Nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất quang của chấm lượng tử cdse

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Công NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Công NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số:60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH BÌNH Hà Nội – Năm 2015 ii iii Lời cam đoan Luận văn với tên đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu ảnh hưởng xạgamma lên tính chất quang chấm lượng tử CdSe" công trình nghiên cứu tôi, hoàn thành hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Bình Luận văn không chép từ tài liệu người khác mà không xin phép, tham khảo trích dẫn Kết thực nghiệm luận văn không chép từ kết khác Nếu vi phạm hai điều này, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước đơn vị đào tạo pháp luật iv Lời cảm ơn Lời cảm ơn lời cảm ơn đặc biệt tới TS Nguyễn Thanh Bình, người giao đề tài hướng dẫn thực luận văn Trong suốt trình thực luận văn, nhận hướng dẫn tận tình hội học hỏi nhiều kiến thức chuyên môn thầy kinh nghiệm sống Lời cảm ơn thứ hai, xin gửi tới PGS Nguyễn Xuân Nghĩa anh chị nhóm nghiên cứu,đã cho phép tham gia nhóm nghiên cứu trình chế tạo, có nhiều ý kiến chuyên môn đóng góp giúp cho trình thực hoàn thiện luận văn Lời cảm ơn thứ ba, xin gửi tới TS Đặng Quang Thiệu anh chị Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, thuộc Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, giúp trình chiếu xạgamma cho mẫu nghiên cứu, quan đề tài Lời cảm ơn tiếp theo, xin gửi lời cảm ơn đến anh chị Trung tâm Điện tử học Lượng tử, Viện Vật lý, VHLKHVN Đã tạo điều kiện cho sử dụng hệ đo phân tích thực luận văn Tôi xin cảm ơn TS Phạm Đức Khuê, TS Phan Việt Cương, Trung tâm Vật lý Hạt nhân, Viện Vật lý, Viện HLKHVN, góp ý kiến thức chuyên môn Vật lý Hạt nhân, giúp trình tính toán liều lượng hấp thụ nghiên cứu thích hợp Tôi xin gửi tới thầy cô môn Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Lời cảm ơn chân thành nhất,là nơi tiếp nhận giáo dục Đại học Cao học Đã dạy bảo, truyền đạt cho kiến thức khoa học tự nhiên kinh nghiệm sống v Và cuối xin gửi lời cảm ơn từ đáy lòng tới gia đình bạn bè, theo ngưỡng cửa đời, chỗ dựa vật chất tinh thần để đến ngày hôm Luận văn hoàn thành với hỗ trợ từ đề tài Nghiên cứu định hướng ứng dụng mã số: G/07/2012/HĐ-ĐHUD đề tài Hợp tác quốc tế IAEA Viện Vật lý Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên : Nguyễn Đình Công vi vii Mở đầu Lĩnh vực nghiên cứu vật liệu nano lĩnh vực thu hút nhiều nhà khoa học hàng đầu tham gia nghiên cứu Bắt đầu từ năm 1990 đến nay, thành thu có ý nghĩa ứng dụng thực tiễn, thay đổi mặt đời sống Vật liệu nano đáp ứng yêu cầu tính chất vật liệu khối đáp ứng yêu cầu tính chất khắt khe vật liệu tiên tiến Những ưu điểm vật liệu nano qua báo cáo tạp chí uy tín mà thể ứng dụng chúng, thiết bị điện tử, thiết bị chiếu sáng (đèn LED), thông tin quang laser, đánh dấu sinh học, thiết bị chuyển đổi lượng mặt trời (solar cell), cảm biến (sensor), … Điều kiện môi trường ảnh hưởng nhiều đến khả năng, chất lượng tuổi thọ thiết bị Với môi trường làm việc đặc biệt lò phản ứng hạt nhân, môi trường vũ trụ bầu khí trái đất Ở có nhiều xạ mang lượng cao nên vật liều làm việc môi trường Việc đánh giá cần thiết để biết vật liệu bị tác động nào, ảnh hưởng thay rổi làm sao, … để khắc phục lựa chọn phù hợp vật liệu làm thiết bị Tương tác xạ photon ánh sáng mặt trời với lượng cỡ lượng trạng thái kích thích điện tử tinh thể lượng thường bé 10 eV Những xạ có lượng lớn nhiều tia X, tia Alpha, tia gamma, tia Notron, tia Proton, tia Photon hãm, …cỡ vài mega electron volt đến vài chục mega electron volt chưa đề cập đến nhiều Việc nghiên cứu đánh giá cần phải xem xét nhiều mức độ khía cạnh, bước đầu với điều kiện sẵn có lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng xạ gamma tới thay đổi tính chất quang chấm lượng tử CdSe, loại vật liệu nano điển hình mang đặc trưng tính chất quang học Và để so sánh mức độ ảnh hưởng xạ gamma, luận văn nghiên cứu chấm lượng tử CdSe đơn chấm lượng tử bọc vỏ CdSe/CdS lõi/vỏ So sánh ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất hấp thụ, huỳnh quang thời gian sống điện tử trạng thái kích thích, với dải liều chiếu xạ từ 1, 3, 5, 7, 10 kGy Luận văn trình bày làm ba phần : Phần - Tổng quan : Giới thiệu vật liệu nano, tính chất cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng lượng, tính chất quang học vật liệu bán dẫn vật liệu nano bán dẫn, yếu tố ảnh hưởng trường nhiệt độ, áp suất, điện trường từ trường lên tính chất vật liệu bán dẫn, tổng quan kết công bố quốc tế ảnh hưởng xạ lượng cao lên tính chất quang vật liệu bán dẫn Phần 2- Thực nghiệm: Phương pháp chế tạo, trình chiếu xạ gamma, phương pháp phân tích thực luận văn Phần 3- Kết thảo luận: Trình bày kết thu mẫu trước chiếu xạ mẫu sau chiếu xạgamma, so sánh mức độ ảnh hưởng mẫu CdSe với mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ Với kết thu luận văn tập trung thảo luận đến hiệu ứng thu được: Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ huỳnh quang chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma, ảnh hưởng thời gian lên tính chất chấm lượng tử dịch đỉnh hấp thụ huỳnh quang phía lượng cao theo thời gian hiệu ứng phục hồi cường độ huỳnh quang theo thời gian chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma KẾT LUẬN Các kết nghiên cứu thu trình bày luận văn tóm tắt sau: Đã chế tạo chấm lượng tử CdSe, CdSe/CdS lõi/vỏ kích thước… Quan sát ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất chấm lượng tử CdSe, CdSe/CdS lõi/vỏ, cụ thể là: - Dịch đỉnh huỳnh quang phía lượng cao theo liều hấp thụ, mẫu CdSe bị dịch mạnh so với mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ - Suy giảm cường độ huỳnh quang theo liều hấp thụ dobức xạ gammabởi chất lượng tinh thể xấu sau chiếu xạ gamma, huỳnh quang mẫu CdSe bị suy giảm mạnh mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ - Thời gian sống điện tử trạng thái kích thích giảm dần theo chiều tăng liều hấp thụ gamma Nghiên cứu theo thời gian sau chiếu xạ: - Chấm lượng tử CdSe CdSe lõi/vỏ, đỉnh huỳnh quang tiếp tục dịch dung môi toluen theo thời gian sau chiếu xạ gamma - Cường độ huỳnh quang chấm lượng tử hồi phục phần theo thời gian, kết hồi phục lệch mạng tinh thể Với liều chiếu xạ 10 kGy mẫu CdSe khả hồi phục - Độ hồi phục chấm lượng tử CdSe tốt chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ, phần lõi CdSe chịu áp suất gây bỏi lớp vỏ CdS làm cho khả dao động dịch chuyển so với CdSe không bọc vỏ 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: 1- Nguyễn Thị Thanh Bình (2013),Bài giảng Quang Bán dẫn,bài giảng trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN 2- Trần Thị Kim Chi (2010),Hiệu ứng kích thuớc ảnh huởng lên tính chất quang CdS, CdSe CuInS, Luận án Tiến si Khoa học vật liệu 3- Nguyễn Đình Công (2013), Nghiên cứu tính quang vật liệu nano bán dẫn ZnSe chế tạo phương pháp thủy nhiệt, Khóa luận cử nhân 4- Tạ Đình Cảnh, Nguyễn Thị Thục Hiền (2005), Vật lý bán dẫn, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội 5- Nguyễn Thị Dung (2014), Nghiên cứu tính chất quang động học chấm lượng tử CdTe, Luận văn Thạc sĩ Vật lý 6- Nguyễn Trung Kiên (2014), Chế tạo nghiên cứu tính chất quang chấm lượng tử CdS/ZnSe, Luận văn Thạc sĩ Khoa học 7- Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý Chất rắn, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội 8- Nguyễn thị Minh Thủy(2014), Nghiên cứu chế tạo tính chất quang chấm lượng tử bán dẫn hợp chất ba nguyên tố I-III-VI2, (CuInS2), Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu Tài liệu tiếng anh: 9- Girija Gaur, Dmitry Koktysh, Daniel M Fleetwood, Robert A Reed, Robert A Weller and Sharon M Weiss(2013),Effects of X-ray and gamma-ray Irradiation on the Optical Properties of Quantum Dots Immobilized in Porous Silicon,Proc of SPIE Vol 8725, 87252D 10- Hong-Yeol Kim, Travis Anderson, Michael A Mastro, Jaime A Freitas Jr., Soohwan Jang, Jennifer Hite, Charles R Eddy Jr., Jihyun Kim(2011), Optical and electrical characterization of AlGaN/GaN high electron mobility transistors irradiated with MeV protons, Journal of Crystal Growth 326 -62– 64 11 11- Hong-Yeol Kim, Jihyun Kim, F Ren, and Soohwan Jang (2010),Effect of neutron irradiation on electrical and optical properties of InGaN/GaN lightemitting Diodes, Journal of Vacuum Science & Technology B 28, 27 12- Jingbo Lim, Jian-Bai Xia (200), Exciton states and optical spectra in CdSe nanocrystallite quantum dots”, Physical Review B, 15 June 2000-I 13- Karuppasamy Kandasamy, Harkesh B Singh (2009), Synthesis and characterization of CdS and CdSe nanoparticles prepared from novel intramolecularly stabilized single-source precursors, Chem Sci., Vol 121, No 3, May 2009, pp 293–296 14- Kenneth J Klabunde (2001), Nanoscale materials in chemistry, Wiley interscience 15- Light Conversion Applications, Polymers 2012, 4, 1-19 (polymers ISSN 20734360) 16- Nguyen Xuan Nghia, Le Ba Hai, Nguyen Thi Luyen, Pham Thu Nga, Nguyen Thi Thuy Lieu, and Phan The Long (2012),Identification of Optical Transitions in Colloidal CdSe Nanotetrapods, J Phys Chem C 2012, 116, 25517-25524 17- M Ali, O Svensk, Z Zhen, S Suihkonen, P.T.Torma, H Lipsanen, M Sopanen, K Hjort, J Jensen (2009), Educed photoluminescence from InGaN/GaN multiple quantum well structures following 40 Mev iodine ion irradiation, Physica B 404 (2009) 4925–4928 18- Nathan J Withers, Krishnaprasad Sankar, Brian A Akins, Tosifa A Memon, Tingyi Gu, Jiangjiang Gu, Gennady A Smolyakov, Melisa R Greenberg, imothy J Boyle, and Marek Osinski (2008),Rapid degradation of CdSe/ ZnS colloidal quantum dots exposed to gamma irradiation, Appplied Physics letters 93, 173101 _2008 19- Rohit Khanna, Sang Youn Han, S J Pearton, D Schoenfeld, W V Schoenfeld, and F Ren (2005), High dose Co-60 gamma irradiation of InGaN quantum well light-emitting diodes, Applied Physics Letters 87, 212107 (2005) 20- Robert Z Stodilka, Jeffrey J L Carson, Kui Yu, Md Badruz Zaman, Chunsheng Li, and Diana Wilkinson (2009), Optical Degradation of CdSe/ZnS 12 Quantum Dots upon gamma-Ray Irradiation, J Phys Chem C 2009, 113, 2580–2585 21- Stephen J Pearton, Richard Deis, Fan Ren, Lu Liu, Alexander Y Polyakov, Jihyun Kim (2013), Review of r adiation damage in GaN-based materials and devices, J Vac Sci Technol A, Vol 31, No 5, Sep/Oct 2013 22- S Li and G W Yang (2010), Phase Transition of II-VI Semiconductor Nanocrystals, J Phys Chem C 2010, 114, 15054–15060 23- Y.L Li Y L Li, X J Wang, S M He, B Zhang, L X Sun et al (2012), Origin of the redshift of the luminescence peak in InGaN light-emitting diodes exposed to Co-60 γ-ray irradiation, J Appl Phys 112, 123515 (2012) 24- Yu Yang,Wennuan Nan, Yuan Niu, Haiyan Qin,Fan Cui, Runchen Lai, Wanzhen Lin, and Xiaogang Peng (2012), Crystal Structure Control of ZincBlende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties, J Am Chem Soc 2012, 134, 19685-19693 25- Woggon U (1997), Optical Properties of Semiconductor Quantum dot”, Springer Tracts in Modern Physics 26- www.semiconductors.co.uk/ 27- Zeger Hens, Richard Karel Capek, Iwan Moreels, Karel Lambert, David De Muynck, Qiang Zhao, André Van Tomme, Frank Vanhaecke,Optical properties of zincblende Cadmium Selenide Quantum Dots, J, Phys Chem C 2010, 114, 6371-6376 13