(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nước

Nghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nướcNghiên cứu tính chất và động học phát quang của các hạt nano bán dẫn CdSe trong môi trường nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÔ VĂN HỒNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ ĐỘNG HỌC PHÁT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO BÁN DẪN CdSe TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thái Nguyên, Năm 2018 i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGƠ VĂN HỒNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ ĐỘNG HỌC PHÁT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO BÁN DẪN CdSe TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Thị Kim Liên Thái Nguyên, Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Vũ Thị Kim Liên, kết nghiên cứu trung thực chưa công bố công trình khác Thái Nguyên, tháng 09 năm 2018 XÁC NHẬN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ LUẬN VĂN PGS.TS Vũ Thị Kim Liên Ngơ Văn Hồng XÁC NHẬN CỦA KHOA CHUYÊN MÔN ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Vũ Thị Kim Liên PGS.TS Chu Việt Hà tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Vật lý – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo tổ Vật lý, em học sinh khối 10, 11 trường THPT Chuyên Thái Nguyên giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu Cuối cùng, em xin gửi lời biết ơn sau sắc đến gia đình, bạn bè, anh chị học viên lớp Cao học K24 chuyên ngành Vật lý chất rắn động viên khích lệ, giúp đỡ em suốt q trình học tập nghiên cứu Thái Nguyên, tháng 09 năm 2018 Học viên Ngơ Văn Hồng iii MỤC LỤC BÌA PHỤ i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vi MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2 Các lý thuyết liên quan: 1.2.1 Các mức lượng hạt tải chấm lượng tử bán dẫn 1.2.2 Các tính chất quang lý hạt nano bán dẫn 1.2.2.1 Phổ hấp thụ hạt nano bán dẫn 10 1.2.2.2 Phổ huỳnh quang hạt nano bán dẫn 11 1.2.3 Thời gian sống phát quang, hiệu suất lượng tử độ bền quang chấm lượng tử bán dẫn 11 1.2.3.1 Thời gian sống phát quang chấm lượng tử bán dẫn 11 1.2.3.2 Hiệu suất lượng tử độ bền quang hạt nano bán dẫn 13 1.3 Một số phương pháp chế tạo hạt nano bán dẫn 15 1.3.1 Phương pháp sol-gel 15 1.3.2 Phương pháp micelle micelle đảo chế tạo nano tinh thể 16 1.3.3 Chế tạo hạt nano bán dẫn môi trường nước 17 Chương 2: THỰC NGHIỆM 21 2.1 Thực nghiệm chế tạo mẫu 21 2.2 Các phương pháp khảo sát tính chất mẫu 24 iv 2.2.1 Kính hiển vi điện tử truyền qua 24 2.2.2 Phép đo phổ hấp thụ 25 2.2.3 Phép đo phổ huỳnh quang 26 2.2.4 Phép đo phổ huỳnh quang phân giải thời gian 27 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Vi hình thái cấu trúc chấm lượng tử bán dẫn CdSe/CdS 30 3.2 Tính chất quang chấm lượng tử bán dẫn CdSe CdSe/CdS 31 3.2.1 Phổ hấp thụ chấm lượng tử bán dẫn CdSe CdSe/CdS 31 3.2.2.1 Ảnh hưởng trạng thái bề mặt vai trò lớp vỏ CdS 37 3.2.2.2 Ảnh hưởng thời gian bảo quản 42 3.2.2.3 Ảnh hưởng thời gian chế tạo đến phát xạ huỳnh quang chấm lượng tử CdSe 45 3.2.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo đến tính chất quang chấm lượng tử CdSe 46 3.2.3 Động học phát quang hạt nano bán dẫn CdSe CdSe/CdS 48 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 62 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ tả hộp cầu có bờ vơ hạn .7 Hình 1.2 Các chuyển dời quang cho phép trạng thái điện tử lỗ trống lượng tử hóa Hình 1.3 Phổ hấp thụ chấm lượng tử CdSe lõi với kích thước khác 10 Hình 1.4 Phổ huỳnh quang chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước 11 Hình 1.5 Phổ huỳnh quang phân giải thời gian chấm lượng tử CdSe/CdS với thời gian nuôi tinh thể khác (độ dày lớp vỏ khác nhau) .13 Hình 1.6 Hạt nano có cấu trúc lõi-vỏ minh họa cấu trúc vùng lượng hạt nano cấu trúc lõi- vỏ .15 Hình 1.7 Sơ đồ minh họa Micelle 17 Hình 1.8 Mơ hình chấm lượng tử cho ứng dụng đánh dấu sinh học .18 Hình 2.1 Mơ tả hình thành chấm lượng tử CdSe/CdS chế tạo mơi trường nước/citrate 21 Hình 2.2 Sơ đồ khối quy trình chế tạo chấm lượng bán dẫn CdSe CdSe/CdS 22 Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe nước 23 Hình 2.4 Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe/CdS nước 23 Hình 2.5 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 24 Hình 2.6 Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis 25 Hình 2.7 Cấu hình hệ đo huỳnh quang FS 920 27 Hình 2.8 So sánh phép đo quang phổ huỳnh quang trạng thái dừng (trái) quang phổ phân giải thời gian (phải) 28 Hình 3.1a Ảnh chụp mẫu dung dịch chứa chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS phân tán môi trường dung dịch đệm/citrate ánh sáng tự nhiên 29 Hình 3.1b Ảnh chụp mẫu dung dịch chứa chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS phân tán môi trường dung dịch đệm/citrate ánh sáng đèn tử ngoại .29 Hình 3.2 Phát xạ huỳnh quang mẫu trắng đánh dấu chấm lượng tử đèn tử ngoại 30 v Hình 3.3 Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) X500000 mẫu chấm lượng tử bán dẫn CdSe/CdS w=3 30 Hình 3.4 Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM) X800000 chấm lượng tử bán dẫn 31 Hình 3.5 Phổ hấp thụ mẫu CdSe w=1 với thời gian ni tinh thể khác 32 Hình 3.6 Phổ hấp thụ mẫu CdSe w=3 với thời gian ni tinh thể khác 33 Hình 3.7 Phổ hấp thụ mẫu chấm lượng tử CdSe w=1 w=3 5h 33 Hình 3.8 Đường biểu diễn kích thước, độ rộng vùng cấm mẫu CdSe w=1 theo nuôi tinh thể khác .35 Hình 3.9 Đường biểu diễn kích thước, độ rộng vùng cấm mẫu CdSe w=3 theo nuôi tinh thể khác .36 Hình 3.10 Phổ hấp thụ chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS với kích thước lõi CdSe chế tạo với tỷ lệ w = với thời gian bọc vỏ khác 36 Hình 3.11 Phổ huỳnh quang mẫu chấm lượng tử bán dẫn CdSe CdSe/CdS w=1 37 Hình 3.12 Phổ huỳnh quang mẫu hạt nano bán dẫn CdSe CdSe /CdS w=3 38 Hình 3.13 Sơ đồ mức lượng chấm lượng tử CdSe/CdS 39 Hình 3.14 Phổ huỳnh quang mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS w=2 nhiệt độ 4oC với thời gian nuôi vỏ khác 40 Hình 3.15 Phổ huỳnh quang mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS w=2 nhiệt độ 90oC với thời gian nuôi vỏ khác 40 Hình 3.16 Sơ đồ mức lượng chấm lượng tử CdSe/CdS có độ dày lớp vỏ tăng 41 Hình 3.17 Phổ huỳnh quang chấm lượng tử bán dẫn CdSe w=1 đo CdSe w=1 đo 10 ngày sau chế tạo 42 Hình 3.18 Phổ huỳnh quang chấm lượng tử CdSe/CdS w=1 theo thời gian bảo quản 43 Hình 3.19 Cơ chế thụ động hóa liên kết hở bề mặt chấm lượng tử CdSe 43 H+ OH- 43 Hình 3.20 Ảnh chụp mẫu dung dịch CdSe/CdS w=1 ánh sáng đèn tử ngoại sau chế tạo 44 vi Hình 3.21 Ảnh chụp mẫu dung dịch CdSe/CdS w=1 ánh sáng đèn tử ngoại sau 390 ngày chế tạo .44 Hình 3.22 Phổ huỳnh quang mẫu hạt nano bán dẫn CdSe /CdS w=1 theo thời gian bảo quản 45 Hình 3.23 Phổ huỳnh quang mẫu CdSe w=1 theo khác nhau, bước sóng kích thích 470nm 45 Hình 3.24 Phổ hấp thụ mẫu CdSe/CdS w=2 chế tạo nhiệt độ 4oC 75oC 47 Hình 3.25 Phổ huỳnh quang mẫu CdSe/CdS w=2 chế tạo nhiệt độ 4oC 75oC 48 Hình 3.26 Phổ huỳnh quang chuẩn hóa mẫu chấm lượng tử CdSe/CdS w=2 chế tạo nhiệt độ 4oC 75oC 48 Hình 3.27 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe1h/CdS10h 50 Hình 3.28 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe5h/CdS10h 50 Hình 3.29 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe9h/CdS10h 50 Hình 3.30 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe1h/CdS5h 51 Hình 3.31 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe1h/CdS5p 51 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Kích thước chấm lượng tử CdSe với thời gian nuôi tinh thể khác 40 vi 300 C-êng ®é huúnh quang (®.v.t.y) 614nm CdSe/CdS w=2 24h t=4oC CdSe/CdS w=2 24h t=75oC 250 200 150 562nm 100 50 400 450 500 550 600 650 700 750 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.25 Phổ huỳnh quang mẫu CdSe/CdS w=2 chế tạo nhiệt độ 4oC 75oC Ta thấy với mẫu chế tạo nhiệt độ thấp 4oC đỉnh huỳnh quang dịch hẳn phía sóng ngắn so với đỉnh huỳnh quang mẫu chế tạo nhiệt độ cao 75oC (hình 3.26) Phổ huỳnh quang mẫu nhiệt độ thấp có dạng đối xứng Gauss phát xạ bề mặt gần hạn chế Tuy nhiên cường độ huỳnh quang mẫu lại thấp nhiều so với mẫu chế tạo nhiệt độ cao Như nhiệt độ chế tạo thông số quan trọng ảnh hưởng đến kích thước tính chất quang chấm lượng tử CdSe Tuy nhiên việc lựa chọn C-êng ®é huúnh quang chuÈn hãa (®.v.t.y) nhiệt độ chế tạo tối ưu cần có nghiên cứu 562 1.0 614 CdSe/CdS w=2 24h t=4oC CdSe/CdS w=2 24h t=75oC 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 400 450 500 550 600 650 700 750 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.26 Phổ huỳnh quang chuẩn hóa mẫu chấm lượng tử CdSe/CdS w=2 chế tạo nhiệt độ 4oC 75oC 3.2.3 Động học phát quang hạt nano bán dẫn CdSe CdSe/CdS Để nghiên cứu sâu chuyển dời phát quang tương tác hạt tải điện sinh kích thích quang, chúng tối tiến hành phổ huỳnh quang phân giải thời 48 gian (hay đường cong huỳnh quang tắt dần) mẫu có thời gian chế tạo khác Từ đường cong huỳnh quang tắt dần suy thời gian sống phát quang (thời gian tồn trạng thái kích thích) tính chất quang học quan trọng liên quan đến hiệu suất lượng tử chất phát quang Mặc dù thời gian sống trạng thái kích thích chấm lượng tử chưa hiểu rõ tất Như biết, đường cong dập tắt dần huỳnh quang chấm lượng tử đường cong nhiều hàm mũ (multi – expomential), lý là: i) Mỗi thành phần tập hợp chấm lượng tử có thời gian sống theo hàm mũ đơn riêng nó, phân bố tốc độ tắt dần bên tập hợp sinh tắt dần theo nhiều hàm mũ; ii) Sự tắt dần huỳnh quang trình phức tạp cá thể chấm lượng tử động học tắt dần chấm lượng tử nhiều hàm mũ; iii) Sự tắt dần huỳnh quang thành phần hàm đơn mũ thời điểm cho, thăng giáng theo thời gian, tắt dần huỳnh quang đơn chấm lượng tử tập hợp chấm lượng tử thường tuân theo nhiều hàm mũ Hình 3.27, 3.28, 3.29 mơ tả đường cong huỳnh quang tắt dần mẫu chấm lượng tử CdSe/CdS có thời gian ni lớp vỏ 10h, thời gian ni lõi khác C-êng ®é huúnh quang (®.v.t.y) 1h, 5h 9h 600 TGS (User) Model y = A*exp(-x/t)+y0 Equation 500 94.73718 Reduced Chi-Sqr 400 0.744 Adj R-Square C 300 Value Standard Erro 304.7008 0.98144 25.24369 0.1157 0.09696 0.03849 A t y0 200 100 0 25 50 75 100 125 Thêi gian (ns) 49 150 175 200 Hình 3.27 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe1h/CdS10h C-êng ®é huúnh quang (®.v.t.y) 5000 4000 Model TGS (User) Equation y = A*exp(-x/t)+ y0 6006.79961 Reduced Chi-Sqr 0.74341 Adj R-Square Value C 3000 Standard Error A 2388.7524 7.70439 t 25.96938 0.11921 1.03204 0.30658 y0 2000 1000 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Thêi gian (ns) Hình 3.28 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe5h/CdS10h C-êng ®é huúnh quang (®.v.t.y) 5000 4000 Model TGS (User) Equation y = A*exp(-x/t)+ y0 6725.20208 Reduced Chi-Sqr 0.76643 Adj R-Square Value A 3000 Standard Error 2608.36155 t C y0 7.90133 27.63578 0.1192 1.4579 0.32466 2000 1000 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Thêi gian (ns) Hình 3.29 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe9h/CdS10h Các đường cong huỳnh quang tắt dần có dạng hàm nhiều mũ cho thấy phân bố kích thước chấm lượng tử mẫu, đồng thời có đóng góp nhiều trình phát xạ khác từ chấm lượng tử có kích thước trình bày phần lý thuyết Từ đường cong huỳnh quang xác định thời gian sống phát quang chấm lượng tử CdSe mẫu Kết cho thấy thời gian sống phát quang mẫu 25,24ns, 25,97ns 27,64ns tương ứng với mẫu có thời ni lõi 1h, 5h 9h Thời gian sống huỳnh quang dài chất đánh dấu huỳnh quang đáp ứng tốt cho ứng dụng thực nghiệm Như vậy, thời gian nuôi chấm lượng tử dài đóng góp cho việc làm tăng chất lượng chấm tốt 50 Hình 3.30 3.31 trình bày đường cong phân giải thời gian chấm lượng tử CdSe/CdS với thời gian nuôi lõi giống (1h) thời gian nuôi vỏ khác (5 phút C-êng ®é huúnh quang (®.v.t.y) giờ) 2500 Model TGS (User) Equation y = A*exp(-x/t)+ y0 2139.35169 Reduced Chi-Sqr 2000 0.79663 Adj R-Square Value A 1500 Standard Error 1526.87865 4.22966 30.66477 0.12106 0.33276 0.18338 t C y0 1000 500 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thêi gian (ns) Hình 3.30 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe1h/CdS5h C-êng ®é huúnh quang (®.v.t.y) 1000 800 Model TGS (User) Equation y = A*exp(-x/t)+ y0 316.81265 Reduced Chi-Sqr 0.78825 Adj R-Square Value C 600 Standard Error A 576.95532 1.63968 t 30.21886 0.12238 0.25907 0.07055 y0 400 200 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Thêi gian (ns) Hình 3.31 Đường cong huỳnh quang tắt dần chấm lượng tử CdSe1h/CdS5p Từ phổ xác định thời gian sống phát quang chấm lượng tử hai mẫu Kết cho thấy thời gian sống phát quang mẫu có thời gian ni vỏ dài (5h) lớn (30,66ns) so với thời gian sống phát quang mẫu có thời gian ni vỏ ngắn (30,21ns) Như thời gian ni vỏ dài đóng góp vào việc làm tăng chất lượng chấm lượng tử Điều phù hợp với kết phổ huỳnh quang trình bày phần KẾT LUẬN CHƯƠNG Các mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS mà chúng tơi chế tạo có dạng gần cầu với kích thước lõi nằm khoảng từ 3-4nm với cấu trúc tinh thể Bờ hấp thụ tất mẫu dịch phía sóng ngắn so với bờ hấp thụ bán dẫn CdSe khối 51 (690nm) khẳng định hình thành chấm lượng tử Phổ hấp thụ cho thấy việc thay đổi kích thước chấm lượng tử phải thực q trình chế tạo lõi CdSe, bọc lớp vỏ CdS kích thước lõi gần khơng thay đổi Phát xạ nội của chấm lượng tử CdSe chưa bọc vỏ CdS có cường độ yếu có dải phát xạ bề mặt phía sóng dài Khi bọc thêm lớp vỏ CdS bên ngồi, cường độ huỳnh quang chấm lượng tử tăng lên nhiều so với huỳnh quang mẫu chưa bọc, dải phát xạ bề mặt hạn chế nhiều Đồng thời việc kiểm kiểm soát độ dày lớp vỏ quan trọng việc chế tạo chấm lượng tử có cấu trúc lõi vỏ để thu phát xạ ổn định Các mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS sau chế tạo bảo quản mơi trường khơng khí bình thường có ánh sáng tự nhiên hầu hết mẫu có đỉnh phát xạ huỳnh quang dịch phía sóng xanh cường độ huỳnh quang tăng thời gian đầu (nếu để thời gian dài cường độ huỳnh quang giảm) Do sau chế tạo mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS cần bảo quản mơi trường khí trơ buồng tối để trì ổn định tính chất quang chấm lượng tử Việc thực chế tạo mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS môi trường nước nhiệt độ thấp (4oC) cho thấy tạo chấm lượng tử có kích thước nhỏ đồng so với chế tạo nhiệt độ cao, nhiên hiệu suất huỳnh quang mẫu lại khơng cao, nên cần có nghiên cứu Các đường cong huỳnh quang tắt dần mẫu chế tạo cho thấy thời gian sống phát quang chấm lượng tử CdSe cỡ từ 25ns đến 30 ns, thời gian sống huỳnh quang dài so với thời gian sống chất màu hữu cơ, chất đánh dấu huỳnh quang truyền thống 52 KẾT LUẬN Đề tài luận văn chế tạo thành công chấm lượng tử CdSe/CdS phân tán nước sử dụng chất bẫy citrate Các mẫu chế tạo dung dịch suốt có chứa hạt nano chấm lượng tử CdSe/CdS Các mẫu phát xạ huỳnh quang mạnh ánh sáng đèn tử ngoại, màu phát xạ phụ thuộc vào kích thước hạt CdSe Khảo sát phổ hấp thụ cho thấy thay đổi kích thước chấm lượng tử CdSe việc thay đổi thời gian nuôi tinh thể, cụ thể thời gian ni tinh thể (thời gian khuấy trộn) tăng kích thước tinh thể lõi tăng Việc thay đổi kích thước chấm lượng tử CdSe theo thời gian nuôi tinh thể phải thực giai đoạn chế tạo chấm lượng tử lõi Còn sau bọc thêm lớp vỏ CdS, kích thước lõi giữ ổn định Đây điều kiện tốt để khống chế kích thước hạt Cường độ phát xạ huỳnh quang chấm lượng tử CdSe tăng mạnh bọc lớp vỏ CdS Đỉnh phát xạ huỳnh quang mẫu chấm lượng tử CdSe/CdS dịch phía sóng dài so với đỉnh phát xạ chấm lượng tử CdSe, chế giải thích rõ Tính chất quang chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS khảo sát theo nhiệt độ chế tạo cho thấy mẫu chế tạo nhiệt độ 4oC cho độ đồng cao mẫu chế tạo 75oC Tuy nhiên cường độ huỳnh quang mẫu nhệt độ thấp yếu so với cường độ huỳnh quang mẫu chế tạo nhiệt độ cao Như nhiệt độ thông số quan trọng ảnh hưởng đến tính chất quang chấm lượng tử CdSe Điều kiện bảo quản mẫu ảnh hưởng rõ lên tính chất quang chấm lượng tử Các mẫu sau chế tạo bảo quản môi trường khơng khí bình thường có ánh sáng tự nhiên đỉnh huỳnh quang dịch phía sóng ngắn rõ rệt cường độ huỳnh quang tăng thời gian đầu (nếu để thời gian dài cường độ huỳnh quang giảm) Thời gian sống phát quang chấm lượng tử CdSe cỡ từ 25ns đến 30 ns, thời gian sống huỳnh quang dài so với thời gian sống chất màu hữu cơ, chất đánh dấu huỳnh quang truyền thống Đây điều kiện tốt để đưa chấm lượng tử CdSe vào ứng dụng đánh dấu huỳnh quang 53 Cần có thêm nhiều nghiên cứu việc chế tạo điều kiện bảo quản chấm lượng tử CdSe/CdS phân tán môi trường nước để có hệ chấm lượng tử chất lượng tốt 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đỗ Thị Duyên (2013), Khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐH Sư phạm Thái Nguyên [2] Chu Việt Hà (2004), Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư Phạm Hà Nội [3] Ngô Văn Hồng (2016), Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư Phạm – Đại học Thái Nguyên [4] Nguyễn Quang Liêm (2011), Chấm lượng tử bán dẫn cdse, cdte, inp cuins2: chế tạo, tính chất quang ứng dụng, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ [5] Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [6] Đào Duy Thắng (2011), Luận văn Thạc sĩ, Đại học Công Nghệ [7] Phùng Văn Vững (2017), Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sư Phạm – Đại học Thái Nguyên Tiếng Anh [8] Aeshah Salema, EliasSaiona, Naif Mohammed Al-Hadaa, HalimahMohamed Kamaria, Abdul H.Shaaria, Che Azurahanim CheAbdullaha, Shahidan Radimanb (2017), “Synthesis and characterization of CdSe nanoparticles via thermal treatment technique”, Results in Physics, Volume 7, Pages 1556-1562 [9] Andrew M Smith, Aaron M Mohs and Shuming Nie*, “Tuning the optical and electronic properties of colloidal nanocrystals by lattice strain”, 2009, pp 56 – 63 [10] B.H Kim, M S Onses, J.B Lim, S Nam, N Oh, H.Kim, K Yu, J W Lee, J-H Kim, S-K Kang, C.H Lee, J Lee, J H Shin, N H Kim, C Leal, M Shim, and J A Rogers (2015), Nano Lett., 15, 969−973 [11] C Luccardini, A.Yakovlev, S Gaillard, M Hoff, A.P Alberola, J M Mallet, W.J Parak, A Feltz, and M Oheim (2007), Journal of Biomedicine and Biotechnology, article ID 68963, pages [12] Carbone, L.; Nobile, C.; De Giorgi, M.; Sala, F D.; Morello, G.; Pompa, P.; Hytch, M.; Snoeck, E.; Fiore, A.; Franchini, I R.; Nadasan, M.; Silvestre, A F.; Chiodo, L.; Kudera, S.; Cingolani, R.; Krahne, R.; Manna, L (2007 ), “Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach” Nano Lett, 7, 2942−2950 [13] Challa S S R Kumar, Nanotechnologies for the Life Sciences Vol 1, Biofunctionalization of Nanomaterials Edited by Copyright 2005 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim, ISBN: 3-527-31381-8 55 [14] Chu Viet Ha, Vu Thi Kim Lien, Tran Hong Nhung, Le Tien Ha (2010), “Water Soluble CdSe and CdSe/CdS Nanocrystals: synthesis and Optical Properties”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái Nguyên, số 69, tập 07 -67 -71 [15] Chu Viet Ha, Hoang Thi Hang, Nguyen Thi Bich Ngoc, Ngo Thi Huong, Vu Thi Kim Lien and Tran Hong Nhung (2015), “Synthesis of CdSe/CdS and CdSe/CdS/SiO2 nanoparticles via wet chemical method”, Journal of science of HNUE, Mathematical and Physical Sci., Vol 60, No 7, pp 75-80 [16] Chu Viet Ha, Nghiem Thi Ha Lien, Le Tien Ha, Tran Hong Nhung, Vu Thi Kim Lien (2011), “Photoluminescent emission properties of CdSe/CdS quantum dots synthesized directly in aqueous solution” Adv Opts., Photonics, Spectroscopy and Applications VI, 526-531 [17] Chu Viet Ha, Nghiem Thi Ha Lien, Le Tien Ha, Vu Dinh Lam, Tran Hong Nhung, Vu Thi Kim Lien (2012), “Synthesis and optical properties of water soluble CdSe/CdS quantum dots for biological applications”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, IOP Publishing, 3025017 [18] Chu Viet Ha, Ngo Van Hoang, and Vu Thi Kim Lien (2015), “Water soluble fluorescence CdSe/CdS/Citrate nanoparticals: Synthesis and optical characterization” Procceding Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc lần thứ IX, tập 1, tr: 226- 230 Chỉ số ISBN: 978.604-938 -722-7 [19] Chu Viet Ha, Nguyen Thi Bich Ngoc, Nguyen Thi Nhuan, Khong Thi Quynh, Cao Thi Thuy Hai, Nguyen Thi Lan Anh, Tran Hong Nhung, Vu Thi Kim Lien (2014), “Synthesis and optical properties of CdSe semiconductor nanoparticles dispersed in citrate aqueous solutions”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam, số 52 (3C) 384-389, ISSN 0866-708X [20] Chu Viet Ha, Pham Thi Huong Nhai, Nguyen Xuan Ca, Le Tien Ha, Nghiem Thi Ha Lien, and Vu Thi Kim Lien (2010), “Influence of Synthesis Condition to Optical Properties of water soluble CdSe and CdSe/CdS Nanopcrystals”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6, 958 – 963 [21] Chu Viet Ha, Tran Anh Duc, Tran Quang Huy, Duong Thi Lan, Le Tien Ha and Vu Thi Kim Lien (2013), “Photostability of CdSe quantum dots dispersed in aqueous solution”, Advances in Optics Photonics Spectroscopy & Applications VII, 228 – 222 56 [22] “CRC Handbook of Chemistry and Physics" Retrieved 22 November 2013 [23] Denilson V Freitas, Jéssica M M Dias, Sérgio G B Passos, Gustavo C S de Souza (2014), Erico Teixeira Netob and Marcelo Navarro, Electrochemical synthesis of TGA-capped CdTe and CdSe quantum dots, Green Chem , 16, 3247-3254 [24] Dib M (1999), Structure Electronique Au Voisinage de la Bande Interdite Des Nanocristaux de CdSe et CdS, PhD thesis, Universite Paris VII [25] Gao X, Yang L, Petros JA, Marshall FF, Simons JW, Nie S (2005), In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots: Curr Opin Biotechnol, 16, 63– 72 [26] Gaponenco S V (1988), “Optical Properties of Semiconductor Nanocry-stals”, Cambridge Universty Press [27] J B Ryman-Rasmussen, J E Riviere, and N.A Monteiro-Riviere (2006), Toxicological sciences, 91, 159–165 [28] Javier Vela, Han Htoon, Yongfen Chen, Young-Shin Park (2010), “Effect of shell thickness and composition on blinking suppression and the blinking mechanism in ‘giant’ CdSe/CdS nanocrystal quantum dots”, 706–717 [29] Jianhai Zhou , Meiyi Zhu, Renyang Meng, Haiyan Qin , and Xiaogang Peng (2017), “Ideal CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals Enabled by Entropic Ligands and Their Core Size-, Shell Thickness, and Ligand-Dependent Photoluminescence Properties”, J Am Chem Soc., 139 (46), pp 16556–16567 [30] Kiyoto Matsuishi, Akimasa Yuasa, Go Arai and Tatsuo Mori (2014), "Structural and optical properties of CdSe nanostructures (nanoparticles, nanoparticle- and nanosheet-superlattices) fabricated using organic molecules as a template”, Conf Ser.: Mater Sci Eng., Vol.54, 012007 [31] Kumar C S S R (2005), “Biofunctionalization of Nanomaterials” Nanotechnologies for the Life Sciences 1, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim, ISBN: 3-527-31381-8 [32] Kuno M (2004), Introduction to Nanoscience and Nanotechnology: A Workbook, Notre Dame Radiation Laboratory [33] L Wang, X Sun, W Liu, and X Yu (2010), “Phosphine-free synthesis of high quality zinc-blende CdSe nanocrystals in air,” Colloids and Surfaces A, vol 353, no 2-3, pp 232–237 57 [34] Li, J J.; Wang, Y A.; Guo, W.; Keay, J C.; Mishima, T D.; Johnson, M B.; Peng, X (2003), “Large-Scale Synthesis of Nearly Monodisperse CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals Using Air-Stable Reagents via Successive Ion Layer Adsorption and Reaction” J Am Chem Soc., 125, 12567−12575 [35] M.A Schreuder, K Xiao, I.N Ivanov, S.M Weiss, S.J Rosenthal (2010), “White light-emitting diodes based on ultrasmall CdSe nanocrystal electroluminescence”, Nano Lett, 10, pp 573-576 [36] M.A Walling, J.A Novak, J.R.E Shepard (2009), International Journal of Molecular Sciences 10, 441-491 [37] M.L Schipper, G Iyer, A.L Koh, Z Cheng, Y Ebenstein, A Aharoni, S Keren, L A Bentolila, J Li, J Rao, X Chen, U Banin, A M Wu, R Sinclair, S Weiss, S.S Gambhir (2009), Small 5, 126–134 [38] M.P Bruchez, C.Z Hotz (2007), Quantum dots application in Biotechnology, Humana Press Inc [39] Medina, MJ Santos-Martinez, A Radomski, OI Corrigan and MW Radomski (2007), Nanoparticles: Pharmacological and Toxicoligical Significance, British Journal of Pharmacology, (150), 2552-255 [40] Mohammad Reza Gaeeni, Marzieh Tohidian, and Mohammad Majles-Ara (2014), “Green Synthesis of CdSe Colloidal Nanocrystals with Strong Green Emission by the Sol–Gel Method”, Ind Eng Chem Res., 53 (18), pp 7598–7603 [41] Mohammad Reza Gaeeni, Marzieh Tohidian, and Mohammad Majles-Ara (2014), “Green Synthesis of CdSe Colloidal Nanocrystals with Strong Green Emission by the Sol–Gel Method”, Ind Eng Chem Res., 53 (18), pp 7598–7603 [42] N.Fernández-Delgado, M.Herrera, A.H.Tavabi, M.Luysberg, R.E.Dunin- Borkowski, P.J.Rodriguez-Cantó, R.Abargues, J.P.Martínez-Pastor, S.I.Molina, (2018) “Structural and chemical characterization of CdSe-ZnS core-shell quantum dots”, Applied Surface Science, Volume 457, November 2018, Pages 93-97 [43] Nanoparticles: Pharmacological and Toxicoligical Significance,C Medina, MJ SantosMartinez, A Radomski, OI Corrigan and MW Radomski (2007), British Journal of Pharmacology, (150), 2552-2558 58 [44] Neera V Gopee and et al (2009), “Quantitative Determination of Skin Penetration of PEG – Coated CdSe Quantum Dots in Demarbraded but not Intact SKH – Hairless Mouse Skin”, J Toxicological Sciencen 111 (1), 37- 48 [45] Ou Chen, Jing Zhao, Vikash P Chauhan, Jian Cui, Cliff Wong, Daniel K Harris, He Wei, Hee-Sun Han, Dai Fukumura, Rakesh K Jain and Moungi G Bawendi, Compact high-quality CdSe–CdS core–shell nanocrystals with narrow emission linewidths and suppressed blinking, 2,DOI: 10.1038/NMAT3539 [46] P V Kamat (2013), Quantum Dot Solar Cells The Next Big Thing in Photovoltaics, J Phys Chem Lett., 4, 908–918 [47] Pechstedt, K.; Whittle, T.; Baumberg, J.; Melvin, T (2010) “Photoluminescence of Colloidal CdSe/ZnS Quantum Dots: The Critical Effect of Water Molecules” J Phys Chem C, 114, 12069−12077 [48] Phung Van Vung, Ngo Van Hoang, Trinh Ba Thong, Bui Quang The Nguyen Quynh Trang, Nguyen Lan Anh, Le Tien Ha, Chu Viet Ha, and Vu Thi Kim Lien (2016), “Optical Characterization of Quantum Dots prepared directly in Citrate Aqueous Solution”, Proceeding of the 3rd International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology, ICAMN, ISBN: 978-604-95-0010-7, pp 283 -287 [49] S Christodoulou, G Vaccaro, V Pinchetti, F De Donato, J Q Grim, A Casu, A Genovese, G Vicidomini, A Diaspro, S Brovelli, L Manna and I Moreels (2015), Synthesis of highly luminescent wurtzite CdSe/CdS giant-shell nanocrystals using a fast continuous injection route, 3439-3447 [50] Salem, E Saion, N.M Al-Hada, A.H Shaari, H.M Kamari, N Soltani, S Radiman, (2016), “Formation of a colloidal CdSe and ZnSe quantum dots via a gamma radiolytic technique”, Applied Sciencies, p 278 [51] Ung Thi Dieu Thuy, Tran Thi Kim Chi, Vu Duc Chinh, Pham Thu Nga, Dinh Duy Khang, and Nguyen Quang Liem (2011), “Ứng dụng chấm lượng tử CdTe CdSe sản phẩm nông nghiệp”, báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ VII, Thành phố Hồ Chí Minh tháng 11-2011 [52] V pik, I Saaremets, L Medijainen, K Karelson, T Janson, S Timpmann, Effects of sodium citrate ingestion before exercise on endurance performance in well trained college runners, Br J Sports Med 2003; 37:485-489 doi:10.1136/bjsm.37.6.485 59 [53] Vu Thi Hong Hanh, Vu Duc Chinh, Khong Cat Cuong, Nguyen Thi Minh, Nguyen Xuan Nghia, Nguyen Van Hung and Pham Thu Nga (2010), “Investigation of the Fabrication and Optical Properties of “giant” CdSe/CdS/ZnS Multishell Quantum Dots, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lí chất rắn Toàn quốc lần thứ 6, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 210-214 [54] Vu Thi Kim Lien, Chu Viet Ha, Pham Thi Huong Nhai, Le Tien Ha, Tran Hong Nhung (2009), “Water soluble CdSe and CdSe/CdS nanocrystals: Synthesis and Optical properties”, International Symposium on Nano - Materials, Technology and Applications (NANOMATA 2009), The College of Technology, Vietnam National University, Hanoi, Vietnam, 15-17 October [55] Vu Thi Kim Lien, Chu Viet Ha, Pham Thi Huong Nhai, Le Tien Ha, and Tran Hong Nhung (2010), “Photoluminescence properties of water soluble CdSe/CdS Nanopcrystals”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6, 660 – 664 [56] W.Deng, J.S Yu, Y Pan (2006), Journal of Colloidand Interface Science 299, 225232 [57] Wang, Y.; Tang, Z.; Correa-Duarte, M A.; Pastoriza-Santos, I.; Giersig, M.; Kotov, N A.; Liz-Marzán, L M (2004) “Mechanism of Strong Luminescence Photoactivation of Citrate-Stabilized Water-Soluble Nanoparticles with CdSe Cores” J Phys Chem B, 108, 15461− 15469 [58] Wenwan Zhong (2009), Nanomaterials in fluorescence-based biosensing, Anal Bioanal Chem, 394, Springer:47–59 [59] Wise F., Nonlinear Optical Applicationsof Semiconductor Quantum Dots, Sienna College and Evident Technologies Present an online Seminar, Transforming Science to Nanotechnology Products, August 7th [60] Y Kayanuma (1988), “Quantum-size effects of interacting electrons and holes in semiconductor microcrystals with spherical shape,” Physical Review B, vol 38, no 14, pp 9797–9805 [61] Y Shirasaki, G J Supran, M G Bawendi and V Bulović (2013), Emergence of Colloidal Quantum-dot Light-emitting Technologies, Nat Photonics, 7, 13–23 60 [62] Ying Wang, Zhiyong Tang, Miguel A (2004), “Mechanism of Strong Luminescence Photoactivation of Citrate-Stabilized Water-Soluble Nanoparticles with CdSe Cores”, 108, 15461-15469 [63] Yuan Niu, Chaodan Pu, Runchen Lai, Renyang Meng, Wanzhen Lin, Haiyan Qin, Xiaogang Peng, (2017), One-pot/three-step synthesis of zinc-blende CdSe/CdS core/shell nanocrystals with thick shells, Nano Research, April, Volume 10, Issue 4, pp 1149–1162 [64] http://chem.sis.nlm.nih.gov/chemidplus/rn/68-04-2 [65] http://nanophotonica.net/technology [66] http://www.azoquantum.com/Article.aspx?ArticleID=26 [67] http://www.evidentech.com [68] http://www.nanosysinc.com/what-we-do/quantum-dots/ [69] https://www.google.com.vn/url?sa=i&source=images&cd=&ved=2ahUKEwjUor Oj6vjcAhXCv48KHejqAfwQjhx6BAgBEAM&url=http%3A%2F%2Fwww.jneur osci.org%2Fcontent%2F26%2F7%2F1893&psig=AOvVaw06gaf3zS9oqFrPh7i89 jQb&ust=1534757378374379 61 CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Chu Viet Ha, Ngo Van Hoang, Phung Van Vung, Dinh Thi Ha, Nguyen Thi Lan, Trinh Duc Thanh Giang, Le Thuy Linh, Tran Hong Nhung, Vu Thi Kim Lien, “Optical characterizations of ii-vi semiconductor nanoparticles prepared in citrate aqueous solution”, Advances in Optics Photonics Spectros- copy & Applications IX, 2016, ISSN: 1859-4271 Chu Anh Tuấn, Ngô Văn Hoàng, Trịnh Đức Thành Giang , Nguyễn Thị Lan , Đinh Thị Hà, Nguyễn Thị Thanh Xoan , Vũ Thị Thanh Hương , Lê Tiến Hà, Nguyễn Thị Lan Anh, Chu Việt Hà, Trần Hồng Nhung Vũ Thị Kim Liên, “Các hạt nano cdse/cds dung dịch nước: chế tạo đặc trưng quang học”, Kỷ yếu hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS, 2017, ISBN: 978604-95-0325-2 62 ... trình động học phát quang chúng Do chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu tính chất động học phát quang hạt nano bán dẫn CdSe môi trường nước II Mục tiêu nghiên cứu đề tài Chế tạo hạt nano. ..ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÔ VĂN HỒNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ ĐỘNG HỌC PHÁT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO BÁN DẪN CdSe TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ngành: Vật lý chất rắn Mã số:... dẫn 1.2.2 Các tính chất quang lý hạt nano bán dẫn 1.2.2.1 Phổ hấp thụ hạt nano bán dẫn 10 1.2.2.2 Phổ huỳnh quang hạt nano bán dẫn 11 1.2.3 Thời gian sống phát quang, hiệu