ỨNG DỤNG PHỔ QUANG PHÁT QUANG NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO BÁN DẪN CHẤM LƯỢNG TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đào Thị Phương Tâm ỨNG DỤNG PHỔ QUANG PHÁT QUANG NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO BÁN DẪN (CHẤM LƯỢNG TỬ) Chuyên ngành: Quang học Mã số : 60 44 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lâm Quang Vinh Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2012 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO BÁN DẪN 10 1.1 Khái niệm 10 1.2 Lý thuyết QDs 11 1.2.1 Tổng quan nano bán dẫn 11 1.2.2 Phổ mật độ trạng thái đặc trưng loại vật liệu bán dẫn 12 1.2.2.1 Vật liệu bán dẫn khối 12 1.2.2.2 Vật liệu bán dẫn 2D 13 1.2.2.3 Vật liệu bán dẫn 1D 14 1.2.2.4 Vật liệu bán dẫn 0D 15 1.3 Sự phụ thuộc vào kích thước tính chất quang QDs 17 CHƯƠNG II : CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HẠT,SỰ PHÂN BỐ KÍCH THƯỚC HẠT VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO 19 2.1 Các sở lý thuyết 19 2.1.1 Mẫu lý thuyết khối lượng hiệu dụng dùng để xác định kích thước hạt 19 2.1.2 Lý thuyết phổ PL, hàm phân bố kích thước hạt 21 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 23 2.2.1 Hệ thực nghiệm hệ đo phổ PL 23 2.2.1.1 Nguyên tắc phát quang 23 2.2.1.2 Các chế phát quang 24 HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh 2.2.2 Phép đo phổ UV-Vis 26 2.2.3 Phép đo phổ Raman 27 2.2.4 Phép đo phổ XRD 28 2.2.5 Phép ghi ảnh vi hình thái kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 29 CHƯƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Sơ đồ khối chương trình mô phổ PL 30 3.2 Thực nghiệm chế tạo 34 3.2.1 Phương pháp Colloide 34 3.2.2 Chế tạo dung dịch QDs CdSe 35 3.2.2.1 Hóa chất dụng cụ 35 3.2.2.2 Qui trình tổng hợp 35 3.2.3 Tạo mẫu bột CdSe 36 3.2.4 Chế tạo màng TiO2 – CdSe 37 3.3 Mô phân tích phổ thực nghiệm Quang phát quang 38 3.3.1 Ứng dụng phổ PL xác định kích thước, ảnh hưởng trạng thái bề mặt hạt CdSe QDs dung dịch 38 3.3.2 Ứng dụng phổ PL xác định kích thước hạt, phân bố kích thước hạt nano CdSe nghiên cứu tính chất quang màng TiO2 - CdSe 42 3.3.2.1 Màng TiO2 – CdSe chế tạo nhiệt độ phòng 43 3.3.2.2 Màng TiO2 – CdSe nung 3000 C 46 3.3.2.3 So sánh tính chất quang màng TiO2 –CdSe chế tạo nhiệt độ phòng nung 3000 C 50 CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 58 HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Lâm Quang Vinh hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành tốt luận văn Cảm ơn tất bạn lớp Cao học K17, đặc biệt người bạn thân thiết bên cạnh lúc khó khăn, bạn động viên tinh thần nhiều suốt trình làm luận văn Cảm ơn bạn Vũ Hoàng Nam, em Huỳnh Chí Cường giúp đỡ tận tình để có thêm kiến thức chuyên môn thực đề tài Cảm ơn Ban Giám Hiệu, thầy cô, anh chị, bạn, em tổ Vật Lý trường THPT chuyên Lê Hồng Phong quan tâm, san sẻ bớt công việc nhà trường để toàn tâm toàn ý thực đề tài Sau xin gửi lời cảm ơn đến người thân yêu Con cảm ơn Ba Mẹ tạo điều kiện thuận lợi, chỗ dựa cho con, ủng hộ hi sinh cho nhiều suốt trình làm luận văn Cảm ơn anh trai, chị dâu, em gái, em rể dù phương xa quan tâm động viên tinh thần Cảm ơn gái bé bỏng Mẹ, nụ cười giúp Mẹ có thêm động lực để hoàn thành luận văn HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 QDs CdSe/ZnS Kích thước hạt tinh thể QDs giảm dần tương ứng với dải phổ chạy từ màu Đỏ tới gần suốt 10 Hình 1.2 Sự giam giữ lượng tử dẫn tới thay đổi mức lượng phổ mật độ trạng thái thay đổi từ vật liệu bán dẫn khối tới giếng lượng tử, dây lượng tử chấm lượng tử 12 Hình 1.3 Phổ mật độ trạng thái bán dẫn khối 13 Hình 1.4 Phổ mật độ trạng thái bán dẫn 2D 14 Hình 1.5 Phổ mật độ trạng thái bán dẫn 1D 14 Hình 1.6 Cấu trúc QDs phổ mật độ trạng thái .15 Hình 1.7 Sự so sánh lượng phân tử nano bán dẫn vật liệu khối .16 Hình 1.8 Phổ huỳnh quang phát xạ dung dịch QDs CdTe nhiều kích thước khác từ tới 20 nm từ trái qua phải 17 Hình 1.9 Phổ hấp thụ huỳnh quang phát xạ loại QDs CdSe/ZnS , CdTe CdTe/CdSe 18 HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh Hình 2.1 Sự tăng mức lượng lượng tử hóa dịch xanh (blue shift) lượng vùng cấm tinh thể nano so với vật liệu khối 21 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm hệ đo PL 24 Hình 2.3.Các chế phát xạ ánh sáng :(a) Quá trình phục hồi điện tử từ trạng thái kích thích trạng thái (quá trình tái hợp xạ );(b) Quá trình xạ nguyên tử tạp chất khuyết tật mạng tinh thể 25 Hình 2.4.Thiết bị đo phổ PL trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM 25 Hình 2.5 Sơ đồ chuyển mức lượng bước chuyển lượng phổ điện tử 26 Hình 2.6.Các mode dao động tinh thể 27 Hình 2.7.Nhiễu xạ tia X mạng tinh thể 28 Hình 2.8 Mô hình đo nhiễu xạ tia X 29 Hình 3.1 Sơ đồ khối chương trình mô phổ PL QDs CdSe 32 Hình 3.2 Giao diện chương trình mô phổ PL QDs CdSe 33 Hình 3.3 Dùng hợp chất hữu thiol làm tác nhân ngăn chặn bề mặt 35 Hình 3.4 Sơ đồ qui trình tổng hợp QDs CdSe 36 HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh Hình 3.5 Phổ UV-Vis phổ PL (thực nghiệm mô phỏng) dung dịch nano CdSe chế tạo theo phương pháp Colloide 38 Hình 3.6 Các chế phát quang 39 Hình 3.7 Ảnh TEM mẫu bột nano CdSe chế tạo theo phương pháp Colloide 41 Hình 3.8 Phổ Raman màng TiO2 – CdSe nung nhiệt độ khác 42 Hình 3.9 (a) Giao diện mô phổ PL màng TiO2 – CdSe (b) Phổ UV-Vis phổ PL (thực nghiệm mô phỏng) màng TiO2 – CdSe 44 Hình 3.10 Ảnh TEM mẫu bột nano CdSe 45 Hình 3.11 (a) Giao diện mô phổ PL màng TiO2 – CdSe (b) Phổ UV -Vis phổ PL (thực nghiệm mô phỏng) màng TiO2 – CdSe 47 Hình 3.12 Phổ XRD màng TiO2 – CdSe nung 3000 C 48 Hình 3.13 Phổ PL (thực nghiệm mô phỏng) màng TiO2 – CdSe chế tạo nhiệt độ phòng nung 4000 C 50 Hình 3.14 Phổ UV-Vis màng TiO2 – CdSe nung nhiệt độ 600C, 2000C 3000 C môi trường chân không 51 HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh DANH MỤC BẢNG VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các hóa chất dùng trình chế tạo dung dịch QDs CdSe 37 CÁC CHỮ VIẾT TẮT QDs Chấm lượng tử UV-Vis Hấp thụ tử ngoại khả kiến XRD Nhiễu xạ tia X SEM Hiển vi điện tử quét TEM Hiển vi điện tử truyền qua PL Quang phát quang e-h Electron-lỗ trống HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh MỞ ĐẦU Công nghệ vật liệu nano lãnh vực nghiên cứu mới, phát vào cuối kỷ 20 đến thời điểm nhiều nước tiên tiến giới tập trung nghiên cứu Vào năm 1984, nhóm nghiên cứu Brus (J Chem Phys 80(9) -1984) nhóm chế tạo nano bán dẫn CdS dùng lý thuyết học lượng tử để kiểm chứng thực nghiệm Cho đến thời điểm QDs nhiều nơi giới nghiên cứu khả ứng dụng lớn, đặc biệt nhiệt điện, pin lượng mặt trời, diode phát quang, Laser truyền thông tin, y sinh Như ta biết, tính chất quang vật liệu nano phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước hạt phân bố kích thước hạt Theo đó, để nghiên cứu vật liệu nano, số phương pháp nghiên cứu đời phép đo phổ UV-Vis, phép đo phổ XRD,…, phép chụp ảnh vi hình thái SEM, TEM, …, phương pháp có ưu điểm hạn chế riêng Chẳng hạn như: với phép đo UV-Vis phép đo XRD, ta biết kích thước hạt không tìm phân bố kích thước hạt; với phép chụp ảnh SEM, TEM, ta biết kích thước lẫn phân bố kích thước hạt phương pháp đòi hỏi phải có trình xử lí mẫu phức tạp, phá hủy mẫu Với nhược điểm thấy việc nghiên cứu tính chất quang điện vật liệu nano qua phương pháp phổ PL nhằm hiểu biết chế QDs khả ứng dụng QDs thực cần thiết nhiều nơi giới nghiên cứu Ta biết rằng, kích thước QDs nhỏ tỉ số số nguyên tử bề mặt với tổng số nguyên tử tăng lên đáng kể, phổ PL công cụ để khảo sát trạng thái bề mặt hiệu ứng giam giữ lượng tử QDs hữu hiệu Do luận văn này, với tên đề tài:”Ứng dụng phổ Quang phát quang nghiên cứu vật liệu nano bán dẫn (chấm lượng tử)”chúng nghiên cứu ứng dụng phổ PL nhằm xác định kích thước hạt, phân bố kích thước hạt, HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh đồng thời nghiên cứu tính chất quang QDs CdSe Sở dĩ chọn vật liệu CdSe làm đối tượng nghiên cứu cho đề tài CdSe có độ rộng vùng cấm dạng vật liệu khối 1.74eV (~720 nm) tương ứng vùng ánh sáng khả kiến nên dễ dàng khảo sát tính chất quang QDs phương pháp quang phổ Mặt khác, vật liệu khối CdSe có bán kính Bohr lớn 5.4 nm, ưu điểm cho việc tổng hợp hạt nano có hiệu ứng giam giữ lượng tử Mục tiêu đề tài bao gồm: • Tổng quan vật liệu nano bán dẫn • Sử dụng mẫu lý thuyết khối lượng hiệu dụng để xác định kích thước hạt QDs CdSe • Sử dụng lý thuyết nguyên tắc phổ PL, hàm phân bố mật độ hạt để xác định phân bố kích thước hạt QDs CdSe • Trình bày hệ đo thực nghiệm phổ Quang phát quang Bộ môn • Từ kết thảo luận phương pháp Quang phát quang nghiên cứu tính chất quang QDs CdSe • So sánh kết với phương pháp khác UV-Vis, Raman, XRD, TEM HVTH :Đào Thị Phương Tâm 50 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh 3.3.2.3 So sánh tính chất quang màng TiO2 – CdSe chế tạo nhiệt độ phòng nung 3000C Như trình bày mục 3.3.1, 3.3.2.1, 3.3.2.2, phổ PL ứng dụng cho ta biết kích thước hạt, phân bố kích thước hạt, cho phép ta dựa vào biết tính chất quang vật liệu Vì vậy, mục 3.3.2.3 này, dựa vào phổ PL để so sánh tính chất quang màng TiO2 – CdSe chế tạo nhiệt độ phòng nung 3000C PL PL PL PL thuc nghiem (t phong) mo phong(t phong) thuc nghiem (300 C) mo phong (300 C) 40 20 7000 Cuong (400 C) Cuong ( t phong) 14000 0 400 600 800 1000 Buoc song (nm) Hình 3.13 Phổ PL (thực nghiệm mô phỏng) màng TiO2 – CdSe chế tạo nhiệt độ phòng nung 3000C Từ mục 3.3.2.1, 3.3.2.2, dựa vào kết mô phổ PL, xác định kích thước hạt nano CdSe hợp phần màng TiO2 –CdSe nhiệt độ phòng nung nhiệt độ 3000C 5.2 nm 11.8 nm Theo đó, từ Hình 3.11, nhận thấy rằng: (i) kích thước hạt giảm xuống đỉnh phổ PL bị HVTH :Đào Thị Phương Tâm 51 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh dịch phía xanh ( blue shift ) Điều cho thấy dung dịch CdSe mà tác giả [3] chế tạo thể hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh (do bán kính nano CdSe chế tạo nhiệt độ phòng 5.2 nm nhỏ bán kính Bohr aB 5.6 nm) trình bày mục 2.1.1; (ii) nhiệt độ tăng, vật liệu bị tinh thể hóa làm cho kích thước hạt nano CdSe tăng lên rõ rệt Để tăng thêm độ tin cậy dung dịch hạt nano CdSe mà khảo sát thể hiệu ứng giam giữ lượng tử kích thước hạt giảm bị tinh thể hóa nhiệt độ tăng, tiến hành so sánh kết với phép đo phổ Do hap thu UV-Vis trình bày Hình 3.12 Mang TiO - CdSe nung tai 60 C Mang TiO - CdSe nung tai 300 C Mang TiO - CdSe nung tai 300 C 1.0 0.5 500 600 700 Buoc song(nm) Hình 3.14 Phổ UV-Vis màng TiO2 – CdSe nung nhiệt độ 600C, 2000C 3000C môi trường chân không Hình 3.12 trình bày phổ UV-Vis màng TiO2 – CdSe nung nhiệt độ 600 C, 2000C 3000C môi trường chân không Từ Hình 3.12 ta thấy mẫu nung HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 52 GVHD : TS Lâm Quang Vinh 3000C phổ mở rộng nhiều phía bước sóng dài.Vì mẫu hấp thu toàn vùng ánh sáng khả kiến Còn mẫu nung nhiệt độ 600C 2000C bờ hấp thụ dịch chuyển phía bước sóng ngắn.Ngoài việc tăng nhiệt độ nung làm cho vật liệu bị tinh thể hóa, dẫn đến bờ hấp thụ mẫu nung 3000C bị mở rộng Từ đó, suy với nhiệt độ lớn 3000C, vật liệu bị tinh thể hóa làm cho kích thước hạt tăng lên nhiệt độ nhỏ 2000C vật liệu thể hiệu ứng giam giữ lượng tử trình bày việc khảo sát phổ PL Kết luận: Dựa vào phổ PL, nhận thấy dung dịch nano CdSe thể hiệu ứng giam giữ lượng tử kích thước hạt giảm bị tinh thể hóa nhiệt độ tăng Các nhận định kiểm chứng so sánh với kết đo phổ UV-Vis đo phổ XRD Kết luận chương III: Chúng sử dụng mẫu lý thuyết khối lượng hiệu dụng, lý thuyết phổ PL hàm phân bố kích thước hạt để xây dựng chương trình mô phổ PL nhằm mục đích xác định kích thước hạt, phân bố kích thước hạt, đồng thời dựa vào phổ PL nghiên cứu tính chất quang vật liệu CdSe Các kết trình bày cụ thể so sánh với phương pháp nghiên cứu khác phép đo UV-Vis, XRD, Raman, TEM HVTH :Đào Thị Phương Tâm 53 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh CHƯƠNG IV KẾT LUẬN Kết luận Trong trình thực đề tài, thực mục tiêu đề ra: • Ứng dụng phổ PL nhằm xác định kích thước hạt, phân bố kích thước hạt nano bán dẫn CdSe • Chương trình mô phổ PL dùng để nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano bán dẫn CdSe • Kết cho thấy phổ PL mô cho kích thước phân bố phù hợp so với phương pháp nghiên cứu khác UV-Vis,Raman, XRD,TEM HVTH :Đào Thị Phương Tâm 54 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Lê Phước Anh (2011), Nghiên cứu tính chất quang-điện pin mặt trời chất màu nhạy sáng sử dụng điện cực lai TiO2 – chấm lượng tử, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại Học Công Nghệ, Hà Nội [2] Trần Thị Kim Chi (2010), Hiệu ứng kích thước ảnh hưởng đến tính chất quang CdS, CdSe CuInS2, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu,Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội [3] Huỳnh Lê Thùy Trang (2010), Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang điện pin mặt trời chấm lượng tử chất màu nhạy quang (QDs-DSC), Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Tp.Hồ Chí Minh Tài liệu tiếng Anh [4] A.M.Saad, M.M.Bakr, I.M.Azzouz, Maram T.H.Abou Kana (2011), “Effect of temperature and pumping power on the photoluminescence properties of type – II CdTe/CdSe core-shell QDs”, Applied Surface science, 257, 8634-8639 [5] Anusorn Kongkanand, Kevin Tvrdy, Kensuke Takechi, Masaru Kuno, andPrashant V Kamat (2008), “Quantum Dot Solar Cells Tuning Photoresponse through Size and Shape Control of CdSe-TiO2 Architecture”, JACS HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 55 GVHD : TS Lâm Quang Vinh [6] Himani Sharma, Shailesh N Sharma, Gurmeet Singh, S.M Shivaprasad (2005), “Effect of ratios of Cd:Se in CdSe nanoparticles on optical edge shifts and photoluminescence properties”, Physica E 31, 180-186 [7] Iván Mora-Seró, Vlassis Likodimos, Sixto Giménez, Eugenia Martínez-Ferrero, Josep Albero, Emilio Palomares, Athanassios G Kontos, Polycarpos Falaras, and Juan Bisquert (2010), “Regeneration of CdSe Quantum Dots by Ru Dye in Sensitized TiO2 Electrodes”, J Phys Chem C XXXX, xxxx, 000 [8] Jin Young Kim, Sung Bum Choi, Jun Hong Noh, Sung HunYoon, Sangwook Lee, Tae Hoon Noh, Arthur J Frank, and Kug Sun Hong (2009), “Synthesis of CdSe-TiO2 Nanocomposites and Their Applications to TiO2 Sensitized Solar Cells”, Langmuir, American Chemical Society [9] Ju-Hyun Ahn, R.S Mane, V V Todkar and Sung-Hwan Han(2007), “Invasion of CdSe Nanoparticles for Photosensitization of PorousTiO2”, Int J Electrochem Sci., 2,517 – 522 [10] K Girija, S Thirumalairajan, S.M Mohan, J Chandrasekaran (2009), “Structural, morphological and optical studies of CdSe thin films from ammonia bath”,Chalcogenide Letters, Vol 6, No 8, 351-357 [11] Khong Cat Cuong, Trinh Duc Thien, Pham Thu Nga, Nguyen Van Minh, Nguyen Van Hung (2009),“Sol-gel synthesis and particle size characterization of CdSe Quantum dots”, VNU Jounal of Science, Mathematics – Physics, 25, 207-211 HVTH :Đào Thị Phương Tâm 56 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh [12] Norhayati Abu Bakar, Akrajas Ali Umar, Tengku Hasnan Tengku Aziz, Siti Hajar Abdullah, Muhamad Mat Salleh, Member, IEEE, Muhammad Yahaya, Burhanuddin Yeop Majlis, Member, IEEE (2008),“Synthesis of CdSe quantum dots: Effect of surfactant on the photoluminescence property”, ICSE 2008 Proc., Johor Bharu, Malaysia [13] P Sudhagar, June Hyuk Jung, Suil Park, Yong-Gun Lee, R Sathyamoorthy, Yong Soo Kang,Heejoon Ahn (2009), “The performance of coupled (CdS:CdSe) quantum dot-sensitizedTiO2 nanofibrous solar cells”, Electrochemistry Communications 11, 2220–2224 [14] R S Singh, S Bhushan, A K Singh (2010), “Studies on nano-crystalline properties of chemically deposited CdSe films”, Chalcogenide Letters, Vol 7, No 6, 375-381 [15] Sang Min Kim, Ho-Soon Yang (2011), “Radiative decay of surface-trapped carriers and quantum yield in CdSenanocrystal quantum dots”,Current Applied Physics, 11, 1056-1059 [16] Sang-Hyun Choi, Hongju Song, Il Kyu Park, Jun-Ho Yum, Seok-Soon Kim,Seonghoon Lee , Yung-Eun Sung (2006), “Synthesis of size-controlled CdSe quantum dots and characterization ofCdSe–conjugated polymer blends for hybrid solar cells”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 179, 135-141 [17] Shicheng Zhang, Jianhua Yu,Xingguo Liand Wenhuai Tian (2004), “Photoluminescence properties ofmercaptocarboxylic acid-stabilized CdSe nanoparticles covered with polyelectrolyte”, Nanotechnology, 15, 1108-1112 HVTH :Đào Thị Phương Tâm 57 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh [18] Shutang Chen, Xiaoling Zhang, Yanbing Zhao and Qiuhua Zhang (2010), “Effects of reaction temperature on size and optical properties ofCdSe nanocrystals”, Bull Mater Sci., Vol 33, No 5, 547-552 [19] Tesfaye Shiferaw Haile (2009), A phenomenological model to investigate excitonic effects on photoluminescence intensity of nanosilicon, M.Sc., Addis AbabaUniversity [20] T.R Ravindran, Akhilesh K Arora, B Balamurugan and B.R Mehta (1999), “Inhomogeneous broadening in the photoluminescence spectrum of CdS nanoparticle”,NanoStructured Materials, Vol 11, No 5, 603–609 [21] Zoltan Győri, Dávid Tátrai, Ferenc Sarlós, Gábor Szabó, Áko Kukovecz,,Zoltán Kónya, Imre Kiricsi (2010), “Laser-induced fuorescence measurements on CdSe quantum dots”, Processing and Application of Ceramics, [1] , 33–38 HVTH :Đào Thị Phương Tâm 58 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh PHỤ LỤC Chương trình mô phổ PL function varargout = QPQ(varargin) gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @QPQ_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @QPQ_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin & isstr(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end function QPQ_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) handles.output = hObject; guidata(hObject, handles); function varargout = QPQ_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output; function Thoat_Callback(hObject, eventdata, handles) closereq; function Simulate_Callback(hObject, eventdata, handles) global Eo me mh epxilon h e A xm L E PL Gm Rbd HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 59 GVHD : TS Lâm Quang Vinh clc; cla; Eo=1.74; mo=9.1e-31; me=0.13*mo; mh=0.4*mo; epxilon=10.6; h=6.626e-34; e=1.602e-19; axes(handles.axes1); set(handles.radiobutton1,'enable','off'); set(handles.radiobutton1,'value',0); set(handles.pbo,'string',''); plot(E,PL); L=get(handles.FWHM,'string');L=eval(L); L=L/2/log(2)/sqrt(2); ro=get(handles.Bk,'string');ro=eval(ro); p1=get(handles.Pbo1,'string');p1=eval(p1);p1=p1/100; p2=get(handles.Pbo2,'string');p2=eval(p2);p2=p2/100; A=100; G=E;ssom=1e9; dinh=max(PL); h1=plot(E,G); pp=p1; N=10000; for p=p1:0.001:p2 xm=p*ro; a=ro-3*xm; b=ro+3*xm; HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 60 GVHD : TS Lâm Quang Vinh for i=1:length(E) H=(b-a)/N; R=a:H:b; S4=sum(Ger(R(2:2:N),ro,E(i))); S2=sum(Ger(R(3:2:N-1),ro,E(i))); S0=Ger(a,ro,E(i)); Sn=Ger(b,ro,E(i)); G(i)=H/3*(S0+4*S4+2*S2+Sn); end G1=G*dinh/max(G); sso=sqrt(mean((G1-PL).^2)); if sso[...]... Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh - Cột Nano bán dẫn + Vật liệu 0D là vật liệu bị giới hạn kích thước ở cả ba chiều Ở trường hợp này phổ năng lượng đã hình thành các mức năng lượng gián đoạn theo cả ba chiều trong không gian Loại vật liệu tiêu biểu nhất chính là - Chấm lượng tử Vật liệu khối Giếng lượng tử Chấm lượng tử Dây lượng tử Hình 1.2 Sự giam giữ lượng tử dẫn tới sự thay đổi các mức năng lượng. .. trò vô cùng quan trọng trong phổ năng lượng của hệ Theo đó mà người ta chia ra các dạng vật chất tương ứng như sau: + Vật liệu 3D là vật liệu không có giới hạn về kích thước, có phổ năng lượng điện tử liên tục và chuyển động điện tử gần tự do - Đại diện là vật liệu bán dẫn khối + Vật liệu 2D là vật liệu có giới hạn kích thước một chiều Ở loại vật liệu này chuyển động điện tử bị giới hạn theo một chiều... của điện tử tự do theo hai chiều còn lại Phổ năng lượng bị gián đoạn theo chiều bị giới hạn Điển hình là : - Giếng lượng tử - Siêu mạng - Màng mỏng Nano bán dẫn + Vật liệu 1D là vật liệu có giới hạn kích thước hai chiều Ở loại vật liệu này điện tử bị giới theo hai chiều nên nó chỉ chuyển động tự do dọc theo chiều còn lại Các loại vật liệu điển hình cho dạng này là: - Dây lượng tử - Ống Nano bán dẫn HVTH... Hình 1.2 Sự giam giữ lượng tử dẫn tới sự thay đổi các mức năng lượng và phổ mật độ trạng thái , thay đổi từ vật liệu bán dẫn khối tới giếng lượng tử, dây lượng tử và chấm lượng tử 1.2.2 Phổ mật độ trạng thái đặc trưng của các loại vật liệu bán dẫn 1.2.2.1 Vật liệu bán dẫn khối Vector sóng k có ba thành phần k x , k y , k z Sử dụng phép chuyển qua hệ tọa độ cầu ta có d k 3 = k 2 dk.sin θ d θ d ϕ để... hấp thụ năng lượng của các bức xạ điện tử đã gây nên hiệu ứng phổ UV-Vis Vì vậy, số liệu của phổ UV-Vis cho phép ta nghiên cứu đặc điểm của các phân tử HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 27 GVHD : TS Lâm Quang Vinh 2.2.3 Phép đo phổRaman Phổ Raman có thể cung cấp những thông tin về nano bán dẫn và những photon quang học trong nano bán dẫn Trong vật liệu rắn, sự dao động của tinh thể được... nhằm mô phỏng phổ PL sao cho khớp với phổ PL thực nghiệm Từ đó chúng tôi xác định kích thước hạt, sự phân bố kích thước hạt, đồng thời dựa vào các kết quả đó nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano CdSe 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Hệ thực nghiệm hệ đo phổ PL : Quang phát quang là sự phát quang của vật khi vật nhận những kích thích quang (ví dụ chiếu ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, hồng... hội tụ chùm phát quang • Chùm phát quang hội tụ cho đi qua một quang phổ kế • Cuối cùng sử dụng máy đếm tín hiệu quang để phân tích HVTH :Đào Thị Phương Tâm 24 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh Laser Mẫu Quang phổ kế Bộ tách sóng quang Thấu kính hội tụ Phát quang Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm hệ đo PL 2.2.1.2 Các cơ chế phát quang Cơ chế phát xạ ánh sáng trong tinh thể bán dẫn có thể... năng lượng và sự phân bố lại trạng thái ở lân cận đỉnh vùng hóa trị và đáy vùng dẫn, mà điển hình là các vùng năng lượng sẽ tách thành các mức gián đoạn HVTH :Đào Thị Phương Tâm 16 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD : TS Lâm Quang Vinh Vật liệu nano Phân tử Vật liệu khối Vùng dẫn Mức năng lượng cao ΔE Năng lượng ΔE Eg Vùng hóa trị Mức năng lượng thấp Hình 1.7 Sự so sánh các năng lượng của phân tử, nano bán dẫn. .. = 1 π θ ( E − En) m 2 ∑ 2h n E − En Năng lượng Hình 1.5 Phổ mật độ trạng thái bán dẫn 1D HVTH :Đào Thị Phương Tâm Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý 15 GVHD : TS Lâm Quang Vinh 1.2.2.4 Vật liệu bán dẫn 0D Ta xét trường hợp với chấm lượng tử : Hình 1.6 Cấu trúc QDs và phổ mật độ trạng thái Các điện tử bị giam cầm ba chiều trong một hộp d 1 d 2 d 3 nên năng lượng bị lượng tử hóa : E = Ec + Eq1 + Eq2 + Eq3 Trong... tử Sự giam giữ này dẫn tới các mức năng lượng bị lượng tử hóa giống như phổ năng lượng gián đoạn trong nguyên tử Do những tính chất ưu việt có được do hiệu ứng giam giữ lượng tử, ví dụ làm tăng tính chất điện, thay đổi các tính chất phát quang, tăng khả năng xúc tác quang hóa nên hiện nay QDs được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Những loại QDs hiện nay được sử dụng rộng rãi là những chất thuộc nhóm ... thời dựa vào kết nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano CdSe 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Hệ thực nghiệm hệ đo phổ PL : Quang phát quang phát quang vật vật nhận kích thích quang (ví dụ... rộng vạch phổ (FWHM) cho tương ứng với vật liệu mà cần nghiên cứu Ngoài ra, dựa vào phổ PL ta nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano HVTH :Đào Thị Phương Tâm 50 Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lý GVHD... tăng lên đáng kể, phổ PL công cụ để khảo sát trạng thái bề mặt hiệu ứng giam giữ lượng tử QDs hữu hiệu Do luận văn này, với tên đề tài: Ứng dụng phổ Quang phát quang nghiên cứu vật liệu nano bán