Tổng hợp và phân tích đặc tính của ôxít kẽm (zno) cấu trúc nano micro và ứng dụng làm vật liệu cản quang và hấp thụ tia cực tím

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CỦA ƠXÍT KẼM (ZNO) CẤU TRÚC NANO/MICRO VÀ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU CẢN QUANG VÀ HẤP THỤ TIA CỰC TÍM Mã số: Đ2015-06-20 Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Linh Nam Đà Nẵng, Tháng 06 năm 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CỦA ƠXÍT KẼM (ZNO) CẤU TRÚC NANO/MICRO VÀ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU CẢN QUANG VÀ HẤP THỤ TIA CỰC TÍM Mã số: Đ2015-06-20 Xác nhận quan chủ trì đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) TS Nguyễn Linh Nam Đà Nẵng, Tháng 06 năm 2016 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH TS Nguyễn Thanh Hội, Phòng Đào tạo, Trường Cao đẳng Công nghệ NCS Ngô Huỳnh Bửu Trọng, Research Center For Applied Sciences, Academia Sinica, Taiwan Nhóm TRT A&SM Trường Cao đẳng Công nghệ MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU INFORMATION ON RESEARCH RESULTS MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 11 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO 11 1.1.1 Cấu trúc lục giác Wurtzite 11 1.1.2 Cấu trúc vùng lƣợng 11 1.2 Đặc tính quang điện ZnO 11 1.3 Tổng quan kết nghiên cứu vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro 11 1.3.1 Cấu trúc nano/micro ZnO 11 1.3.2 Kết nghiên cứu đặc tính quang vật liệu ZnO 12 1.4 Một số ứng dụng ZnO 13 1.4.1 Ứng dụng phát quang 13 1.4.2 Transistor hiệu ứng trƣờng 13 1.4.3 Linh kiện quang điện tử 14 1.4.4 Cảm biến khí, hóa học, sinh học 14 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH VẬT LIỆU ZnO 16 2.1 Phƣơng pháp tổng hợp 16 2.2 Kỹ thuật phân tích vật liệu 16 2.2.1 Kỹ thuật đo đặc tính hình thái kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscope) 16 2.2.2 Kĩ thuật đo đặc tính hình thái kính hiển vi điện tử đƣờng hầm TEM ( Transmission Electron Microscopy) 16 Trang 2.2.3 Kỹ thuật nhiễu xạ tia X 16 2.2.4 Kỹ thuật phổ tán xạ đàn hồi Raman 17 2.2.5 Kỹ thuật phổ huỳnh quang 17 2.2.6 Kỹ thuật phổ hấp thụ quang 17 CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, QUY TRÌNH TỔNG HỢP HẠT NANO/MICRO ZnO 18 3.1 Vật liệu, hóa chất 18 3.2 Thiết bị, dụng cụ 18 3.3 Quy trình tổng hợp 18 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 4.1 Tổng hợp vi cầu ZnO kích thƣớc micro 20 4.1.1 Hình thái hạt vi cầu ZnO 20 4.1.2 Đặc tính cấu trúc hạt vi cầu ZnO 21 4.1.3 Đặc tính huỳnh quang 22 4.2 Tổng hợp hạt nano ZnO 22 4.2.1 Hình thái hạt nano ZnO 22 4.2.2 Đặc tính cấu trúc hạt nano ZnO 23 4.2.3 Đặc tính hấp thụ quang hạt nano ZnO 24 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 (a) Cấu trúc tinh thể ZnO, (b) Ba định hướng bề mặt khác mạng ZnO 11 Hình 1.2 Mơ tả q trình xạ phát quang ZnO Hình 1.3 (a) Ống nano ZnO tổng hợp dùng chất xúc tác Au (b) Ảnh SEM thể rõ đầu nhọn ống nano ZnO vật liệu xúc tác Au 12 Hình 1.4 Ảnh TEM dây lưng nano ZnO cho thấy cấu trúc có hình thái đồng 12 Hình 1.5 (a) Ảnh SEM ống nano ZnO, (b) Phổ phát quang ống nano ZnO tác động kích thích nguồn sáng có bước sóng 325 nm 14 Hình 1.6 (a)-(b) Đặc tính dịng áp I-VG I-VD transistor hiệu ứng trường dây nano ZnO, (c) Hệ số khuếch đại FETs 14 Hình 1.7 Linh kiện đơn hạt ZnO nằm lỗ nano tiếp xúc trực tiếp với điện cực kim loại 15 Hình 1.8 Đặc tính I-V linh kiện đo nhiệt độ 150K tác động chiếu sáng từ nguồn UV-LED 365nm với cường độ sáng khác 15 Hình 1.9 Cảm biến khí sử dụng dây lưng nano Độ dẫn điện dây thay đổi theo mật độ khí CO, ethanol, NO2 hấp thụ bề mặt 15 Hình 3.1 Quy trình tổng hợp hạt vi cầu ZnO 19 Hình 3.2 Quy trình tổng hợp hạt nano ZnO 19 Hình 4.1 (a) (b) Ảnh SEM hạt cầu ZnO sau tổng hợp 20 Hình 4.2 (a) Phân tích TEM-EDS tỷ lệ thành phần nguyên tử cho đơn hạt ZnO (b) Phổ X-ray hạt ZnO (c) Phổ lượng Raman hạt ZnO 21 Hình 4.3 Phổ quang đơn hạt đặt đế Si với kích thước hạt 5.8µm 22 Hình 4.4 Ảnh SEM hạt nano ZnO 23 Trang Hình 4.5 Ảnh TEM hạt nano ZnO 23 Hình 4.6 Phổ XRD hạt nano ZnO 24 Hình 4.7 Phổ hấp thụ quang hạt nano ZnO đo máy UV-vis 24 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Kết phân tích thành phần nguyên tử hạt cầu ZnO 20 Trang VIẾT TẮT VLS SEM TEM FET DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT Vapour Liquid Solid Scanning Electron Microscope Tunneling Electron Microscope Field Effect Transistor S, D, G Source, Drain, Gate UV LED EDXS Ultraviolet Light Emitting Diode Energy Dispersive X-ray Spectroscopy Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy X-ray Diffraction Scanning Electron Microscopy with Polarization Analysis Photoluminescence Visible light Whispering Gallery Modes WDXS XRD SEMPA PL VIS WGM Bay lỏng pha rắn Kính hiển vi điện tử quét Kính hiển vi điện tử đường hầm Transistor hiệu ứng trường Điện cực Nguồn, Máng, Cổng Tia cực tím Diode phát quang Phổ tán sắc lượng tia X Phổ tán sắc bước sóng tia X Nhiễu xạ tia X Kính hiển vi điện tử quét có phân tích phân cực Huỳnh quang Ánh sáng khả kiến Trang THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Tổng hợp phân tích đặc tính ơxít kẽm (ZnO) cấu trúc nano/micro ứng dụng làm vật liệu cản quang hấp thụ tia cực tím - Mã số: Đ2015-06-20 - Chủ nhiệm: TS Nguyễn Linh Nam - Cơ quan chủ trì: Trường Cao đẳng Cơng nghệ - Thời gian thực hiện: 12 tháng, từ 10/2015 đến 09/2016 Mục tiêu: Thực nghiệm để đưa quy trình cho việc tổng hợp vật liệu ZnO có cấu trúc nano/micro Các tính chất ZnO cấu trúc nano/micro đo phân tích Các kết tổng hợp để làm tảng cho việc nghiên cứu, triển khai số ứng dụng dùng vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro làm vật liệu hấp thụ tia cực tím Tính sáng tạo: Đề tài nghiên cứu tìm quy trình tổng hợp vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro đề tài mới, có tính ứng dụng cao thực tiễn Đồng thời đề tài giúp làm chủ quy trình cơng nghệ tổng hợp vật liệu điều kiện thực tế Việt Nam Kết nghiên cứu: tổng hợp thành cơng vật liệu hạt ZnO kích thước nano/micro dạng bột; đặc tính hình thái, cấu trúc quang học hạt ZnO phân tích chi tiết Sản phẩm: hạt ZnO kích thước nano/micro dạng bột, quy trình tổng hợp chuẩn, báo báo cáo khoa học Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Đề tài giúp đưa quy trình chuẩn cho trình tổng hợp vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro - Đưa phân tích chi tiết hình thái, đặc tính cấu trúc, đặc tính hấp thụ quang học vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro Trang - Dựa đặc tính hấp thụ quang học vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro, đề xuất nghiên cứu, triển khai ứng dụng dùng vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro làm chất chống tia cực tím sản phẩm thực tế - Chuyển giao quy trình tổng hợp vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro - Chuyển giao vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro dạng bột ứng dụng làm vật liệu hấp thụ tia cực tím, ứng dụng làm chất xúc tác quang hóa xử lý môi trường doanh nghiệp xả thải Hình ảnh minh họa: Hạt vi cầu ZnO Cơ quan chủ trì (ký, họ tên, đóng dấu) Hạt nano ZnO Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Trang dụng máy SEM, TEM, AFM để xác định hình thái, kỹ thuật tán xạ tia X phổ tán xạ đàn hồi Raman để xác định đặc tính cấu trúc, phổ hấp thụ quang để xác định đặc tính hấp thụ UV vật liệu Bố cục báo cáo trình bày chương với nội dung cụ thể sau: Chƣơng 1_Tổng quan: chương trình bày tính chất vật liệu ZnO bao gồm cấu trúc tinh thể, phổ lượng, đặc tính điện tử quang điện tử, khả ứng dụng số hướng nghiên cứu vật liệu ZnO có cấu trúc nano/micro thực nước Chƣơng 2_Phƣơng pháp tổng hợp phân tích vật liệu ZnO: chương trình bày quy trình sử dụng để tổng hợp vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro kỹ thuật sử dụng để phân tích đặc tính vật liệu phổ biến kỹ thuật SEM, TEM, XRD, Raman, PL Chƣơng 3_Vật liệu, thiết bị, quy trình tổng hợp hạt nano/micro ZnO: chương trình bày vật liệu, hóa chất sử dụng; thiết bị thí nghiệm phân tích quy trình tổng hợp hạt ZnO kích thước nano/micro Chƣơng 4_Kết thảo luận: chương trình bày kết việc tổng hợp hạt vi cầu ZnO hạt nano ZnO kết phân tích đặc tính hạt Đề tài đạt mục tiêu đề ra, tổng hợp thành công cấu trúc khác vật liệu ZnO cấu trúc vi cầu kích thước micro mét hạt nano kích thước trung bình khoảng 30 nm Các đặc tính vi cấu trúc, đặc tính cấu trúc, đặc tính quang vật liệu phân tích thảo luận Các kết tảng cho phép ứng dụng vật liệu hạt Zno nano/micro ứng dụng thực tiễn làm chất chống tia UV, xúc tác quang hóa xử lý mơi trường Trang 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO 1.1.1 Cấu trúc lục giác Wurtzite Hình 1.1 (a) Cấu trúc tinh thể ZnO, (b) Ba định hướng bề mặt khác mạng ZnO 1.1.2 Cấu trúc vùng lượng Vật liệu ZnO có cấu trúc lượng vùng cấm trực tiếp, với độ rộng vùng cấm 3.37 eV nhiệt độ phòng 1.2 Đặc tính quang điện ZnO Hình 1.2 Mơ tả trình xạ phát quang ZnO 1.3 Tổng quan kết nghiên cứu vật liệu ZnO cấu trúc nano/micro 1.3.1 Cấu trúc nano/micro ZnO Cấu trúc nano chiều (hình 1.3) thường tổng hợp phương pháp VLS, hổn hợp hợp kim dạng lỏng có chứa thành phần kim loại (như sắt-Fe, vàng-Au) Trang 11 dây nano với thành phần bán dẫn, oxide hình thành Hình 1.3 (a) Ống nano ZnO tổng hợp dùng chất xúc tác Au (b) Ảnh SEM thể rõ đầu nhọn ống nano ZnO vật liệu xúc tác Au Hình 1.4 trình bày ảnh TEM cấu trúc dây lưng nano cho thấy cấu trúc hoàn toàn khác biệt so với cấu trúc dây nano, hay ống nano ZnO Hình 1.4 Ảnh TEM dây lưng nano ZnO cho thấy cấu trúc có hình thái đồng 1.3.2 Kết nghiên cứu đặc tính quang vật liệu ZnO a Phổ truyền quang quang ZnO Tất màng ZnO có bờ hấp thụ xung quanh bước sóng 380nm, độ truyền qua thay dổi khoảng Trang 12 70-95% tùy theo phương pháp công nghệ chế tạo màng Độ rộng vùng cấp màng xác định khoảng 3.24 – 3.37 eV b Phổ hấp thụ quang Phổ hấp thụ ZnO cho thấy ZnO suốt với ánh sáng nhìn thấy, hấp thụ mạnh xảy bước sóng 325 nm ZnO hấp thụ mạnh ánh sáng tử ngoại, giảm dần vùng ánh sáng nhìn thấy vùng hồng ngoại c Phổ huỳnh quang Phổ huỳnh quang màng ZnO nhiệt độ phịng có nhiều giải thích khác phụ thuộc mạnh vào cơng nghệ chế tạo điều kiện phát triển màng Tuy nhiên phổ huỳnh quang ZnO xác định nhiệt độ phòng theo bước bản: Dải phát xạ gần vùng hấp thụ (UV) có đỉnh bước sóng 380 nm, dải phát xạ vùng màu xanh có đỉnh phổ lân cạn bước sóng 505 nm có đặc điểm rộng tù, dải phát xạ vùng màu đỏ đỉnh có bước sóng 660 nm 1.4 Một số ứng dụng ZnO 1.4.1 Ứng dụng phát quang Hình 1.5 trình bày phổ phát quang ống nano với đường kính trung bình 70 nm tác động kích thích đèn Xe có bước sóng 325 nm Đỉnh phát quang ghi nhận phổ bao với cường độ mạnh xuất vùng tia cực tím có bước sóng 386 nm, tương ứng với phát xạ băng dẫn-băng hóa trị với độ rộng vùng cấm 3.37 eV vật liệu ZnO Đỉnh phát quang với cường độ mạnh cho phép sử dụng ZnO lĩnh vực chế tạo laze hiệu suất cao 1.4.2 Transistor hiệu ứng trường Vật liệu ZnO có cấu trúc màng dùng làm kênh dẫn cấu trúc FET cho thấy, linh kiện hoạt động với ổn định hiệu suất cao: tỉ số đóng mở lớn, độ linh động hạn dẫn cao, điện áp hoạt động thấp (hình 1.6) Trang 13 Hình 1.5 (a) Ảnh SEM ống nano ZnO, (b) Phổ phát quang ống nano ZnO tác động kích thích nguồn sáng có bước sóng 325 nm Hình 1.6 (a)-(b) Đặc tính dịng áp I-VG I-VD transistor hiệu ứng trường dây nano ZnO, (c) Hệ số khuếch đại FETs 1.4.3 Linh kiện quang điện tử Linh kiện chuyển mạch quang sử dụng đơn hạt nano ZnO nghiên cứu, khảo sát trình bày hình 1.7 Kết thí nghiệm hình 1.8 cho thấy linh kiện đơn hạt nano ZnO có độ nhạy cao khả đóng/mở (OFF/ON) dịng quang điện nhanh ổn định tác động từ nguồn sáng phát từ đèn UV-LED (λ=365nm) 1.4.4 Cảm biến khí, hóa học, sinh học Thiết bị sử dụng vật liệu màng mỏng oxide kim loại có tiềm ứng dụng lớn lĩnh vực cảm biến hóa, khí có kích thước nhỏ, giá thành chế tạo rẽ, tiêu thụ điện thấp, phù hợp với công nghệ chế tạo điện tử Nguyên Trang 14 lý cảm biến dựa thay đổi độ dẫn điện tương tác điện tích nguyên tử bề mặt dây O-, H+, OH- với phân tử khí mục tiêu Hình 1.7 Linh kiện đơn hạt ZnO nằm lỗ nano tiếp xúc trực tiếp với điện cực kim loại Hình 1.8 Đặc tính I-V linh kiện tác động chiếu sáng từ nguồn UV-LED 365nm với cường độ sáng khác Hình 1.9 Cảm biến khí sử dụng dây lưng nano Độ dẫn điện dây thay đổi theo mật độ khí CO, ethanol, NO2 hấp thụ bề mặt Trang 15 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH VẬT LIỆU ZnO 2.1 Phƣơng pháp tổng hợp Việc tổng hợp tinh thể ZnO chất lượng cao quan trọng không nghiên cứu mà cho việc ứng dụng vật liệu thực tế Trong phương pháp, phương pháp sol-gel sử dụng thơng dụng có nhiều ưu điểm chi phí thấp, quy trình đơn giản, việc lắng đọng kiểm soát thành phần dễ dàng hơn, nhiệt độ xử lý thấp 2.2 Kỹ thuật phân tích vật liệu 2.2.1 Kỹ thuật đo đặc tính hình thái kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscope) Kính hiển vi điện tử quét loại kính hiển vi điện tử tạo ảnh có độ phân giải cao nhờ lượng chùm điện tử hẹp để quét bề mặt mẫu yêu cầu bề mặt mẫu phải mỏng đủ để chùm điển tử quét Việc tạo ảnh mẫu thực việc ghi nhận phân tích xạ phát từ tương tác bề mặt mẫu với chùm điện tử 2.2.2 Kĩ thuật đo đặc tính hình thái kính hiển vi điện tử đường hầm TEM ( Transmission Electron Microscopy) Là thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn sử dụng chùm điện tử có lượng cao xuyên qua mẫu vật rắn sử dụng thấu kính từ để tạo ảnh có độ phóng đại lớn ( lên đến vài triệu lần) ảnh tạo màng huỳnh quang hay film quang học hay ghi nhận máy chụp ảnh kĩ thuật số 2.2.3 Kỹ thuật nhiễu xạ tia X Cấu trúc tinh thể chất qui định tính chất vật lý Do đó, nghiên cứu cấu trúc tinh thể phương pháp để nghiên cứu cấu trúc vật chất Ngày nay, phương pháp sử dụng rộng rãi nhiễu Trang 16 xạ tia X (XRD) Ưu điểm phương pháp xác định đặc tính cấu trúc, thành phần pha vật liệu mà không phá huỷ mẫu cần lượng nhỏ để phân tích 2.2.4 Kỹ thuật phổ tán xạ đàn hồi Raman Phổ tán xạ Raman phương pháp tốt để khảo sát đặc trưng dao động vật chất Thông qua nhận biết cấu trúc vật liệu, mối liên kết nguyên tử phân tử vật liệu Phổ Raman dùng để đặc trưng chuyển pha cấu trúc, ảnh hưởng áp suất, nhiệt độ lên tính chất vật liệu.Phương pháp có nhiều ưu điểm khơng phá hủy mẫu, độ nhạy cao dù tín hiệu Raman tương đối yếu 2.2.5 Kỹ thuật phổ huỳnh quang Huỳnh quang (PL) kỹ thuật quan trọng việc kiểm tra tinh khiết chất lượng tinh thể bán dẫn Kỹ thuật có ưu điểm cần chiếu nguồn sáng vào mẫu mà không cần tiếp xúc với mẫu Theo đó, mẫu kích thích nguồn sáng với lượng lớn độ rộng vùng cấm vật liệu, electron dãi hóa trị kích thích lên dãi dẫn tái hợp hạt dẫn cặp electron kích thích lỗ trống dãi hóa trị với nhiều chế vật lý khác dẫn đến phát quang 2.2.6 Kỹ thuật phổ hấp thụ quang Máy đo hấp thụ quang dùng rộng rãi ngành sinh học, cơng nghệ sinh học, hóa học, vật lý để kiểm tra độ tinh khiết dung dịch, dung môi hữu cơ; xác định thành phần chất, phức chất; phân tích xác định nồng độ chất; xác định số phân ly axit- bazo Trang 17 CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, QUY TRÌNH TỔNG HỢP HẠT NANO/MICRO ZnO 3.1 Vật liệu, hóa chất Vật liệu, hóa chất sử dụng cho q trình tổng hợp ZnO: Zinc Nitrat; Hexamethylentetramine (HMT); Sodium citrate tribasic dehydrat; Zinc acetat hydrate; Liti hidroxit; Diethylene glycol 3.2 Thiết bị, dụng cụ Dụng cụ: dụng cụ thí nghiệm sử dụng phịng thí nghiệm hóa học, khoa Hóa, trường Cao đẳng Cơng nghệ Thiết bị: sử dụng thiết bị thí nghiệm có phịng thí nghiệm hóa học, khoa Hóa, trường Cao đẳng Cơng nghệ; cịn thiết bị phân tích chủ yếu đưa mẫu bên ngồi 3.3 Quy trình tổng hợp 3.3.1 Quy trình tổng hợp vi cầu ZnO kích thước micro Hạt ZnO hình cầu kích thước micro tổng hợp phương pháp tăng trưởng thủy nhiệt theo quy trình mơ tả hình 3.1 dựa phương trình phản ứng: 3.3.2 Quy trình tổng hợp hạt nano ZnO Hạt nano ZnO tổng hợp phương pháp sol-gel theo quy trình mơ tả hình 3.2 Phản ứng hóa học quy trình: 4Zn(CH3COO)2 + HO-R-OH ↔ Zn4O(CH3COO)6 + CH3COO-R-OOCCH3 + H2O Zn4O(CH3COO)6 → 3Zn (CH3COO)2 + ZnO Zn(CH3COO)2 + 2LiOH → ZnO + 2CH3COOLi + H2O Trang 18 Hình 3.1 Quy trình tổng hợp vi cầu ZnO Hình 3.2 Quy trình tổng hợp hạt nano ZnO Trang 19 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Tổng hợp vi cầu ZnO kích thƣớc micro 4.1.1 Hình thái hạt vi cầu ZnO Kết phân tích ảnh SEM cho thấy, hạt ZnO tổng hợp thành cơng có dạng hình cầu đồng Kết kiểm tra kích thước hạt thể hầu hết hạt có kích thước micro mét Hình 4.1 Ảnh SEM hạt cầu ZnO sau tổng hợp Nguyên Tỉ lệ tỷ trọng (%) Tỉ lệ nguyên tử (%) tử 17.81 46.96 O 82.19 53.04 Zn 100 100 Tổng Bảng 4.1 Kết phân tích thành phần nguyên tử hạt cầu ZnO Trang 20 4.1.2 Đặc tính cấu trúc hạt vi cầu ZnO Hình 4.2 (a) Phân tích TEM-EDS tỷ lệ thành phần nguyên tử cho đơn hạt ZnO (b) Phổ X-ray hạt ZnO (c) Phổ lượng Raman hạt ZnO Kết thể phổ tán xạ cho thấy có mặt nguyên tử Zn, O Cu Chi tiết tỷ lệ hai nguyên tử Zn O thể bảng 4.1 cho thấy tỷ lệ Zn O gần đạt tỷ lệ 1:1 với tỷ trọng nguyên tử Zn:O 4:1, theo đặc tính cấu trúc thành phần cấu tạo phân tử Trang 21 ZnO thực tế Phổ tán xạ XRD hạt ZnO xuất đỉnh phổ rõ chứng tỏ hạt ZnO có cấu trúc tinh khiết tất đỉnh phổ tương ứng với mặt cấu trúc tinh thể wurtzit ZnO Kết phân tích phổ Raman với đỉnh phổ tương ứng với rung lưới tinh thể cấu trúc wurtzit ZnO Những kết phân tích cấu trúc vật liệu cho thấy, hạt cầu ZnO có cấu trúc tinh thể tốt với pha tạp sau q trình tổng hợp 4.1.3 Đặc tính huỳnh quang Hình 4.3 Phổ quang đơn hạt đặt đế Si với kích thước hạt 5.8µm Hình 4.3 trình bày kết đo phổ phát quang cấu trúc đơn hạt cầu ZnO Kết phân tích phổ cho thấy hạt ZnO phát quang với cường độ mạnh vùng tia cực tím tương ứng với phát xạ ánh sáng vùng hóa trị vùng dẫn dải lượng ZnO, điều cho thấy khả hấp thụ tia cực tím mạnh vật liệu Điều đặc biệt thú vị xuất hiệu ứng WGM (Whispering Gallery Modes) phổ phát quang hạt cầu ZnO 4.2 Tổng hợp hạt nano ZnO 4.2.1 Hình thái hạt nano ZnO Trang 22 Hình dạng hạt ZnO sau tổng hợp phương pháp sol-gel kiểm tra kính hiển vi điện tử SEM TEM, kết phân tích trình bày hình 4.4 4.5 Kết phân tích ảnh SEM TEM cho thấy, mật độ hạt nano ZnO tạo lớn; mức độ đồng hạt cao; kích thước hạt quy trình cỡ từ 20 đến 40 nm 4.2.2 Đặc tính cấu trúc hạt nano ZnO Phổ tán xạ XRD hạt ZnO xuất đỉnh phổ rõ chứng tỏ hạt ZnO có cấu trúc tinh khiết, pha tạp tất đỉnh phổ tương ứng với mặt cấu trúc tinh thể wurtzit ZnO Hình 4.4 Ảnh SEM hạt nano ZnO Hình 4.5 Ảnh TEM hạt nano ZnO Trang 23 Hình 4.6 Phổ XRD hạt nano ZnO 4.2.3 Đặc tính hấp thụ quang hạt nano ZnO Đặc tính hấp thụ quang hạt nano ZnO đo máy UV-vis kết trình bày hình 4.7 Kết phân tích phổ cho thấy hạt ZnO hấp thụ quang với cường độ mạnh vùng tia cực tím với đỉnh phổ bước sóng 365 nm, tương ứng với độ rộng vùng cấm ZnO Hơn nữa, điều cho thấy khả hấp thụ tia cực tím mạnh vật liệu Hình 4.7 Phổ hấp thụ quang hạt nano ZnO đo máy UV-vis Trang 24