Nghiên cứu các phương pháp chế tạo màng graphene loại GO-H-Au1-5-14700 và GO-H-13 và ứng dụng

Nghiên cứu các phương pháp chế tạo màng graphene loại GO-H-Au1-5-14700 và GO-H-13 và ứng dụng

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin gởi lời cảm ơn Bộ môn Vật Lý Chất Rắn, Khoa Vật LýVật Lý Kĩ Thuật, Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TpHCM tạo điều kiện tốt cho thực tốt luận văn tốt nghiệp Con xin chân thành cảm ơn thầy Trần Quang Trung tận tình bảo, hƣớng dẫn suốt trình thực đề tài Sự tận tụy nhiệt tình thầy khoa học gƣơng sáng cho noi theo Con xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Vật Lý Chất Rắn truyền đạt cho kiến thức chuyên ngành bổ ích nhƣ lời dạy bảo sống để vững bƣớc vào đời Con gởi lời cảm ơn chân thành đến Đặng Thành Công, giúp đỡ sửa máy điều nhiệt nhƣ bảo chạy hệ CVD, sẵn sàng giúp đỡ gặp khó khăn khác Em xin chân thành cảm ơn chị Lê Thị Thanh chị Huỳnh Trần Mỹ Hòa Hai chị ngƣời trƣớc hƣớng đề tài em Hai chị khơng quản ngại khó nhọc, tận tình bảo em chút một, giúp đỡ em để em hoàn thành khóa luận cách tốt Chân thành cảm ơn phịng thí nghiệm giúp chúng tơi q trình đo đạc nhƣ: phịng khoa học vật rắn; phịng thí nghiệm vật lý ứng dụng, Xin cảm ơn bạn bè nhiệt tình giúp đỡ, chia lúc khó khăn Cuối xin cảm ơn ba mẹ thƣơng yêu ủng hộ Cảm ơn ba mẹ sinh thành bƣớc đƣờng Con cảm ơn ba mẹ tất Dƣơng Văn Long Trang i Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ…………………………………………………………… DANH MỤC BẢNG BIỂU…………………………………………………………6 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………………7 LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….8 PHẦN I: TỔNG QUAN 11 I.1 Cơ sở lý thuyết màng graphene: 11 I.1.1 Giới thiệu graphene: 11 I.1.2 Carbon, trạng thái lai hóa nguyên tử carbon dạng thù hình carbon: 13 I.2 Cấu tạo tính chất màng graphene: 34 I.2.1 Cấu tạo màng graphene: 34 I.2.2 Cấu trúc vùng lƣợng: .36 I.2.3 Ứng dụng màng graphene: 41 I.3 Các phƣơng pháp chế tạo graphene: 44 I.3.1 Phƣơng pháp tách lớp học: 44 I.3.2 Phƣơng pháp epitaxy: .45 I.3.3 Phƣơng pháp chế tạo graphene từ dung dịch: 46 I.4 Graphene pha tạp: .46 I.4.1 Pha tạp graphene với kim loại chuyển tiếp: .46 I.4.2 Pha tạp graphene nano vàng: 53 PHẦN II: THỰC NGHIỆM 55 II.1 Mục đích đề tài: 55 II.2 Các hóa chất sử dụng hệ đo: 56 II.2.1 Các hóa chất sử dụng: 56 II.2.2 Các hệ đo: 57 Dƣơng Văn Long Trang ii Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 II.3 Tổng hợp dung dịch graphite oxide 59 II.3.1 Tách lớp graphite: 59 II.3.2 Oxy hóa exfoliated graphite thành graphite oxide: 61 II.3.3 Rửa dung dịch graphite oxide: 70 II.4 Tạo màng graphene pha tạp nano vàng vào màng graphene: 71 II.4.1 Chuẩn bị đế để phun màng: .72 II.4.2 Phun màng: 73 II.4.3 Khử màng nhiệt: .75 II.5 Chuẩn bị dung dịch phun màng kết khảo sát màng: .76 II.5.1 Khảo sát màng theo lƣợng chất khử hydrazine: 76 II.5.2 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch nano vàng:…………………………………………………………………79 II.5.3 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl4:…………………………………………………………… 82 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỄN ĐỀ TÀI…………………… 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….85 Dƣơng Văn Long Trang iii Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình I.1.1-a: Nhà vật lý Andre K Geim 11 Hình I.1.2-a: Carbon (graphite) 13 Hình I.1.2-b: Nguyên tử carbon A: cấu tạo nguyên tử carbon; B: cấu hình electron nguyên tử carbon 14 Hình I.1.2-c: Hình dạng vân đạo s (A) vân đạo p (B) .15 Hình I.1.2-d: Nguyên tử carbon với đối xứng bậc bốn mạng kim cƣơng (A) phân tử khí metan (B) .16 Hình I.1.2-e: Sự lai hóa vân đạo s ba vân đạo p (hình A) thành bốn vân đạo sp3 (hình B) 17 Hình I.1.2-f: Các vân đạo ngun tử carbon khơng có mức lƣợng, bốn vân đạo 2sp3 đƣợc xem nhƣ có mức lƣợng 17 Hình I.1.2-g: Nối điểm cuối vectơ định hƣớng (định hƣớng tần số cao nhất)của bốn vân đạo sp3 hình thành tứ diện với góc cân định hƣớng với 109º28’ 18 Hình I.1.2-h: Hai vân đạo 2sp3 lai hóa với tạo thành vân đạo sigma (δ), liên kết liên kết sigma 20 Hình I.1.2-i: Một vân đạo 2s lai hóa với hai vân đạo 2p tạo thành ba vân đạo 2sp2, lại vân đạo 2p khơng bị lai hóa với mức lƣợng khơng thay đổi 21 Hình I.1.2-j: Sự lai hóa vân đạo s hai vân đạo p (hình A) thành ba vân đạo sp2 (hình B) 22 Dƣơng Văn Long Trang Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình I.1.2-k: Nối điểm cuối vectơ định hƣớng (định hƣớng tần số cao nhất)của ba vân đạo sp2 hình thành tam giác với góc cân định hƣớng với 120º 23 Hình I.1.2-l: Vân đạo p khơng lai hóa tái định xứ định hƣớng thẳng góc với mặt phẳng cùa ba vân đạo sp2 23 Hình I.1.2-m: Chuỗi cấu trúc lục giác hình thành từ nguyên tử carbon lai hóa sp2 tạo thành, tất định xứ mặt phẳng song song Vân đạo thứ tƣ định hƣớng trực giao với mặt phẳng đƣợc gọi vân đạo pi, có khả tạo thành liên kết pi phụ trợ 24 Hình I.1.2-n:Khí etylen có liên kết đơi C=C gồm liên kết pi liên kết sigma 25 Hình I.1.2-o: Sự lai hóa vân đạo s vân đạo p (hình A) thành hai vân đạo sp tạo với góc 180º (hình B), hai vân đạo p cịn lai tái định xứ định hƣớng trực giao với trực giao với hai vân đạo sp (hình C) .26 Hình I.1.2-p: Axetylen với liên kết ba C≡C gồm liên kết sigma hai liên kết pi 27 Hình I.1.2-q: Các dạng thù hình carbon.( A): kim cƣơng, (B): graphite,(C): lonsdaleite, (D): cầu C60, (E): C540,(F): C70, (G): carbon vơ định hình, (H): ống carbon nano 28 Hình I.1.2-r: Kim cƣơng (A) cấu trúc tinh thể kim cƣơng (B) 29 Hình I.2.1-a: Graphene 34 Hình I.2.1-b: Ô mạng sở graphene (A) mạng đảo (B) .35 Dƣơng Văn Long Trang Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình I.2.2-a: Cấu trúc vùng lƣợng graphene 40 Hình I.2.3-a: Cấu trúc OLED với màng graphene đóng vai trị điện cực 42 Hình I.2.3-b: Cấu tạo transistor graphene với tần số cắt lên đến 100GHz 43 Hình I.2.3-c: Màng graphene dò đơn phân tử nitrogen dioxide 43 Hình I.4.1-a: Cấu trúc vùng lƣợng graphene hấp phụ mặt (111) đế Al, Pt, Co Hình bên trái phải dƣới tƣơng ứng cấu trúc vùng lƣợng spin đa số tiểu số Mức Fermi vị trí có lƣợng Đặc điểm vân đạo pz carbon đƣợc đƣờng màu đen Điểm hình nón tƣơng ứng với đƣờng giao phần lớn vùng pz điểm K Chú ý đến trùng lặp vectơ mạng (cho Al Pt), điểm K uốn xuống vùng Brillouin nhỏ 47 Hình I.4.1-b: Tính tốn cho dịch chuyển mức Fermi với ý tới điểm hình nón, ΔEF (hình chấm), thay đổi cơng W – WG (hình tam giác) nhƣ hàm WM – WG , khác cơng kim loại graphene Đƣờng thấp (màu đen) cao (màu xanh) tƣơng ứng kết khoảng cách cân (~3.3Å) khoảng cách lớn (5.0Å) graphene bề mặt kim loại Đƣờng nét liền đƣờng nét đứt đƣợc cho phƣơng trình I.4.1-1 với Δc=0 với d=5.0 Å .48 Hình I.4.1-c: A: Biểu đồ minh họa thơng số đƣợc sử dụng mơ hình tƣơng tác dipole tạo thành bƣớc mặt tiếp xúc graphene – kim loại B: Trung bình mật độ electron khác Δn(z)=nM|G(z) – nM(z) – nG(z) thể chuyển dời hạt tải dựa tiếp xúc graphene-Pt (111) 50 Dƣơng Văn Long Trang Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình I.4.1-d: Độ dịch chuyển mức Fermi ΔEF(d) hàm khoảng cách bề mặt graphene-kim loại Các chấm đƣợc tính lý thuyết hàm phân bố mật độ, đƣờng nét liền kết phƣơng trình .51 Hình II.2.2-a: Hệ X-ray Shimadzu 5A 57 Hình II.2.2-b: Hệ đo UV-Vis 58 Hình II.2.2-c: Hệ FT-IR 58 Hình II.2.2-d: Hệ đo SEM JMS-6480LV .59 Hình II.3.1-a: Cấu trúc graphite sau tách lớp 60 Hình II.3.1-b:Graphite flake trƣớc tách lớp B: Graphite sau tách lớp(EG) 60 Hình II.3.2-a: Cấu tạo màng graphite oxide 61 Hình II.3.2-b: Máy khuấy từ .63 Hình II.3.2-c: Hệ ủ nhiệt điện trở 64 Hình II.3.2-d: Quy trình chế tạo GO theo phƣơng pháp khơng có NaNO3 65 Hình II.3.2-e: Dung dịch GO thu đƣợc từ phƣơng pháp khơng có NaNO3 66 Hình II.3.2-f: Dung dịch GO thu đƣợc từ phƣơng pháp có NaNO3 66 Hình II.3.2-g: Dung dịch GO thu đƣợc ứng với mẫu EG 2:1:8:16(để qua đêm sau đƣợc tổng hợp từ EG) 68 Hình II.3.2-h: Phổ X-ray graphite flake (GF) hai mẫu EG 2:1:6:16 , EG 2:1:8:16 68 Dƣơng Văn Long Trang Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình II.3.2-i: Phổ FT-IR mẫu EG 2:1:8:16 69 Hình II.3.3-a: Hệ máy quay ly tâm A: Máy quay ly tâm, B: Bộ biến tần điều khiển tốc độ máy quay .71 Hình II.4.1-a: Máy rửa siêu âm Jinwoo JAC Ultrasonic 1505 72 Hình II.4.2-a: Hệ phun màng A: Súng phun, B: Bộ điều nhiệt 74 Hình II.4.3-a: Hệ nhiệt CVD phịng Vật lý chất rắn 75 Hình II.5.1-a: Hình SEM mẫu GO-H-1:3 .78 Hình II.5.2-a: Hình SEM cùa mẫu GO-H-Au1-600 80 Hình II.5.2-b: Phổ truyền qua mẫu pha tạp nano vàng có khử hydrazine nhiệt độ ủ 700°C 82 Hình II.5.3-a: Phổ truyền qua mẫu pha tạp vàng từ HAuCl4 khơng dùng hóa chất khử khác 84 Hình II.5.3-b: Phổ truyền qua mẫu pha tạp vàng từ HAuCl4 có khử hydrazine 86 Hình II.5.3-c: Sự hoàn nguyên vàng màng graphene nhờ Disodium citrate .87 Hình II.5.3-d: Phổ truyền qua mẫu pha tạp vàng từ HAuCl4 có dùng Disodium citrate để hồn ngun 89 Hình II.5.3-e: Hình SEM mẫu GO-SC-Au2-2:1-700 89 Dƣơng Văn Long Trang Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Dƣơng Văn Long Trang Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng I.1.2-1: Những tính chất liên kết carbon-hydro kết lai hóa 25 Bảng I.4.1-1: Tính tốn cho khoảng cách cân graphene từ bề mặt (111) kim loại khác Năng lƣợng liên kết ΔE lƣợng (trên nguyên tử carbon) yêu cầu để graphene khỏi bề mặt kim loại WM W tƣơng ứng công đƣợc tính từ bề mặt kim loại hồn toàn, trạng thái tự hấp phụ graphene 49 Bảng II.3.2-1: Khảo sát tỷ lệ khối lƣợng thễ thích chất so với khối lƣợng EG 67 Bảng II.5.1-1: Khảo sát màng với tỷ lệ GO chất hóa học khử GO khác nhau, Nhiệt độ khử 600°C (*)Mẫu khơng có khử hydrazine 77 Bảng II.5.2-1: Khảo sát tỷ lệ hydrazine, nano vàng pha tạp so với lƣợng GO, kết hợp nhiệt độ ủ màng khác (*)Các mẫu có STT mẫu khơng có pha tạp vàng Các màng có độ truyền qua 80% 79 Bảng II.5.2-2: Khảo sát màng theo nồng độ pha tạp vàng.Mẫu có khử hydrazine Nhiệt độ ủ 700°C (*) Mẫu khơng có pha tạp vàng .81 Bảng II.5.3-1: Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl4 với dung dịch GO khơng có khử sơ hydrazine.Nhiệt độ ủ 700ºC (*) Mẫu khơng có pha tạp vàng 83 Bảng II.5.3-2: Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl4 với dung dịch GO có khử sơ hydrazine Nhiệt độ ủ 700(*) Mẫu khơng có pha tạp vàng 85 Dƣơng Văn Long Trang Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình II.5.1-a: Hình SEM mẫu GO-H-1:3 Hình SEM mẫu GO-H-1:3 (hình II.5.1-a) minh họa màng graphene tạo thành có dạng lớp, trơng nhƣ lụa trải mặt bàn, trãi không có nếp gấp Điều chứng tỏ tạo đƣợc màng graphene lớn, đồng Nhƣ vậy, chúng tơi hồn ngun đƣợc màng graphene có dạng mảng lớn nhƣng độ dẫn điện chúng thấp Nguyên nhân chồng chập màng graphene chúng đƣợc hình thành gốc oxy màng chƣa đƣợc khử hoàn tồn Trên sở đó, chúng tơi tiến hành pha tạp nano vàng vào màng với mong muốn chúng điền khiến vào đƣợc vị trí trống cầu nối dẫn điện cho màng graphene để màng có độ dẫn điện cao độ truyền qua cao Dƣơng Văn Long Trang 78 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 II.5.2 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch nano vàng: II.5.2.1 Khảo sát tỷ lệ khối lƣợng graphite oxide với hydrazine vàng: Dùng 3.15g GO khơ pha lỗng với dung mơi DI:ethanol Pha nano vàng vào theo tỷ lệ mGO:mAu khảo sát Dung dịch chuyển sang màu đỏ (màu nano vàng) Dùng hydrazine để khử GO theo tỷ lệ khảo sát Dung dịch chuyển sang màu nâu Pha loãng dung dịch với dung mơi DI:ethanol để đƣợc dung dịch nồng độ 7mg/ml Lắc dung dịch trƣớc pha màng  Kết thảo luận: Bảng II.5.2-1: Khảo sát tỷ lệ hydrazine, nano vàng pha tạp so với lượng GO, kết hợp nhiệt độ ủ màng khác (*)Các mẫu có STT mẫu khơng có pha tạp vàng Các màng có độ truyền qua 80% Điện trở (kΩ/) STT mGO:mAu (1:3) (0.03mg:0.03*10-3mg) (1:4) 600°C 700ºC 600°C 700ºC 105 (*) 6.8 8.56 7.6 23.8 105:3 5.64 6.67 5.4 11.05 105:4 4.79 4.98 4.7 5.118 105:5 5.94 5.34 5.65 4.26 105:6 4.6 4.85 4.8 3.25 105:7 6.2 5.4 4.33 4.4 Kí hiệu tên mẫu: GO-H-Au1-STT- :NHIỆT ĐỘ Ủ Trong đó: GO-H: dung dịch GO có khử hydrazine Dƣơng Văn Long Trang 79 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Au1: mẫu pha vàng từ dung dịch nano vàng, khử hydrazine khơng có thơng số STT: số thứ tự mẫu bảng : tỷ lệ khối lƣợng GO N2H4 Nhiệt độ ủ: Nhiệt độ khử màng khảo sát Từ bảng II.5.2-1, ta thấy màng ủ nhiệt, tỷ lệ màng pha tạp vàng có điện trở thấp Nghĩa là, pha tạp nano vàng giúp cho độ dẫn điện màng tăng lên Nhìn chung, điện trở màng có xu hƣớng tăng lƣợng vàng pha tạp tăng Các mẫu GO-H-Au1-5 có điện trở thấp Đặc biệt với mẫu GO-H-Au1-5-1:4, điện trở màng 3.25 kΩ/ Trong hai loạt mẫu ứng với hai tỷ lệ khác nhau, ta thấy mẫu có tỷ lệ 1:4 tốt mẫu có tỷ lệ 1:3 Từ đây, chọn tỷ lệ để khử sơ cho GO hydrazine tỷ lệ 1:4 Tiếp theo, tăng nồng độ nano vàng pha tạp để kiểm chứng tác dụng làm giảm điện trở màng nano vàng Hình II.5.2-a: Hình SEM cùa mẫu GO-H-Au1-600 Từ hình SEM mẫu GO-H-Au1-600 (hình II.5.2-a), ta thấy vàng phân bố chƣa kết tập nhiều Điều làm cho hiệu ứng tăng độ dẫn Dƣơng Văn Long Trang 80 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 màng graphene pha tạp vàng chƣa đƣợc cao làm giảm độ truyền qua màng II.5.2.2 Khảo sát màng theo tỷ lệ khối lƣợng graphite oxide:vàng Dùng 1.5g GO khơ pha lỗng với dung môi DI:ethanol Pha nano vàng vào theo tỷ lệ mGO:mAu khảo sát Dung dịch chuyển sang màu đỏ (màu nano vàng) Dùng hydrazine để khử GO theo tỷ lệ 1:4 Dung dịch chuyển sang màu nâu Pha loãng dung dịch với dung mơi DI:ethanol để đƣợc dung dịch nồng độ 7mg/ml Lắc dung dịch trƣớc pha màng  Kết thảo luận Bảng II.5.2-2: Khảo sát màng theo nồng độ pha tạp vàng.Mẫu có khử hydrazine Nhiệt độ ủ 700°C (*) Mẫu khơng có pha tạp vàng mGO:mAu 50 (*) 50:3 50:4 50:5 50:6 50:7 26.86 8.95 6.65 7.06 5.05 7.9 (0.03mg:0.03*10-3mg) Điện trở (kΩ/ ) Kí hiệu tên mẫu: GO-H-Au1-mGO:mAu Trong đó: GO-H-Au1: dung dịch GO có khử sơ hydrazine, pha tạp dung dịch nano vàng mGO:mAu : tỷ lệ khối lƣợng GO Au Các mẫu bảng II.5.2-2 dùng lƣợng GO so với mẫu bảng II.5.2-1 Vì vậy, màng bảng II.5.2-2 có điện trở lớn so với Dƣơng Văn Long Trang 81 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 màng bảng II.5.2-1 Tuy nhiên, có vàng pha tạp, điện trở màng lại giảm đáng kể Điều chứng tỏ lƣợng vàng pha tạp nhiều, điện trở màng giảm Hình II.5.2-b: Phổ truyền qua mẫu pha tạp nano vàng có khử hydrazine nhiệt độ ủ 700°C Từ phổ UV-vis mẫu (hình II.5.2-b), ta lại không thấy dấu hiệu vàng màng Có thể lƣợng vàng pha tạp chƣa đủ để hấp thụ tạo nên đặc trƣng cho phổ UV-vis Độ truyền qua mẫu thấp (67-73%) II.5.3 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl4: Trong phần này, dùng dung dịch HAuCl4 5.79mg/ml để pha tạp vàng vào màng graphene Dƣơng Văn Long Trang 82 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 II.5.3.1 GO không đƣợc khử sơ hydrazine: Dùng 3.8mg GO khơ pha lỗng với dung mơi DI:ethanol Pha HAuCl4 vào theo tỷ lệ mGO:mAu khảo sát Dung dịch có màu vàng Để dung dịch 30 phút Pha loãng dung dịch với dung mơi DI:ethanol để đƣợc dung dịch nồng độ 7mg/ml Lắc dung dịch trƣớc pha màng  Kết thảo luận: Bảng II.5.3-1: Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl với dung dịch GO khơng có khử sơ hydrazine.Nhiệt độ ủ 700ºC (*) Mẫu pha tạp vàng mGO:mAu Điện trở (kΩ/ ) 3.8 (*) 4:1 3:1 2:1 46.8 142.3 193.6 184.2 Kí hiệu tên mẫu: GO-Au2- mGO:mAu Trong đó: GO-Au2 : pha tạp vàng vào màng từ dung dịch HAuCl4 mGO:mAu : tỷ lệ khối lƣợng GO Au Dƣơng Văn Long Trang 83 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình II.5.3-a: Phổ truyền qua mẫu pha tạp vàng từ HAuCl khơng dùng hóa chất khử khác Từ bảng II.5.3-1, ta thấy mẫu có pha tạp vàng lại có điện trở lớn so với mẫu Nguyên nhân có mặt HAuCl4 làm hạn chế khả khỏi màng gốc oxy GO Các màng có độ truyền qua khoảng 72-83% (hình II.5.3-a) Ta thấy có đỉnh hấp thụ vàng (582nm) phổ truyền qua mẫu Nghĩa có diện nano vàng màng nhƣng hạt nano không liên kết đƣợc màng graphene với nhau, dẫn đến điện trở màng cao Chúng tơi khảo sát lại q trình kèm theo khử sơ GO hydrazine để giảm tác dụng cản trở trình khử GO phân tử HAuCl4 II.5.3.2 Graphite oxide đƣợc khử sơ hydrazine: Dùng 3.8mg GO khơ pha lỗng với dung môi DI:ethanol Pha HAuCl4 vào theo tỷ lệ mGO:mAu khảo sát Dung dịch có màu vàng Để dung dịch 30 Dƣơng Văn Long Trang 84 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 phút Khử sơ GO hydrazine với tỷ lệ 1:4 Dung dịch chuyển sang màu nâu đỏ Sau giờ, quay ly tâm dung dịch (7000 vòng/phút) rửa nƣớc DI Kết tủa thu đƣợc đem pha lỗng dung dịch với dung mơi DI:ethanol Lắc dung dịch trƣớc pha màng  Kết thảo luận: Bảng II.5.3-2: Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl với dung dịch GO có khử sơ hydrazine Nhiệt độ ủ 700(*) Mẫu khơng có pha tạp vàng mGO:mAu 3.8 (*) 4:1 3:1 2:1 Điện trở (kΩ/ ) 144 217 82.5 51.5 Kí hiệu tên mẫu: GO-H-Au2-mGO:mAu Trong đó: GO-H-Au2 : GO đƣợc khử sơ hydrazine trƣớc đƣợc pha tạp dung dịch HAuCl4 mGO:mAu : tỷ lệ khối lƣợng GO Au Dƣơng Văn Long Trang 85 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình II.5.3-b: Phổ truyền qua mẫu pha tạp vàng từ HAuCl có khử hydrazine Trong bảng II.5.3-2, điện trở mẫu pha tạp vàng giảm gần qua tỷ lệ 4:1 , 3:1 , 2:1 mGO:mAu, điện trở màng pha tạp thấp điện trở màng (ở tỷ lệ 3:1 2:1) Điều cho thấy vai trò quan trọng việc khử màng sơ hydrazine nồng độ pha tạp vàng vào màng graphene Phổ truyền qua mẫu hình II.5.3-b có đỉnh phổ nano vàng Có dịch chuyển phía đỏ đỉnh phổ nồng độ pha tạp vàng tăng, ứng với kết tập nhiều hạt nano vàng Các mẫu có độ truyền qua Tuy nhiên, điện trở màng cịn cao HAuCl4 chƣa chuyển hóa thành hạt nano vàng Trong phƣơng pháp tổng hợp nano vàng, Sodium citrate (SC) đƣợc sử dụng để chuyển hóa HAuCl4 thành hạt nano vàng Chúng tơi tiến hành khảo sát màng graphene pha tạp vàng từ dung dịch HAuCl4 với có mặt dung dịch Sodium citrate Dƣơng Văn Long Trang 86 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 II.5.3.3 Dùng Sodium citrate hoàn nguyên vàng HAuCl4 pha tạp vào màng: Một hạn chế dung dịch HAuCl4 Au không dạng nguyên tử mạng graphene Để hoàn nguyên Au, dùng dung dịch SC [7] Khi cho dung dịch HAuCl4 vào dung dịch GO, ion dƣơng Au3+ liên kết với gốc ion oxy dƣơng GO Sau cho SC vào dung dịch, với trình khử GO, SC cắt gốc H+ Cl- HAuCl4, kết Au đƣợc thay nguyên tử carbon nhƣ hình II.5.3-c Hình II.5.3-c: Sự hoàn nguyên vàng màng graphene nh Disodium citrate Dùng 3.8mg GO khơ pha lỗng với dung môi DI:ethanol Pha HAuCl4 vào theo tỷ lệ mGO:mAu khảo sát Dung dịch có màu vàng Để dung dịch Cho lƣợng nhỏ SC (SC lấy theo tỷ lệ 3:20 số mol với HAuCl4 ) vào dung dịch GO HAuCl4 đƣợc ủ 80ºC, Dung dịch chuyển dần Dƣơng Văn Long Trang 87 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 từ màu vàng, đỏ, đỏ tía, cuối màu nâu Quay ly tâm dung dịch thu đƣợc với tốc độ 7000 vòng/phút Phần rắn thu đƣợc đem pha lỗng với dung mơi DI:ethanol  Kết thảo luận: Bảng II.5.3-3: Dùng Sodium citrate hoàn nguyên vàng HAuCl pha tạp vào màng (*) Mẫu không pha tạp vàng Nhiệt độ ủ (°C) mGO:mAu Điện trở (kΩ/ ) 600 3.8 (*) 93 4:1 363 3:1 70.7 2:1 153.4 4:1 40.6 3:1 18.9 2:1 16.1 4:1 23 3:1 21.8 2:1 31.5 700 800 Kí hiệu tên mẫu: GO-SC-Au2-mGO:mAu-nhiệt độ ủ Trong đó: GO-SC-Au2 : pha tạp vàng từ dung dịch HAuCl4 hoàn nguyên vàng dung dịch SC mGO:mAu : tỷ lệ khối lƣợng GO Au Nhiệt độ ủ : nhiệt độ khử nhiệt GO Dƣơng Văn Long Trang 88 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình II.5.3-d: Phổ truyền qua mẫu pha tạp vàng từ HAuCl có dùng Disodium citrate để hoàn nguyên Từ bảng II.5.3-3, ta thấy điện trở màng thu đƣợc cao Với loạt mẫu ủ nhiệt độ 700ºC, điện trở nhỏ giảm theo tỷ lệ 4:1 , 3:1 , 2:1 mGO:mAu Hai mẫu GO-SC-Au2-3:1-700 GO-SC-Au2-2:1-700 có điện trở thấp Có thể kết luận pha tạp vàng, nhiệt độ khử GO mẫu tốt 700ºC Trên nhiệt độ này, vàng bị bay Điện trở màng giảm so với trƣờng hợp không sử dụng SC Phổ truyền qua mẫu ủ 700 800ºC (hình II.5.3-d) cho thấy kết tƣơng tự Các mẫu có tỷ lệ mGO:mAu 3:1, 4:1 có đỉnh hấp thụ vàng (588nm), cịn mẫu có tỷ lệ 2:1 không thấy rõ đỉnh phổ Độ truyền qua màng 80% Dƣơng Văn Long Trang 89 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 Hình II.5.3-e: Hình SEM mẫu GO-SC-Au2-2:1-700 Hình SEM mẫu GO-SC-Au2-2:1-700 (hình II.5.3-e) cho thấy đồng phân bố nano vàng màng Tuy nhiên, hạt nano vàng kết tập Khả sai hỏng vùng trũng màng tạo điều kiện cho kết tập Dƣơng Văn Long Trang 90 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỄN ĐỀ TÀI Trong thời gian thực đề tài, chúng tơi hồn thành tốt mục tiêu tìm hiểu carbon, dạng lai hóa carbon; cấu tạo, tính chất, ứng dụng màng graphene; phƣơng pháp chế tạo màng graphene; lý thuyết pha tạp kim loại vào màng graphene Đối với phần thực nghiệm, tổng hợp thành công GO thơng qua q trình tách lớp graphite flake oxy hóa EG GO thu đƣợc mảng lớn, lƣợng GO thu đƣợc nhiều Chúng tơi chuyển hóa đƣợc GO thành graphene thơng qua q trình khử hóa học (dung dịch hydrazine) trình khử nhiệt màng để khử gốc oxy Màng graphene tạo thành có dạng lớp, màng lớn đồng Tuy nhiên, điện trở màng graphene cao (mẫu GO-H-1:3 mục II.5.1 có điện trở thấp 6.5 kΩ/) Chúng tơi khảo sát quy trình pha tạp nano vàng vào màng graphene với mục đích làm tăng độ dẫn độ truyền qua màng Bƣớc đầu có thành cơng định (mẫu GO-H-Au1-5-1:4:700 mục II.5.2.1 có điện trở 3.25 kΩ/), nhiên trình phân tán vàng màng graphene đạt hiểu chƣa cao nên phát triễn đề tài nhằm ứng dụng G vào màng TCO Đề tài phần luận văn thạc sĩ chị Lê Thị Thanh chị Huỳnh Trần Mỹ Hòa Dƣơng Văn Long Trang 91 Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes Jean-Christophe Charlier (2007), Xavier Blasé, Stephan Roche Electronic and transport properties of nanatubes Rev Mod Phys 79 (2) 667 G Giovannetti, P A Khomyakov, G Brocks, V M Karpan, J van den Brink, and P J Kelly Doping Graphene with Metal Contacts 10.1103/PhysRevLett.101.026803 Jun Yan, Zhuangjun Fan, Tong Wei, Weizhong Qian, Milin Zhang, Fei Wei Preparation of exfoliated graphite containing manganese oxides with high electrochemical capacitance by microwave irradiation Carbon 47 (2009) 3365 – 3380 Gil Goncalves, Paula A A P Marques, Carlos M Granadeiro, Helena I S Nogueira, M K Singh and J Gracio Surface Modification of Graphene Nanosheets with Gold Nanoparticles: The Role of Oxygen Moieties at Graphene Surface on Gold Nucleation and Growth Chem Mater., 2009, 21 (20), pp 4796–4802 Sasha Stankovich, Dmitriy A Dikin, Richard D Piner, Kevin A Kohlhaas, Alfred Kleinhammes, Yuanyuan Jia, Yue Wu,SonBinh T Nguyen, Rodney S Ruoff Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide Carbon 45 (2007) 1558– 1565 Gil Goncalves, Paula A A P Marques, Carlos M Granadeiro, Helena I S Nogueira, M K Singh and J Gracio Surface Modification of Graphene Nanosheets with Gold Nanoparticles: The Role of Oxygen Moieties at Graphene Surface on Gold Nucleation and Growth Chem Mater., 2009, 21 (20), pp 4796–4802 Dƣơng Văn Long Trang 92 ... C thƣờng có vài lớp graphene mặt Si lớp I.3.3 Phương pháp chế tạo graphene từ dung dịch: Có hai phƣơng pháp việc chế tạo màng graphene từ dung dịch Đó chế tạo màng graphene phƣơng pháp hóa học... I.2 Cấu tạo tính chất màng graphene: 34 I.2.1 Cấu tạo màng graphene: 34 I.2.2 Cấu trúc vùng lƣợng: .36 I.2.3 Ứng dụng màng graphene: 41 I.3 Các phƣơng pháp chế tạo graphene: ... linh hoạt u cầu bảo quản I.3 Các phương pháp chế tạo graphene: Có nhiều phƣơng pháp khác để chế tạo màng graphene, nhóm phƣơng pháp đƣợc tiến hành nhiều là: phƣơng pháp tách lớp học graphite (mechanical