Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ......HUỲNH THỊ BÍCH HẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO GZO ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN CỰC TRONG SUỐT NANOCOMPOSITE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH:
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HUỲNH THỊ BÍCH HẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO GZO ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN CỰC TRONG SUỐT NANOCOMPOSITE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN DUY CƯỜNG HÀ NỘI - 2019 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131747791000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HUỲNH THỊ BÍCH HẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO GZO ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN CỰC TRONG SUỐT NANOCOMPOSITE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN DUY CƯỜNG HÀ NỘI - 2019 Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu hướng dẫn TS Nguyễn Duy Cường Các kết khoa học trình bày luận văn thành tựu nghiên cứu chưa công bố tên tác giả khác Số liệu thực nghiệm đạt khoa học, xác trung thực Học viên Huỳnh Thị Bích Hảo Luận văn Thạc sỹ Khoa học i Huỳnh Thị Bích Hảo Viện Tiên tiến Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn - TS Nguyễn Duy Cường Trong suốt trình thực đề tài, thầy định hướng khoa học, tận tình bảo, giúp đỡ hỗ trợ kiến thức khoa học, tài tinh thần để giúp tơi hồn thành luận văn Bên cạnh đó, q trình học tập hồn thành luận văn Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy cơ, bạn bè người thân gia đình Vì thế: Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian học tập nghiên cứu Viện Tôi xin gửi lời cảm ơn đến anh chị nghiên cứu sinh, bạn học viên cao học Viện AIST em sinh viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiều lần giúp đỡ hỗ trợ tơi q trình làm thực nghiệm đóng góp ý kiến giúp tơi hồn thiện luận văn Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn tới bố mẹ em ln bên cạnh, động viên, khích lệ, giúp đỡ suốt trình học tập - nghiên cứu Hà Nội, gia đình ln nguồn động lực to lớn để thành công Học viên Huỳnh Thị Bích Hảo Luận văn Thạc sỹ Khoa học ii Huỳnh Thị Bích Hảo Viện Tiên tiến Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu oxit dẫn điện suốt (TCO) .5 1.1.1 Lịch sử phát triển vật liệu TCO 1.1.2 Các tính chất đặc trưng TCO 1.1.3 Ứng dụng vật liệu TCO 1.2 Vật liệu ZnO 1.2.1 Cấu trúc vật liệu ZnO 1.2.2 Khuyết tật tinh thể ZnO 11 1.2.3 Tính chất vật liệu ZnO 13 1.2.4 Vật liệu nano ZnO ứng dụng 14 1.3 Vật liệu GZO .16 1.3.1 Màng mỏng GZO 16 1.3.2 Hạt GZO 17 Chƣơng THỰC NGHIỆM 20 2.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm 20 2.1.1 Hóa chất .20 2.1.2 Dụng cụ .21 2.1.3 Thiết bị 21 2.2 Tổng hợp vật liệu 22 Luận văn Thạc sỹ Khoa học iii Huỳnh Thị Bích Hảo Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu GZO 22 2.2.2 Quy trình tạo màng AgNWs/GZO NPs 24 2.3 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 26 2.3.1 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) .26 2.3.2 Nhiễu xạ tia X (XRD) .27 2.3.3 Phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) .29 2.3.4 Phương pháp bốn mũi dò 30 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Nghiên cứu hạt nano ZnO pha tạp Ga (GZO) 32 3.1.1 Ảnh hưởng tiền chất lên hình thái hạt nano GZO 32 3.1.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp Ga 33 3.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tổng hợp 41 3.2 Nghiên cứu màng nanocomposite AgNWs/GZO NPs 46 3.2.1 Hình thái bề mặt màng AgNWs/GZO NPs 47 3.2.2 Tính chất điện màng AgNWs/GZO NPs 48 3.2.3 Tính chất quang màng AgNWs/GZO NPs 50 3.2.4 Hệ số chất lượng màng AgNWs/GZO NPs 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Luận văn Thạc sỹ Khoa học iv Huỳnh Thị Bích Hảo Viện Tiên tiến Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU λ Bước sóng (Å) Eg Năng lượng vùng cấm (eV) τ Thời gian sống ν Tần số ánh sáng CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Cường độ sáng mặt đất mặt trời chiếu góc AM 1,5 48,2º so với phương thẳng đứng ATO Antimony-doped Tin Oxide Oxit thiếc pha tạp chì AZO Aluminium-doped Zinc Oxide Oxit kẽm pha tạp nhôm BGN Band-Gap Narrowing Thu hẹp vùng cấm BGR Band-Gap Renormalization Tái chuẩn hóa độ rộng vùng cấm CB Conduction Band Vùng dẫn CT Charge-Transfer Chuyển đổi điện tích Chemical Vapor Deposition Lắng đọng hóa học Field-Emission Scanning Kính hiển vi điện tử quét Electron Microscopy phát xạ trường FOM Figure of Merit Hệ số chất lượng FPD Flat-Panel Display Màn hình phẳng FTO Flour-doped Tin Oxide Oxit thiếc pha tạp flo GZO Gallium-doped Zinc Oxide Oxit kẽm pha tạp gali ITO Indium Tin Oxide Oxit thiếc indi CVD FE-SEM Luận văn Thạc sỹ Khoa học v Huỳnh Thị Bích Hảo Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ IZO Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Indium-doped Zinc Oxide Oxit kẽm pha tạp indi Joint Committee on Powder Ủy ban chung tiêu Diffraction Standards chuẩn nhiễu xạ vật liệu LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LPSP Low-Pressure Spray Pyrolysis JCPDS NPs SERS TCE TCO UV-Vis VB XRD Nhiệt phân phun áp suất thấp Nanoparticles Các hạt nano Surface Enhanced Raman Tán xạ Raman tăng cường Spectroscopy bề mặt Transparent Conductive Điện cực dẫn điện Electrode suốt Transparent Conductive Oxide Oxit dẫn điện suốt Ultraviolet-Visible Tử ngoại - Khả kiến Valance Band Vùng hóa trị X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X Luận văn Thạc sỹ Khoa học vi Huỳnh Thị Bích Hảo Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Các ứng dụng TCO Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể ZnO: (a) kiểu lập phương đơn giản, (b) kiểu cấu trúc giả kẽm, (c) kiểu lục giác [46] 10 Hình 1.3 Ơ sở cấu trúc ZnO kiểu wurtzite [3] 10 Hình 1.4 Các sai hỏng điểm: (1) nút khuyết, (2) tự xen kẽ, (3) tạp chất xen kẽ, (4,5) tạp chất thay 11 Hình 1.5 Sai hỏng điểm cấu trúc tinh thể 12 Hình 1.6 Đặc điểm J-V pin mặt trời sử dụng hạt ZnO hạt GZO (2-, 4mol%) NPs ánh sáng mặt trời mô (AM 1,5 G) [47] .18 Hình 1.7 Đặc tính J-V (a) pin mặt trời polyme [66], (b) OLED [61] có sử dụng màng điện cực suốt 19 Hình 2.1 Một số thiết bị thí nghiệm 21 Hình 2.2 Quy trình tổng hợp hạt nano GZO phương pháp phân hủy nhiệt 24 Hình 2.3 Phương pháp in gạt 25 Hình 2.4 Thiết bị kính hiển vi điện tử qt JEOL JSM-7600F (Mỹ) phịng thí nghiệm Hiển vi điện tử (BKEMMA), Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST) 26 Hình 2.5 Nguyên tắc chung phương pháp hiển vi điện tử SEM, TEM 27 Hình 2.6 Sự phản xạ bề mặt tinh thể 28 Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện phương pháp bốn mũi dò [2] .30 Hình 3.1 Ảnh FE-SEM hạt nano GZO tổng hợp hai nhóm tiền chất khác nhau: a) Zn(act)2 Ga(NO3)3, b) Zn(acac)2 Ga(acac)3 32 Hình 3.2 Ảnh FE-SEM hạt nano GZO tổng hợp theo nồng độ Ga khác nhau: (a) 0%, (b)1%, (c) 3%, (d) 5%, (e) 7% (f) 9% 34 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X hạt GZO tổng hợp tiền chất Zn(acac)2 Ga(acac)3 nồng độ Ga khác .35 Luận văn Thạc sỹ Khoa học vii Huỳnh Thị Bích Hảo Viện Tiên tiến Khoa học Cơng nghệ Hình 3.4 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đỉnh (101) mở rộng hạt GZO tổng hợp tiền chất Zn(acac)2 Ga(acac)3 nồng độ pha tạp Ga khác 36 Hình 3.5 Phổ truyền qua màng GZO tổng hợp theo nồng độ pha tạp Ga khác 38 Hình 3.6 Sự phụ thuộc (αhν) vào lượng photon (hν) hạt GZO tổng hợp theo nồng độ Ga khác .39 Hình 3.7 Ảnh hưởng pha tạp loại n đến vùng cấm chất bán dẫn oxit kim loại [20] .40 Hình 3.8 Ảnh FE-SEM hạt nano GZO tổng hợp theo nhiệt độ khác nhau: (a)190 °C, (b) 210 °C, (c) 230 °C, (d) 250 °C, (e) 270 °C (f) 290 °C .41 Hình 3.9 Giản đồ nhiễu xạ tia X hạt nano GZO tổng hợp theo nhiệt độ phản ứng khác 43 Hình 3.10 Đỉnh (101) mở rộng hạt GZO tổng hợp tiền chất Zn(acac)2 Ga(acac)3 nhiệt độ khác 44 Hình 3.11 Phổ truyền qua màng GZO tổng hợp tiền chất theo nhiệt độ phản ứng khác 45 Hình 3.12 Sự phụ thuộc (αhν) vào lượng photon (hν) hạt GZO tổng hợp theo nhiệt độ phản ứng khác 46 Hình 3.13 Ảnh FE-SEM màng nanocomposite AgNWs/GZO NPs: (a) AgNWs, (b) AgNWs/GZO-1, (c) AgNWs/GZO-2, (d) AgNWs/GZO-3 48 Hình 3.14 Sơ đồ mạch điện tương đương màng AgNWs AgNWs/GZO NPs 49 Hình 3.15 Độ truyền qua màng nanocomposite AgNWs/GZO NPs 50 Luận văn Thạc sỹ Khoa học viii Huỳnh Thị Bích Hảo