 1.2 Mạng tinh (a) mặt phân cực (b) cấu trúc hexagonal wurtzite Hình 1.3 Cấu trúc vùng lượng cùa ZnO Hình 1.4 Một số dạng vật liệu nano theo phân loại hình học (a) vật liệu nano không chiều hạt sắt từ; (b) vật liệu nano hai chiều màng ZnO pha tạp Ga; (c) vật liệu nano chiều Polyaniline nanowire Hlnh 1.5 Một số dạng hình học cấu trúc nano ZnO (a) dây nano, (b) dạng lò xo, (c) dạng kim, (d) dạng tetrapods, (e) sợi nano, (f) ống nano [44] Hình 1.6 Pho phát quang (PL) ZnO nanorods 10 theo nhiệt độ nung khác [45] .10 Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình chế tạo ZnO nanorods phương pháp điện hóa 12 Hình 2.2: Quá trình hình thành ZnO nanorods 15 Hình 2.3 Phổ quang phát quang cùa sợi nano ZnO [5] 16 Hình 2.4 (a) Liên quan trạng thái phân cực ánh sáng với trục sợi nano (b) thời gian hồi đáp cùa sợi nano ZnO với laser 633 nm khơng khí so với chân khơng 18 Hình 2.5 Máy đánh siêu âm 19 Hình 2.6 Lị sấy 19 Hình 2.7 Cân sartorious TE 214S .19 Hình 2.8 Máy khuấy từ .19 Hình 2.10 Dụng cụ thí nghiệm 19 Hình 2.11 Sơ đồ hệ điện hóa 21 Hình 2.12 Sơ đồ khối hệ đo truyền qua 22 iv Hình 2.13 Máy chụp phổ uv - Vis 23 Hình 2.14 Sơ đồ cấu tạo SEM 24 Hình 2.15.Giản đồ XRD TĨO2 có peak A(001) dùng để xác định 27 cấu trúc màng 27 Hình 2.16 Giản đồ chế quang phát quang vật liệu bán dẫn 28 Hình 3.1 Ảnh SEM bề mặt ZnO nanorods chế tạo cường độ dòng điện phân khác 30 Hình 3.2 Hình SEM bề mặt (hình a) cấu trúc cắt ngang (hình b) ZnO nanorods chế tạo với thời gian khác 32 Hình 3.3 Giản đồ XR.D ZnO nanorods 35 Hình 3.4 Phổ PL ZnO nanorods 35 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số thông số ZnO đơn tinh the [36] Bảng 1.3 Khả nhạy hóa học với số loại khí vật liệu ZnO có cấu trúc nano [51] ' 11 Bảng 3.1 Các thông số chế tạo ZnO nanorods theo cường độdòng điện thay đoi 29 Bảng 3.2 Các thông số chế tạo ZnO nanorods theo thời gian chế tạo khác 31 Bảng 3.3 Các thông số cấu trúc cùa ZnO nanorods 33 V TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN cứu Sán phẩn đăng ký thuyết minh Sản phẩm thực đạt Quy công nghệ tống hợp vật liệu ZnO Quy công nghệ tống hợp vật liệu ZnO nanorods bang phương pháp điện hóa nanorods bang phương pháp điện hóa Bàng phân tích tính chất vật liệu ZnO nanorods Bàng phân tích tính chất vật liệu ZnO nanorods Thòi gian đăng ký : từ ngày 01/2017 đến ngày 12/2017 Thời gian nộp báo cáo: VI MỞ ĐẦU (ABSTRACT) Ngày nay, ngành công nghệ vật liệu có bước tiến lớn việc nghiên cứu chế tạo loại vật liệu có tính vượt trội đề để đáp ứng yêu cầu phát triển Trong năm gần vật liệu có cấu trúc kích thước nano quan tâm nghiên cứu rộng rãi, đặc biệt ứng dụng chúng công nghệ bán dần đạt thành tựu lớn, ví dụ siêu máy tính hệ Vật liệu kích thước nano có tính chất dị hướng đáng ý độ bền, độ cứng, độ dần nhiệt, dần điện độ truyền qua mà vật liệu khối (vật liệu chiều) khơng có được, cấp độ nano này, người ta lại chia vật liệu nano thành nhiều nhóm: vật liệu chiều (hạt nano), vật liệu chiều (sợi nano, ống nano), vật liệu chiều (màng mỏng) Mỗi loại vật liệu nêu có cấu trúc, tính chất khác phù hợp với ứng dụng riêng đặc thù Bên cạnh nhà khoa học kết hợp vật liệu cấu trúc kích thước nano khác nhằm phục vụ cho ứng dụng tinh vi Khi đó, đe sản xuất sản phẩm, người ta phải tính đến nhiều yếu to: chất lượng sản phẩm, chi phí sản xuất, yếu tố thị trường Trong nghiên cứu vật liệu nano nay, nghiên cứu nano bán dần chiếm ưu ví dụ như ZnO, SnO2, GaAs, InP, TiO2 Trong đó, vật liệu oxít kèm (ZnO) với nhiều tính chất đặc biệt quang, điện, độ on định hóa học cao cộng thêm số ưu diem dề tìm chi phí chế tạo tương đối thấp loại vật liệu tập trung nghiên cứu ứng dụng phổ biến Vật liệu ZnO đa dạng mặt hình thái học, từ cấu trúc chiều (dạng màng), chiều (dạng sợi) đến cấu trúc chiều (hạt nano), cấu trúc nano chiều ZnO đa dạng từ dạng wire (sợi) đến rod (thanh), pencil (chóp nhọn) tetra-pod (tứ cạnh) cấu trúc lai chiều chiều dạng sheet (lá) nhà khoa học tập trung nghiên cứu tính chất đặc biệt cấu trúc khác ứng với ứng dụng đặc thù chúng Đe tài với mục tiêu nghiên cứu che tạo vật liệu ZnO nanorods phương pháp điện hóa Phương pháp tong họp vật liệu ZnO nanorods từ pha dung dịch tác dụng dịng điện nên có thời gian chế tạo ngắn rods có độ định hướng cao Ket đề tài chế tạo thành công vật liệu ZnO nanorods với cấu trúc tinh the hexagonal wuzite phát triển ưu tiên hướng mặt mạng (001), rod có độ đồng cao tiền đề để phát triển nghiên cứu ứng dụng vật liệu nhiều lĩnh vực ... trung nghiên cứu tính chất đặc biệt cấu trúc khác ứng với ứng dụng đặc thù chúng Đe tài với mục tiêu nghiên cứu che tạo vật liệu ZnO nanorods phương pháp điện hóa Phương pháp tong họp vật liệu ZnO. .. QUẢ NGHIÊN cứu Sán phẩn đăng ký thuyết minh Sản phẩm thực đạt Quy công nghệ tống hợp vật liệu ZnO Quy công nghệ tống hợp vật liệu ZnO nanorods bang phương pháp điện hóa nanorods bang phương pháp. .. DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2017 -2018 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp tính chất đặc trưng vật liệu ZnO nanorods phương pháp điện hóa Sổ hợp đồng : 2017.01.14/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Đinh