Luận văn thạc sĩ HUS chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano zno

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NguyễnThịHương CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HàNội - 2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NguyễnThịHương CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO Chuyênngành: VậtlýChấtrắn Mãsố : 60 44 07 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:T.S NGẠC AN BANG HàNội - 2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm vật liệu nano 1.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.2 Vật liệu bán dẫn ZnO 1.2.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu ZnO 1.2.2 Cấu trúc vùng lượng ZnO 1.2.3 Một số ứng dụng vật liệu nano ZnO 10 1.3 Plasmon bề mặt, tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 11 1.3.1 Khái niệm Plasmon bề mặt 11 1.3.2 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 12 1.4 Chế tạo vật liệu nano 13 1.4.1 Chế tạo hạt nano Au 13 1.4.2 Chế tạo nano ZnO hạt ZnO bọc Au 14 1.5 Các phương pháp khảo sát 14 1.5.1 Khảo sát đặc trưng cấu trúc XRD 14 1.5.2 Nghiên cứu phổ tán sắc lượng EDS: 17 1.5.3 Khảo sát vi hình thái SEM, TEM 17 1.5.4 Phương pháp nghiên cứu phổ hấp thụ 21 1.5.5 Phép đo phổ huỳnh quang 24 Chương THỰC NGHIỆM 26 2.1 Chế tạo nano ZnO phương pháp thủy nhiệt 26 2.2 Chế tạo hạt nano kim loại Au phương pháp hóa khử 28 2.3 Chế tạo ZnO bọc Au phương pháp hóa 30 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.4 Các phép đo khảo sát mẫu 31 2.4.1 Phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 31 2.4.2 Phép đo phổ EDS chụp ảnh SEM 32 2.4.3 Chụp ảnh TEM 32 2.4.3 Phép đo phổ hấp thụ UV-vis 33 2.4.4 Phép đo phổ huỳnh quang 34 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết chế tạo vật liệu nano ZnO 35 3.1.1 Kết chế tạo vật liệu nano ZnO phương pháp thủy nhiệt 35 3.1.2 Kết chế tạo hạt nano kim loại Au phương pháp hóa khử 35 3.1.3 Kết chế tạo hạt ZnO bọc Au phương pháp hóa 36 3.2 Kết phân tích cấu trúc 37 3.2.1 Mẫu ZnO nano chế tạo phương pháp thủy nhiệt 37 3.2.2 Mẫu kim loại nano Au chế tạo phương pháp hóa khử 41 3.2.3 Mẫu ZnO bọc Au chế tạo phương pháp hóa 42 3.3 Khảo sát phổ EDS 44 3.3.1 Phổ EDS mẫu ZnO chế tạo phương pháp thủy nhiệt 44 3.3.2 Phổ EDS mẫu Au chế tạo phương pháp hóa khử 44 3.3.3 Phổ EDS mẫu hạt ZnO bọc Au chế tạo phương pháp hóa ướt 45 3.4 Kết chụp ảnh SEM, TEM 46 3.4.1 Kết chụp ảnh SEM mẫu ZnO 46 3.4.2 Kết chụp ảnh TEM mẫu Au 47 3.4.3 Kết chụp ảnh TEM mẫu ZnO bọc Au 48 3.5 Kết khảo sát phổ hấp thụ 51 3.5.1 Phổ hấp thụ mẫu Au chế tạo phương pháp hóa khử 51 3.5.2 Phổ hấp thụ mẫu ZnO bọc Au chế tạo phương pháp hóa 53 3.6 Kết đo phổ huỳnh quang 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.6.1 Phổ huỳnh quang nano ZnO chế tạo phương pháp thủy nhiệt 56 3.6.2 Phổ huỳnh quang mẫu ZnO bọc Au chế tạo phương pháp hóa 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Khoa học nano công nghệ nano ngày khẳng định vị tầm quan trọng lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật, đời sống xã hội.Với nhân tố trung tâm vật liệu nano kích thước,khi kích thước giảm tới mức độ đó, hiệu ứng lượng tử xuất hiện, thay đổi đặc trưng vật liệu màu sắc, tính chất điện, nhiệt, từ, quang mà không cần thay đổi thành phần hố học;khi kích thước giảm, tỷ số bề mặt thể tích tăng nhanh, hiệu ứng bề mặt xuất điều kiện lí tưởng cho vật liệu nanocomposit, tương tác hoá học, xúc tác, vật liệu dự trữ lượng, tăng khả hoạt hoá thuốc chữa bệnh Khi hiệu suất làm việc vật liệu cao lượng vật liệu cần sử dụng nhỏ, lượng chất thải đi.Với đặc tính ưu việt vật liệu nano mang lại nhiều thành tựu to lớn cho khoa học đời sống Chúng ta kể đến vài thành tựu khoa học nano công nghệ nano như: lĩnh vực công nghiệp điện tử - quang tử: transitor đơn điện tử, linh kiện chấm lượng tử, vi xử lí tốc độ nhanh, senso, lade, linh kiện lưu trữ thông tin , công nghiệp hoá học: xúc tác, hấp thụ, chất màu , lượng: pin hidro, pin liti, pin mặt trời, y-sinh học nông nghiệp: thuốc chữa bệnh nano, mô nhân tạo, thiết bị chẩn đốn điều trị , hàng khơng-vũ trụ- quân sự: vật liệu siêu bền, siêu nhẹ, chịu nhiệt, chịu xạ , môi trường: khử độc, vật liệu nano xốp, mao quản dùng để lọc nước Vật liệu nano làm thay đổi hiệu suất vật liệu polimer, thiết bị điện tử, sơn, pin, tế bào nhiên liệu, tế bào điện mặt trời, lớp phủ, máy tính, linh kiện thu gọn lại, hoạt động hiệu nhiều Đã có nhiều nghiên cứu vật liệu khác TiO2, SiO2, Au, vật liệu nhiều nhà khoa học quan tâm ZnO ZnO hợp chất thuộc nhóm AIIBVI có nhiều tính chất bật như: độ rộng vùng cấm lớn (cỡ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3,37eV nhiệt độ phòng), độ bền vững, độ rắn nhiệt độ nóng chảy cao Vật liệu cho linh kiện quang điện tử hoạt động vùng phổ tử ngoại, chuyển mức phát quang xảy với xác suất tương đối lớn Đối với ZnO hiệu suất lượng tử phát quang đạt gần 100%, mở nhiều triển vọng việc chế tạo lade, senso nhạy khí, pin mặt trời Hiện ZnO có cấu trúc nano tập trung nghiên cứu hy vọng tương lai cho phép chế tạo hệ linh kiện có nhiều tính chất ưu việt Do có nhiều khả ứng dụng rộng rãi nên vật liệu ZnO chọn đối tượng để tổng hợp nghiên cứu luận văn tơi: “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano ZnO” Trong luận văn này, chúng tơi trình bày phương pháp chế tạo nano ZnO phương pháp thủy nhiệt, hạt nano Au phương pháp hóa khử, hạt nano ZnO bọc Au phương pháp hóa ướt Các phương pháp có đặc tính chung đơn giản, dễ tiến hành, phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm có trường Ngồi phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, luận văn chia làm chương sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết thực nghiệm thảo luận LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm vật liệu nano Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nano mét (1 𝑛𝑚 = 10−9 𝑚) Đây đối tượng nghiên cứu hai lĩnh vực có quan hệ mật thiết với khoa học nano cơng nghệ nano.Tính chất vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước chúng, vào cỡ nano mét, đạt tới kích thước tới hạn nhiều tính chất hóa lý vật liệu thơng thường Kích thước vật liệu nano trải khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thuộc vào chất vật liệu tính chất cần nghiên cứu [1] 1.1.2 Phân loại vật liệu nano Có nhiều cách phân loại vật liệu nano, sau vài cách phân loại thường dùng [1]: *Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau: Vật liệu khối Giếng lượng tử Dây lượng tử Chấm lượng tử Hình 1.1: Các cấu trúc thấp chiều -Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano,ví dụ,màng mỏng, đĩa nano, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -Vật liệu nano chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano,ví dụ,dây nano, ống nano, - Vật liệu nano không chiều vật liệu mà ba chiều có kích thước nano, ví dụ, đám nano, hạt nano Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano khơng chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn *Phân loại theo tính chất vật liệu thể khác biệt kích thước nano: vật liệu nano kim loại, vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học *Nhiều người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo khái niệm Ví dụ, đối tượng nghiên cứu làthanh nano bán dẫn ZnO phân loại "thanh nano bán dẫn" Trong "thanh" phân loại theo hình dáng Sau chế tạo nanocó hai chiều có kích thước nano xếp vào loại vật liệu nano chiều, "bán dẫn" phân loại theo tính chất nano bán dẫn chế tạo từ bán dẫn khối 1.2 Vật liệu bán dẫn ZnO 1.2.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu ZnO Ở điều kiện thường cấu trúc ZnO tồn dạng Wurtzite Mạng tinh thể ZnO dạng hình thành sở hai phân mạng lục giác xếp chặt cation Zn2+ anion O2- lồng vào khoảng cách 3/8 chiều cao (hình 1.2) Mỗi sở có phân tử ZnO có nguyên tử Zn nằm vị trí (0, 0, 0); (1/3, 1/3, 1/3) nguyên tử oxi nằm vị trí (0, 0, 𝑢); (1/3, 1/3, 1/3 + 𝑢) với 𝑢~3/8 Mỗi nguyên tử Zn liên kết với nguyên tử O nằm đỉnh tứ diện gần Khoảng cách LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com từ Zn đến nguyên tử 𝑢𝑐, khoảng cách khác 𝑎3 + 𝑐 (𝑢 − )2 1/2 Hằng số mạng cấu trúc đánh giá vào cỡ: 𝑎 = 3,243 Å, 𝑐 = 5,195 Å Ngoài ra, điều kiện đặc biệt tinh thể ZnO cịn tồn cấu trúc như: lập phương giả kẽm (hình 1.3) hay cấu trúc lập phương kiểu NaCl (hình 1.4) Kẽm (Zn) Kẽm (Zn) Oxi (O) Hình 1.2:Cấu trúc lục giác Wurzite tinh thể ZnO Oxi (O) Kẽm (Zn) Hình 1.3:Cấu trúc mạng tinh thể kiểu lập phương giả kẽm Oxi (O) Hình 1.4:Cấu trúc mạng tinh thể lập phương kiểu NaCl Đây trạng thái giả bền ZnO xuất nhiệt độ cao.Mỗi ô sở chứa bốn phân tử ZnO với tọa độ nguyên tử là: + ngun tử Zn vị trí 𝑎 có tọa độ: (0, 0, 0), (0, 1/2 , 1/2), (1/2, 0, 1/2), (1/2, 1/2, 0) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.9: Ảnh SEM mẫu ZnO chế tạo phương pháp thủy nhiệt 3.4.2 Kết chụp ảnh TEM mẫu Au Hình dạng kích thước hạt Au khảo sát thơng qua ảnh TEM (hình 3.10) Do bao bọc bảo vệ lớp ion âm citrate nên hạt Au phân tán tốt khơng có tượng kết đám Quan sát ảnh TEM ta thấy hạt có dạng hình cầu tựa cầu có kích thước tập trung chủ yếu khoảng từ 15 nm đến 24 nm 47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.10: Ảnh TEM mẫu Au 3.4.3 Kết chụp ảnh TEM mẫu ZnO bọc Au Kết chụp ảnh TEM mẫu ZnO bọc Au trình bày hình 3.11, 3.12 Quan sát hình 3.11 ta thấy không xuất cấu trúc lõi vỏ mà hầu hết hạt gắn vào tạo thành hình dumbbell Điều giải thích khơng đồng cấu trúc tinh thể ZnO Au Tinh thể ZnO có cấu trúc lục giác xếp chặt tinh thể kim loại Au lại có cấu trúc lập phương tâm mặt Vì vậy, việc bọc Au ZnO hay lồng cấu trúc lập phương tâm mặt vào cấu trúc lục giác xếp chặt không thực mà ta gắn hạt Au lên hạt mầm ZnO 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.11: Ảnh TEM mẫu 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.12: Ảnh TEM mẫu Mỗi hạt dạng hình dumbbell mà quan sát hạt ZnO liên kết với hạt Au hạt ZnO liên kết với nhiều hạt Au Vì theo kết phân tích thực nghiệm hạt Au tạo thành mặt thích hợp hạt ZnO Kết hình 3.12 cho ta thấy xuất nhiều hạt đơn lẻ, theo dự đốn chúng tơi hạt đơn lẻ ZnO khơng thể hạt Au hạt Au khơng thể hình thành cách độc lập mẫu dung dịch ZnO gắn Au Kích thước trung bình hạt đơn lẻ mẫu vào khoảng 13nm đến 14 nm 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.5 Kết khảo sát phổ hấp thụ Chúng ta biết tượng cộng hưởng plasmon bề mặt xảy tần số sóng ánh sáng tới tần số dao động plasmon điện tử bề mặt kim loại Hiện tượng khảo sát thơng qua phổ hấp thụ Vị trí, số lượng đỉnh hấp thụ phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, số điện mơi thân hạt kim loại số điện môi môi trường xung quanh Trong luận văn khảo sát tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt Au hạt ZnO bọc Au 3.5.1 Phổ hấp thụ mẫu Au chế tạo phương pháp hóa khử Hình 3.13 trình bày phổ hấp thụ chuẩn hóa mẫu vàng chế tạo với tỷ lệ chất ban đầu khác Au1 Au2 Au3 1.0 He so hap thu  He so hap thu  1.0 0.5 0.9 500 520 540 Buoc song 0.0 300 400 500 600 700 800 900 Buoc song (nm) Hình 3.13: Phổ hấp thụ mẫu hạt Au chuẩn hóa 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Quan sát phổ hấp thụ mẫu hạt vàng hình 3.13 thấy phổ hấp thụ xuất đỉnh hấp thụ vùng khả kiến.Điều cho biết hạt Au mẫu có dạng hình cầu tựa cầu có kích thước nanomet với mode dao động lưỡng cực 524 Au3 Vi tri dinh 523 Buoc song (nm) Au2 522 521 520 519 Au1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Ty le mol Hình 3.14: Sự phụ thuộc đỉnh phổ hấp thụ vào tỷ lệ mol Au3+ sodium citrate Mặt khác quan sát hình 3.14 ta thấy, tỷ lệ mol hai tiền chất ban đầu HAuCl4 Na3C6H5O7 thay đổi đỉnh phổ hấp thụ có dịch chuyển: Au1 519 nm, Au2 522,2 nm, Au3 523,5 nm Tỷ lệ hai tiền chất tăng lên đỉnh phổ hấp thụ có xu hướng dịch phía có bước sóng dài (dịch đỏ) hay kích thước hạt Au tăng lên [1] Kết phù hợp với lý thuyết Mie 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.5.2 Phổ hấp thụ mẫu ZnO bọc Au chế tạo phương pháp hóa Phổ hấp thụ mẫu ZnO đính Au chế tạo phương pháp hóa chúng tơi trình bày hình 3.15 Quan sát phổ hấp thụ mẫu ZnO đính Au ta thấy xuất đỉnh hấp thụ Sự xuất đỉnh phổ mẫu có chứa hạt Au đỉnh chứng tỏ hạt Au mẫu có dạng hình cầu tựa cầu Chúng ta biết ZnO vật liệu có độ rộng vùng cấm lớn (cỡ 3,3 eV) nên phổ hấp thụ suốt vùng khả kiến Chúng tơi ví dụ hình 3.16 phổ hấp thụ phổ lượng mẫu màng ZnO chế tạo phương pháp PED đế thạch anh Tuy nhiên, phổ hấp thụ mẫu ZnO bọc Au chồng chất đơn giản phổ hấp thụ đặc trưng ZnO Au, hay phổ hấp thụ mẫu pha trộn học hạt ZnO hạt Au Điều chứng minh hình 3.17 ZnO - Au ZnO - Au Cuong 1.0 0.5 0.0 300 400 500 600 700 800 900 Buoc song (nm) Hình 3.15: Phổ hấp thụ mẫu ZnO đính Au 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.6 20 Mang ZnO 1.4 Mang ZnO 1.2 0.8 10 (h) He so hap thu  15 1.0 0.6 0.4 0.2 0.0 300 400 500 600 700 800 900 2.0 2.5 Buoc song  3.0 3.5 h Hình 3.16: Phổ hấp thụ mẫu màng ZnO chế tạo phương pháp PED Au2 ZnO - Au He so hap thu  1.0 He so hap thu  1.0 0.9 0.8 500 0.5 550 Buoc song 0.0 300 400 500 600 700 800 900 Buoc song (nm) Hình 3.17: Phổ hấp thụ mẫu ZnO bọc Au Trên hình 3.17 chúng tơi trình bày phổ hấp thụ mẫu ZnO đính Au phổ hấp thụ mẫu hạt Au chế tạo độc lập Quan sát so sánh hai phổ ta thấy phổ hạt ZnO đính Au mở rộng có dịch đỉnh phía bước sóng dài so vớihạt 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nano Au Chuẩn hóa đồ thị xác định vị trí hai đỉnh ta thấy đỉnh phổ hấp thụ ZnO đính Au dịch khoảng 10 nm so với đỉnh phổ mẫu hạt Au Chúng ta biết vị trí đỉnh cộng hưởng hạt nano Au phụ thuộc vào hình dạng kích thước hạt.Xét hình dạng ta thấy phổ hấp thụ Au ZnO xuất đỉnh vùng khả kiến chứng tỏ hạt Au hai mẫu có dạng cầu tựa cầu.Xét kích thước ta biết kích thước hạt lớn đỉnh cộng hưởng dịch phía bước sóng dài.Tuy nhiên, ta thấy đỉnh hấp thụ mẫu ZnO - Au bị dịch đỏ kích thước hạt mẫu lại nhỏ so với mẫu Au (kết phân tích ảnh TEM kích thước trung bình hạt Au độc lập khoảng 18 nm, hạt Au mẫu ZnO - Hình 3.18: Cấu trúc vùng lượng ZnO, Au vùng chuyển tiếp Au khoảng 14 nm) Vì vậy, theo giả thuyết phổ hấp thụ ZnO - Au phải có xu hướng dịch xanh Điều chứng tỏ kích thước hạt khơng phải ngun nhân gây dịch đỏ này.Một số yếu tố khác gây ảnh hưởng đến vị trí đỉnh cộng hưởng xem xét dựa lý thuyết Mie, khơng phải ngun nhân gây dịch đỏ.Nguyên nhân lớp chuyển tiếp kim loại vàng bán dẫn ZnO làm thay đổi mức lượng Fecmi vàng Mức lượng Fecmi Au cao ZnO dẫn đến điện tử vùng dẫn Au qua lớp chuyển tiếp chuyển sang vùng dẫn ZnO tập trung chủ yếu phần liên kết hai hạt 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com làm cho mức lượng vùng dẫn ZnO bị cong xuống, hạt vàng bị thiếu hụt điện tử nguyên nhân dẫn đến mở rộng phổ dịch đỏ mẫu ZnO bọc Au[7] 3.6 Kết đo phổ huỳnh quang 3.6.1 Phổ huỳnh quang nano ZnO chế tạo phương pháp thủy nhiệt Hình 3.19a cho kết đo phổ huỳnh quang mẫu ZnO sử dụng bước sóng kích 𝜆𝑒𝑥𝑐 = 325 𝑛𝑚, quan sát phổ ta thấy xuất hai đỉnh huỳnh quang bước sóng 𝜆𝑒𝑚 = 390 𝑛𝑚, 𝜆𝑒𝑚 = 600 𝑛𝑚 Trong đó, đỉnh phát xạ thứ 𝜆𝑒𝑚 = 390 𝑛𝑚là xạ bờ vùng chuyển mức tái hợp exciton,đỉnh phát xạ thứ hai 𝜆𝑒𝑚 = 600 𝑛𝑚liên quan tới sai hỏng (defect) bề mặt, tinh thể mà chủ yếu nút khuyết oxi Quan sát tỷ lệ cường độ hai đỉnh phát xạ ta thấy, đỉnh phát xạ thứ hai có cường độ lớn nhiều so với đỉnh phát xạ thứ Điều giải thích donhững sai hỏng tập trung chủ yếu bề mặt vật liệu, kích thước giảm đến kích cỡ nano tỷ số diện tích bề mặt thể tích tương đối lớn nên số sai hỏng bề mặt tăng lên nhiều so với vật liệu khối Mặt khác, kích thước nano độ kết tinh vật liệu nhiều so với vật liệu khối.Hai nguyên nhân làm cho đỉnh phát xạ thứ hai có cường độ lớn nhiều 325 nm 390 nm 140000 2000000 Cuong Cuong 130000 120000 110000 350 400 450 500 550 600 650 260 280 300 320 Buoc song (nm) Buoc song (nm) Hình 3.19a Phổ huỳnh quang Hình 3.19b Phổ kích thích huỳnh quang mẫu ZnO kích bước sóng 325 nm mẫu ZnO kích bước sóng 390 nm 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 276 nm 600 nm 3000000 Cuong Cuong 30000 20000 2000000 1000000 10000 0 300 400 300 500 400 Buoc song (nm) 500 Buoc song (nm) Hình 3.19c Phổ huỳnh quang Hình 3.19d Phổ kích thích huỳnh quang mẫu ZnO kích bước sóng 376 nm mẫu ZnO kích bước sóng 600 nm 367 nm 2000000 Cuong 1500000 1000000 500000 400 500 600 700 Buoc song (nm) Hình 3.19e Phổ huỳnh quang mẫu ZnO kích bước sóng 376 nm Hình 3.19: Phổ huỳnh quang nano ZnO Phổ kích thích huỳnh quang hai đỉnh trình bày hình 3.19b 3.19d 3.6.2 Phổ huỳnh quang mẫu ZnO bọc Au chế tạo phương pháp hóa Chúng tiến hành đo phổ huỳnh quang mẫu ZnO bọc Au Tuy nhiên kết thu phép đo phổ tán xạ Raman nước Nguyên nhân dẫn đến 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com kết mẫu dạng dung dịch mà lượng ZnO mẫu thấp nguyên nhân kể đến mẫu để thời gian dài nên xảy tượng sa lắng 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Sau thời gian thực luận văn: “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano ZnO” hướng dẫn TS Ngạc An Bang phịng thí nghiệm thuộc Bộ mơn Vật lý Đại cương ĐHKHTN - ĐHQGHN, thực đạt số kết sau: Chế tạo thành công ZnO nano phương pháp thủy nhiệt Quy trình chế tạo mẫu ổn định cho phép chế tạo lượng lớn mẫu Hình dạng kích thước mẫu khảo sát thơng qua việc phân tích ảnh TEM Phần lớn có dạng hình trụ với tiết diện lục giác Đường kính tiết diện trung bình 300 𝑛𝑚 − 400 𝑛𝑚 chiều dài khoảng 20𝜇𝑚.Kết phân tích phổ XRD cho thấy nano ZnO có cấu trúc lục giác xếp chặt wurtzite Hằng số mạng xác định sử dụng đỉnh nhiễu xạ 100 002 𝑎 = 0,3247 𝑛𝑚và 𝑐 = 0,5201 𝑛𝑚 Các mẫu hạt Au nano chế tạo thành cơng phương pháp hóa khử sử dụng chất khử Sodium Citrate nhiệt độ 70 oC Kết phân tích ảnh TEM mẫu hạt Au cho thấy hạt Au có dạng hình cầu tựa cầu với kích thước trung bình khoảng từ 16nm đến 18 nm tùy thuộc vào tỷ lệ tiền chất ban đầu Kết phân tích phổ nhiễu xạ tiaX khẳng định tồn hạt vàng kim loại có kích thước nanomet với cấu trúc lập phương tâm mặt fcc Hằng số mạng trung bìnha xác định từ đỉnh nhiễu xạ 111 200 là0,407 𝑛𝑚phù hợp với phổ chuẩn Bước đầu chế tạo thành công mẫu hạt liên kết bán dẫn/kim loại ZnO/Au phương pháp hóa nhiệt độ phịng ZnO đóng vai trị xúc tác q trình khử ion Au+3 thành Au kim loại môi trường Sodium citrate nhiệt độ phòng Do sai khác cấu trúc tinh thể, Au kim loại (fcc) hình thành phát triển số mặt định ZnO (wurtzite) Kết phân tích ảnh TEM mẫu cho thấy, bên cạnh hạt ZnO có hình dạng tựa cầu, mẫu có chứa số lớn hạt ZnO/Au có hình dạng dumbbell Kích thước trung bình hạt mẫu vào 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khoảng 13 nm - 14 nm.Kết phân tích phổ nhiễu xạ tiaX khẳng định tồn đồng thời hai phaZnO Au kim loại Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt Au nano khảo sát thông qua phổ hấp thụ UV-Vis nhiệt độ phòng Phổ hấp thụ mẫu hạt vàng xuất đỉnh hấp thụ SPR khoảng từ 519 đến 523 nm tương ứng với mode dao động lưỡng cực Bằng cách thay đổi tỷ lệ tiền chất ban đầu, kích thước hạt Au và, đó, vị trí đỉnh SPR khống chế dải bước sóng từ 516 đến 550 nm Phổ hấp thụ mẫu ZnO/Aucũng xuất đỉnh hấp thụ SPR khoảng 533 nm tương ứng với mode dao động lưỡng cực hạt Au nano tựa cầu Do tồn lớp chuyển tiếp bán dẫn/kim loại ZnO/Au, vị trí đỉnh SPR bị mở rộng có xu hướng dịch phía bước sóng dài phù hợp với kết công bố giới Phổ huỳnh quang PL kích thích huỳnh quang PLE ZnO nano chế tạo phương pháp thủy nhiệt khảo sát Phổ huỳnh quang ZnO nano tồn hai đỉnh phát xạ.Đỉnhhuỳnh quang khoảng bước sóng 𝜆𝑒𝑚 = 390 𝑛𝑚 liên quan tới chuyển mức tái hợp exciton đỉnh phát xạ vùng khả kiến ở𝜆𝑒𝑚 = 600 𝑛𝑚liên quan tới sai hỏng (defect) tinh thể mà chủ yếu nút khuyết oxi.Do nồng độ ZnO mẫu ZnO/Au thấp, Phép đo phổ PL mẫu thu tán xạ Raman H2O 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Hoàng Thị Hiến (2010), Chế tạo hạt nano kim loại phương pháp hóa khử nghiên cứu hiên tượng plasmon bề mặt hạt nano kim loại, luận văn tốt nghiệp đại học, ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội, 2009 [2] Trịnh Thị Loan (2005), Nguyễn Ngọc Long, Lê Hồng Hà, Ngạc An Bang, Sự đa dạng hình thái học vật liệu cấu trúc nano ZnO tổng hợp phương pháp thủy nhiệt, Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI , ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội [3] Phùng Thị Thơm (2009), Chế tạo nghiên cứu tượng cộng hưởng plasmon bề mặt vàng kích thước nano, luận văn thạc sĩ khoa học, ĐHKHTN ĐHQGHN [4] Vũ Thị Thanh Thủy (2009), Chế tạo vật liệu ZnO có cấu trúc nanomet phương pháp hóa, Luận văn Thạc sĩ khoa học, ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội Tiếng Anh [5] Krishna Kanta Haldar, Tapasi Sen and Amitava Patra (2008), “Au@ZnO CoreShell Nanoparticles Are Efficient Energy Acceptors with Organic Dye Donors”, J Phys Chem C2008, 112, 11650–11656 [6] Myung - Ki Lee, Tae Geun Kim, Woong Kim and Yun - Mo Sung (2008), “Surface Plasmon Resonance (SPR) Electron and Energy Transfer in Noble Metal-Zinc Oxide Composite Nanocrystals”, J Phys Chem C 2008, 111, 3836 - 3841 [7] Xin Wang, Xianggui Kong, Yi Yu and Hong Zhang (2007), “Synthesis and Characterization of Water - Soluble and Bifunctional ZnO - Au”, J Phys Chem C 2007, 111, 3836 - 3841 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... nên vật liệu ZnO chọn đối tượng để tổng hợp nghiên cứu luận văn tôi: ? ?Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano ZnO? ?? Trong luận văn này, chúng tơi trình bày phương pháp chế tạo nano ZnO. .. HỌC TỰ NHIÊN - NguyễnThịHương CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO Chuyênngành: VậtlýChấtrắn Mãsố : 60 44 07 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:T.S... chiều đan xen lẫn *Phân loại theo tính chất vật liệu thể khác biệt kích thước nano: vật liệu nano kim loại, vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học *Nhiều người ta phối