KHẢO sát ẢNH HƯỞNG của độ ph lên PHỔ PHÁT QUANG của zns PHA tạp mn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Văn Hùng KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ pH LÊN PHỔ PHÁT QUANG CỦA ZnS PHA TẠP Mn LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Văn Hùng KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ pH LÊN PHỔ PHÁT QUANG CỦA ZnS PHA TẠP Mn Chuyên nghành: Mã số: QUANG HỌC 60 44 01 09 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHẠM VĂN BỀN Hà Nội – 2014 Lời cảm ơn Lời luận văn này, cho phép gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể thầy cô giáo, người truyền thụ cho kiến thức vô cần thiết suốt trình học tập vừa qua Với tình cảm chân thành, xin gửi lời cảm ơn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Văn Bền, người thầy tận tình hướng dẫn, trực tiếp truyền thụ cho kiến thức, ý tưởng khoa học mẻ sâu sắc kinh nghiệm cần thiết quý báu suốt trình học tập hoàn thành luận văn Sau cùng, xin gửi tới người thân gia đình lòng biết ơn sâu sắc toàn thể bạn bè, người bên tôi, động viên, giúp đỡ suốt trình học tập Hà nội, ngày tháng 12 năm 2014 Học viên Đỗ Văn Hùng MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Chƣơng - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO ZnS PHA TẠP Mn 1.1.Giới thiệu chung vật liệu nano 1.1.1.Phân loại vật liệu nano 1.1.2 Hiệu ứng giam cầm lƣợng tử vật liệu nano 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano 1.2.Cấu trúc tinh thể Vùng lƣợng vật liệu nano ZnS Error! Bookmark not defined 1.2.1.Cấu trúc tinh thể Error! Bookmark not defined 1.2.2 Cấu trúc lập phƣơng hay Sphalerite ( Zinblende ) Error! Bookmark not defined 1.2.3.Cấu trúc lu ̣c giác hay Wurzite Error! Bookmark not defined 1.2.4.Cấu trúc vùng lƣợng Error! Bookmark not defined 1.3 Ảnh hƣởng Mn lên đặc trƣng cấu trúc vùng lƣợng ZnS Error! Bookmark not defined 1.4 Ảnh hƣởng cuả độ pH lên tính chất quang hạt nano ZnS, ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 1.5 Phổ hấp thụ, phổ kích thích phát quang phổ phát quang vật liệu nano ZnS pha tạp Mn Error! Bookmark not defined 1.5.3 Phổ kích thích phát quang ZnS:Mn Error! Bookmark not defined Chƣơng - MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU ZnS:Mn VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 2.1.1 Phƣơng pháp đồng kết tủa Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phƣơng pháp thủy nhiệt Error! Bookmark not defined 2.2 Hệ chế tạo mẫu Error! Bookmark not defined 2.2.1 Cân xác Error! Bookmark not defined 2.2.2 Máy rung siêu âm Error! Bookmark not defined 2.2.3 Máy khuấy từ gia nhiệt Error! Bookmark not defined 2.2.4 Máy đo độ pH Error! Bookmark not defined 2.2.5 Hệ thủy nhiệt tạo kết tủa Error! Bookmark not defined 2.2.6 Hệ sấy ủ mẫu Error! Bookmark not defined 2.3 Hệ xác định cấu trúc, hình thái học mẫu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phổ nhiều xa ̣ tia X ( giản đồ XRD ) Error! Bookmark not defined 2.3.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua Error! Bookmark not defined 2.4 Hệ đo tính chất quang mẫu Error! Bookmark not defined 2.4.1 Hệ đo phổ hấp thụ Jasco – V670 Error! Bookmark not defined 2.4.2 Hệ đo phổ phát quang MS – 257 Error! Bookmark not defined Chƣơng - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Hóa chất sử dụng tính toán độ pH để tạo kết tủa hạt nano ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 3.1.1 Các hóa chất sử dụng Error! Bookmark not defined 3.1.2 Tính toán độ pH để tạo kết tủa hạt nano ZnS tối ƣuError! Bookmark not defined 3.1.3 Chuẩn độ pH máy đo phƣơng pháp thay đổi độ pH dung dịch Error! Bookmark not defined 3.2 Quy trình chế tạo hạt nano ZnS:Mn ( CMn = mol% ) với độ pH Error! Bookmark not defined 3.4 Cấu trúc hình thái học hạt nano ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 3.4.1 Giản đồ XRD ( phổ nhiễu xa ̣ tia X ) Error! Bookmark not defined 3.4.2 Hình thái học hạt nano ZnS:Mn ( CMn = mol% ) Error! Bookmark not defined 3.5 Phố phát quang hạt nano ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 3.6 Phổ hấp thụ hạt Nano ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 3.7 Thảo luận kết Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG CCD: Charge Coupled Device đvtđ: đơn vị tƣơng đối EDS: Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy LCD: Liquid Crystal Display PID: Proportional Integral Derivative PVP: Polyvinyl Pyrrolidone RMS: Root Mean Square TEM: Transmission Electron Microscopy XRD: X – ray Diffraction MỞ ĐẦU Khoa học kĩ thuật phát triển giữ vai trò quan trọng hữu tất lĩnh vực đời sống xã hội Các sản phẩm khoa học ngày giảm kích thƣớc nhƣng lại tích lũy hàm lƣợng chất xám cao Một ngành khoa học phải kể đến công nghệ nano nói chung nano bán dẫn nói riêng Các nhà khoa học nghiên cứu chế tạo vật liệu bán dẫn có đặc tính quang điện tốt, kích thƣớc nhỏ, cấu trúc bền vững ổn định… Đặc biệt, năm gần bán dẫn có vùng cấm rộng ZnS (Eg = 3,67eV 300K) thuộc nhóm AIIBVI đƣợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi thiết bị quang điện tử, hình hiển thị, vật dẫn quang, cửa sổ truyền qua, xúc tác quang, [2, 15, 17] Khi pha tạp kim loại chuyển tiếp nhƣ Mn, Cu, Co… nguyên tố đất nhƣ Eu, Sm, Tb… có lớp vỏ điện tử nhƣ 3d 4f tƣơng ứng chƣa lấp đầy vào ZnS tạo đám phát quang màu khác mở rộng vùng phổ xạ ZnS bƣớc sóng ngắn bƣớc sóng dài Vì khả ứng dụng vật liệu ZnS tăng lên Các vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng ZnS, ZnS:Mn đƣợc chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt, đồng kết tủa, vi nhũ tƣơng, phún xạ catốt spincoating… Tuy nhiên, mẫu chế tạo chƣa thật hoàn hảo tính chất cấu trúc tính chất quang, việc nâng cao phẩm chất mẫu nghiên cứu vấn đề đƣợc đặt với phƣơng pháp thủy nhiệt Để đạt đƣợc mục đích trình chế tạo mẫu ngƣời ta thƣờng nghiên cứu ảnh hƣởng thông số vật lý: nồng độ chất pha tạp, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, độ pH… lên đặc trƣng cấu trúc, tính chất quang chúng Đây lý để thực đề tài “Khảo sát ảnh hưởng độ pH lên phổ phát quang ZnS pha tạp Mn” Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm chƣơng: Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnS VÀ ZnS:Mn Chƣơng trình bày tổng quan vật liệu nano ZnS ZnS:Mn, nhƣ: tính chất cấu trúc, vùng lƣợng hạt nano ảnh hƣởng độ pH lên phổ phát quang vật liệu nano ZnS, ZnS:Mn Chƣơng 2- THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM VÀ MẪU NGHIÊN CỨU Chƣơng giới thiệu dụng cụ thiết bị thực nghiệm, nhƣ: hệ tạo mẫu, hệ đo phổ, phổ X-ray, phổ hấp thụ phổ phát quang Chƣơng 3- KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN Chƣơng trình bày quy trình chế tạo hạt nano ZnS:Mn với độ pH khác nhau, kết thực nghiệm biện luận kết thực nghiệm Chương - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO ZnS PHA TẠP Mn 1.1 Giới thiệu chung vật liệu nano 1.1.1 Phân loại vật liệu nano Vật liệu bán dẫn đƣợc phân thành vật liệu khối (hệ ba chiều) vật liệu nano Vật liệu nano lại tiếp tục đƣợc chia nhỏ thành: vật liệu nano hai chiều nhƣ màng nano, vật liệu nano chiều nhƣ ống nano, dây nano (hay nano), vật liệu nano không chiều nhƣ đám nano, hạt nano (hay chấm lƣợng tử) Để đặc trƣng cho vật liệu bán dẫn ngƣời ta dùng đại lƣợng vật lý: mật độ trạng thái lƣợng tử N(E), số trạng thái lƣợng tử có đơn vị lƣợng thể tích tinh thể Nó đƣợc xác định công thức sau [10]: * Với vật liệu bán dẫn khối 3D N (E)   2m  2   *    E  EC (1.1) Trong m* khối lƣợng điện tử lỗ trống, E lƣợng, EC lƣợng đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị * Với vật liệu nano hai chiều 2D N ( E)  m*   (E  E N (1.2) ) EN lƣợng biên vùng * Vật liệu nano chiều 1D N1D (E)  * 2 (m )   E  E  N 1 (1.3) * Với vật liệu nano không chiều 0D Ta xét trƣờng hợp với chấm lƣợng tử : hạt tải điện trạng thái kích thích bị giam giữ ba chiều Khi chuyển động electron bị giới hạn ba chiều, không gian k tồn trạng thái gián đoạn (kx, ky, kz) Mật độ trạng thái lƣợng tử vật liệu nano không chiều 0D đƣợc biểu diễn qua hàm delta : N0 D (E)  2(E  E N ) (1.4) Bức tranh tổng quát vật liệu bán dẫn khối (hệ ba chiều) vật liệu nano (hệ hai chiều, chiều, không chiều chấm lƣợng tử) phổ mật độ trạng thái lƣợng tử chúng đƣợc dẫn hình 1.1: Hình 1.1 (a) Hệ vật rắn khối ba chiều, (b) Hệ hai chiều (màng nano), (c) Hệ chiều (dây nano), (d) Hệ không chiều (hạt nano) [1] 1.1.2 Hiệu ứng giam cầm lượng tử vật liệu nano Khi kích thƣớc vật liệu giảm xuống cỡ nano mét, có hai tƣợng đặc biệt xảy ra: Thứ nhất, tỉ số số nguyên tử nằm bề mặt số nguyên tử hạt nano trở lên lớn Đồng thời lƣợng liên kết bề mặt bị giảm đáng kể chúng không đƣợc liên kết cách đầy đủ, thể qua nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ chuyển pha cấu trúc hạt nano thấp nhiều so với vật liệu khối tƣơng ứng Bên cạnh đó, cấu trúc tinh thể hạt hiệu ứng lƣợng tử trạng thái điện tử bị ảnh hƣởng đáng kể số nguyên tử bề mặt, dẫn đến vật liệu cấu trúc nano có nhiều tính chất lạ so với vật liệu khối Thứ hai, kích thƣớc hạt giảm xuống xấp xỉ bán kính exciton Bohr vật liệu khối xuất hiệu ứng giam cầm lƣợng tử trạng thái điện tử nhƣ trạng thái dao động hạt nano bị lƣợng tử hoá Các trạng thái bị lƣợng tử hoá cấu trúc nano định tính chất điện quang nói riêng, tính chất vật lý hoá học nói chung cấu trúc Bán kính exciton Bohr đƣợc xác định công thức [17]: a   2  1   * * e  me mh  (1.5) Với ZnS m*e  0,34m e khối lƣợng hiệu dụng electron, m*h  0,34m e khối lƣợng hiệu dụng lỗ trống, ε =8,87 số điện môi, e điện tích electron, từ công thức (1.5) ta xác định đƣợc bán kính exciton Bohr khoảng 2,5 nm Một biểu rõ hiệu ứng lƣợng tử xảy hạt nano thay đổi dạng cấu trúc vùng lƣợng phân bố lại trạng thái lân cận đỉnh vùng hóa trị đáy vùng dẫn, mà điển hình vùng lƣợng tách thành mức gián đoạn Mặc dù cấu trúc tinh thể thành phần cấu tạo nên chúng không đổi, nhƣng mật độ trạng thái điện tử mức lƣợng gián đoạn giống nhƣ nguyên tử, nên chúng đƣợc gọi “nguyên tử nhân tạo” Các mức lƣợng vật liệu khối hạt nano đƣợc trình bày nhƣ sơ đồ dƣới : Khi kích thƣớc hạt nano giảm dần độ rộng vùng cấm chất bán dẫn tăng dần, ta quan sát thấy phổ hấp thụ gần bờ vùng bị dịch chuyển phía bƣớc sóng ngắn (dịch chuyển xanh) phổ phát quang ion pha tạp dịch phía bƣớc sóng dài (dịch chuyển đỏ) Theo nghiêm cứu Kayanuma cộng sự, họ phân chia thành chế độ giam giữ lƣợng tử theo kích thƣớc sau: + Khi bán kính hạt r < 2aB, chế độ giam giữ mạnh với điện tử lỗ trống bị giam giữ cách độc lập, nhiên tƣơng tác điện tử-lỗ trỗng quan trọng + Khi r  4aB có chế độ giam giữ yếu + Khi 2aB  r  4aB có chế độ giam giữ trung gian 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano Do tính chất khác biệt vật liệu nano nêu nên chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi công nghiệp, y học, nghiên cứu khoa học, phẫu thuật thẩm mỹ nhƣ đời sống …[11, 18] Trong công nghiệp, tập đoàn sản xuất điện tử bắt đầu đƣa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo sản phẩm có tính cạnh tranh lớn Trong y học, ngƣời ta tìm cách dùng hạt nano để đƣa phân tử thuốc đến tế bào ung thƣ Các hạt nano đóng vai trò “xe tải kéo”, tránh đƣợc hiệu ứng phụ gây cho tế bào lành Trong phẫu thuật thẩm mỹ, nhiều lọai thuốc thẩm mỹ có chứa loại hạt nano đƣợc sử dụng để làm thẩm mỹ bảo vệ da Trong nghiên cứu khoa học, nhà khoa học thấy vật liệu hợp chất có kích thƣớc nano có tính chất tốt so với vật liệu hợp chất thông thƣờng có nhiều ứng dụng đặc biệt hiệu Đây loại vật liệu mở nhiều hƣớng nghiên cứu hứa hẹn nhiều tiềm ứng dụng cao Trong vật liệu nano ZnS vật liệu có nhiều ứng dụng rộng rãi dụng cụ quang điện tử có độ rộng vùng cấm lớn chuyển mức thẳng (khoảng 3,7 eV 300K) phát quang mạnh vùng khả kiến: Bột huỳnh quang ZnS đƣợc sử dụng tụ điện huỳnh quang, Rơnghen, ống phóng điện tử Ngƣời ta chế tạo đƣợc nhiều loại photodiode sở lớp chuyển tiếp p-n ZnS, suất quang điện động lớp chuyển tiếp p - n tinh thể ZnS thƣờng đạt tới 2,5 V Điều cho phép hy vọng có bƣớc phát triển công nghệ chế tạo thiết bị ghi đọc quang học laser chẳng hạn nhƣ làm tăng mật độ ghi thông tin đĩa, tăng tốc độ làm việc máy in laser, đĩa compact, tạo khả sử dụng bảng màu trộn từ laser phát màu Ngoài hợp chất ZnS pha với kim loại chuyển tiếp đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực điện phát quang, chẳng hạn nhƣ dụng cụ xạ electron làm việc dải tần rộng Với việc pha thêm tạp chất thay đổi nồng độ tạp chất, điều khiển đƣợc độ rộng vùng cấm làm cho ứng dụng ZnS trở nên phong phú TÀI LIỆU THAM KHẢO A.D Yoffe, (2006), Advanced in Physics, Cavendish laboratory, Madingley Road, Cambrige, CB3 OHE UK Byrrapa K., Adschiri T., (2007), “Hydrothermal technology for nanotechnology”, Progress in Crystal Growth and Chareacterization of Materials 53, pp 117-166 Fan Xiaosheng, Zhang Lide (2006), “One-dimension (1D) ZnS nanomaterials and nanostuctures”, J Mater Sci Technol, 22(6), pp 721-736 Kayanuma Y (1998), Quantum size effects of interacting electrons and holes in semicondutor microcrystas with spherical shape, Phys Rev, B 38, pp 97979805 Kelly Sooklal, Brian S Cullum, S Michael Angel, and Catherine J Murphy, (1996), Photophysical properties of ZnS nanoclusters with spatially localized Mn2+, J Phys Chem, 100, 4551-4555 Kittel Charles (2005), Introduction to solid state physics, 8th edition, John Wiley & Sons, Inc Masanori Tanaka, Jifa Qi, Yasuaki Masumoto, (2000), “Conparision of energy levels of Mn2+ in nanosized-and bulk-ZnS crytals”, Journal of Luminescence, 87-89, 472-474 M Gunasekaran, R Gopalakrishnan, P Ramasamy, (2003), Deposition of ZnS thin fimls by phhotochemical deposition technique, Materials letters 58, 67-70 Pauling Linus (1960), The nature of the chemical bond and the structure of melocules and crystals: An introduction to modern structural chemistry, Third Eddition, Cornell University Press 10 Pramod H Borse, W Vogel, S K Kulkarni, (2006), “Effect of pH on photoluminescence enhancement in Pb-doped ZnS nanoparticles”, Juarnal of Colloid and interface science, 293, 437-442 11 Sattler Klaus D (2011), Hand book of nanophysics: nanoparticles and quan tum dots, CRC press, pp 6.1-6.20 12 Schmid Gunter (2006), Nanoparticles: from theory to application, WILEYVCH Verlag GmbH Co.KgaA 13 T Ben Nasr, N Kmoun, M Kanzari, R Bennaceur, (2006), “Effect of pH on the properties of ZnS thin fimls grown by chemcal bath deposition”, Thin solid fimls 500, 4-8 14 Umer Asim, Naveed Shahid and Ramzan Naveed (2012), “Selection of a suitable method for the synthesis of copper nanopartilces”, Nano: Brief reports and Reviews 7(5), pp 123005 15 Wei chen, Ramaswami, Yining Huang, Jan-Olle Maln, Reine Wallenberg, Janolov, Bovin, Valery Zwiller, Nicholas A Kotov, (2001), “Crystal field, phonon coupling and emission shift of Mn2+ in ZnS:Mn nanoparticles”, J App Phys, Vol 89 (2) 16 Wolfe Charles M., Holonyak Nick, Stillman Wolfe E Gregory Js., (2000), Physical properties of semiconductor, Prentice Hall Press 17 Yacobi B G., (2004), Semiconductors Materials, Kluwer Academic Publishers, New York 18 Yeh Chin-Yu, Lu Z.W., Foyren S., and Zunger Alex (1992), “Zinc blende wurzite polypism in semiconductors”, Phys Rev B 46, pp 10086 – 10097 19 Yoffe A D (1993), “Low-dimensional systems: quantum size effects and electronuc properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimnsional systems) and some quasi-two-dimensinal systems”, Advanced in Physics 42(2), pp 173-226 20 Yousaf Syeda Amber and Ali salamat (2008), “Why nanoscience and nanotechnology? “What is there for us?”, Journal of Liminescence 766 &767, pp 252 – 255 21 Zouyun Ren, Hua Yang, Lianchun Shen, Sang Do Han, (2008), “Hydrothermal preparation and properties of nanocrystalline”, J Mater Sci: Mater electronic, 19:1-4 [...]... thì ZnS là vật liệu có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các dụng cụ quang điện tử vì nó có độ rộng vùng cấm lớn chuyển mức thẳng (khoảng 3,7 eV 300K) và ph t quang mạnh vùng khả kiến: Bột huỳnh quang ZnS đƣợc sử dụng trong các tụ điện huỳnh quang, các màn Rơnghen, màn của các ống ph ng điện tử Ngƣời ta chế tạo đƣợc nhiều loại photodiode trên cơ sở lớp chuyển tiếp p-n của ZnS, suất quang điện động của. .. xanh) và ph ph t quang của các ion pha tạp dịch về ph a bƣớc sóng dài (dịch chuyển đỏ) Theo các nghiêm cứu của Kayanuma và cộng sự, họ đã ph n chia thành các chế độ giam giữ lƣợng tử theo kích thƣớc sau: + Khi bán kính hạt r < 2aB, chế độ giam giữ mạnh với các điện tử và lỗ trống bị giam giữ một cách độc lập, tuy nhiên tƣơng tác giữa điện tử-lỗ trỗng vẫn quan trọng + Khi r  4aB chúng ta có chế độ giam... chuyển tiếp đƣợc sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực điện ph t quang, chẳng hạn nhƣ trong các dụng cụ bức xạ electron làm việc ở dải tần rộng Với việc pha thêm tạp chất và thay đổi nồng độ tạp chất, có thể điều khiển đƣợc độ rộng vùng cấm làm cho các ứng dụng của ZnS càng trở nên phong ph 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 A.D Yoffe, (2006), Advanced in Physics, Cavendish laboratory, Madingley Road, Cambrige,... của lớp chuyển tiếp p - n trên tinh thể ZnS thƣờng đạt tới 2,5 V Điều này cho ph p hy vọng có những bƣớc ph t triển trong công nghệ chế tạo thiết bị ghi đọc quang học laser chẳng hạn nhƣ làm tăng mật độ ghi thông tin trên đĩa, tăng tốc độ làm việc của các máy in laser, đĩa compact, tạo khả năng sử dụng bảng màu trộn từ 3 laser ph t màu cơ bản Ngoài ra hợp chất ZnS pha với các kim loại chuyển tiếp đƣợc... số nguyên tử trong cả hạt nano trở lên rất lớn Đồng thời năng lƣợng liên kết bề mặt bị giảm đáng kể vì chúng không đƣợc liên kết một cách đầy đủ, thể hiện qua nhiệt độ nóng chảy hoặc nhiệt độ chuyển pha cấu trúc của các hạt nano thấp hơn nhiều so với vật liệu khối tƣơng ứng Bên cạnh đó, cấu trúc tinh thể của các hạt và hiệu ứng lƣợng tử của các trạng thái điện tử bị ảnh hƣởng đáng kể bởi số nguyên tử... không đổi, nhƣng mật độ trạng thái điện tử và các mức năng lƣợng là gián đoạn giống nhƣ nguyên tử, nên chúng còn đƣợc gọi là “nguyên tử nhân tạo” Các mức năng lƣợng của vật liệu khối và hạt nano đƣợc trình bày nhƣ sơ đồ dƣới đây : Khi kích thƣớc của các hạt nano giảm dần thì độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn tăng dần, do đó ta quan sát thấy ph hấp thụ ở gần bờ vùng bị dịch chuyển về ph a bƣớc sóng ngắn... (1D) ZnS nanomaterials and nanostuctures”, J Mater Sci Technol, 22(6), pp 721-736 4 Kayanuma Y (1998), Quantum size effects of interacting electrons and holes in semicondutor microcrystas with spherical shape, Phys Rev, B 38, pp 97979805 5 Kelly Sooklal, Brian S Cullum, S Michael Angel, and Catherine J Murphy, (1996), Photophysical properties of ZnS nanoclusters with spatially localized Mn2 +, J Phys... liệu nano (hệ hai chiều, một chiều, không chiều hoặc chấm lƣợng tử) và ph mật độ trạng thái lƣợng tử của chúng đƣợc dẫn ra ở hình 1.1: Hình 1.1 (a) Hệ vật rắn khối ba chiều, (b) Hệ hai chiều (màng nano), (c) Hệ một chiều (dây nano), (d) Hệ không chiều (hạt nano) [1] 1.1.2 Hiệu ứng giam cầm lượng tử của vật liệu nano Khi kích thƣớc của vật liệu giảm xuống cỡ nano mét, có hai hiện tƣợng đặc biệt xảy ra:... dao động trong hạt nano bị lƣợng tử hoá Các trạng thái bị lƣợng tử hoá trong cấu trúc nano sẽ quyết định tính chất điện và quang nói riêng, tính chất vật lý và hoá học nói chung của cấu trúc đó Bán kính exciton Bohr đƣợc xác định bằng công thức [17]: a   2  1 1   * * e  me mh  2 (1.5) Với ZnS thì m*e  0,34m e là khối lƣợng hiệu dụng của electron, m*h  0,34m e là khối lƣợng hiệu dụng của. .. shift of Mn2 + in ZnS: Mn nanoparticles”, J App Phys, Vol 89 (2) 16 Wolfe Charles M., Holonyak Nick, Stillman Wolfe E Gregory Js., (2000), Physical properties of semiconductor, Prentice Hall Press 17 Yacobi B G., (2004), Semiconductors Materials, Kluwer Academic Publishers, New York 18 Yeh Chin-Yu, Lu Z.W., Foyren S., and Zunger Alex (1992), “Zinc blende wurzite polypism in semiconductors”, Phys Rev