TIỂU LUẬN môn vật LIỆU mới ( nguyễn viết hải)

BỘ LAO ĐỘNG, THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI BỘ LAO ĐỘNG, THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH Tiểu luận kết thúc học phần: Tiểu luận kết thúc học phần: VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ MỚI VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ MỚI TRONG CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN (Mã số môn học EEMT-509) (Mã số môn học EEMT-509) TIỂU LUẬN MÔN HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC Tên đề tài tiểu luận Tên đề tài tiểu luận TÌM HIỂU VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ (ghi đầy đủ tên đề tài, cỡ chữ 16-18, chỉnh cho cân khung bìa) Người thực Mã học viên Người Lớp thực Mã họcviên viênHD Giảng Lớp Giảng viên HD : Nguyễn Viết Hải : ::Nguyễn A Cao họcVăn Kỹ thuật điện : : PGS TS Nguyễn Hồng Quảng : Cao học Kỹ thuật điện : PGS TS Nguyễn Hồng Quảng NGHỆ AN, THÁNG 12 NĂM 2017 NGHỆ AN, THÁNG 12 NĂM 2017 BỘ BỘLAO LAOĐỘNG, ĐỘNG,THƯƠNG THƯƠNGBINH BINHVÀ VÀXÃ XÃHỘI HỘI TRƯỜNG TRƯỜNGĐẠI ĐẠIHỌC HỌCSƯ SƯPHẠM PHẠMKỸ KỸTHUẬT THUẬTVINH VINH Tiểu Tiểu luận luận kết kết thúc thúc học học phần: phần: VẬT VẬTLIỆU LIỆUVÀ VÀCÔNG CÔNGNGHỆ NGHỆ MỚI MỚI TRONG TRONGCHẾ CHẾTẠO TẠOTHIẾT THIẾTBỊ BỊĐIỆN ĐIỆN (Mã (Mãsố sốmôn mônhọc họcEEMT-509) EEMT-509) TIỂU TIỂU LUẬN LUẬN MÔN MÔN HỌC HỌC Tên Tên đề đề tài tài tiểu tiểu luận luận (ghi đầy đủTÌM tên đề tài, cỡ 16-18,LƯỢNG chỉnh HIỂU VỀchữ CHẤM TỬsao cho cân khung bìa) Người Ngườithực thựchiện Mã Mãhọc họcviên viên Lớp Lớp Giảng Giảng viên viên HD HD ::Nguyễn NguyễnVăn ViếtA Hải :: ::Cao Caohọc họcKỹ Kỹthuật thuậtđiện điện :: PGS PGS.TS TS Nguyễn Nguyễn Hồng Hồng Quảng Quảng NGHỆ NGHỆAN, AN,THÁNG THÁNG12 12NĂM NĂM2017 2017 I ĐẶT VẤN ĐỀ Lí chọn đề tài: Chấm lượng tử tinh thể nano làm từ vật liệu chất bán dẫn mà kích thước đủ nhỏ để làm xuất đặc tính học lượng tử Cụ thể, exciton giới hạn ba chiều khơng gian Những tính chất điện tử vật liệu thể đặc tính trung gian khối lớn chất bán dẫn phân tử rời rạc Ta xếp tính chất chúng nằm vật liệu bán dẫn khối phân tử hay nguyên tử riêng biệt Trong vòng 20 năm gần đây, nghiên cứu mạnh mẽ chấm lượng tử tiến hành đạt tiến to lớn việc tổng hợp chấm lượng tử, việc hiểu biết tính chất quang điện chúng Các nano tinh thể chấm lượng tử bán dẫn hạt phát sáng bé kích thước nm Các hạt nghiên cứu cách mạnh mẽ phát triển cho ứng dụng đa dạng, ví dụ linh kiện chuyển đổi lượng mặt trời, linh kiện quang điện tử, detector siêu nhậy, linh kiện phát sáng QD-LED , ứng dụng y-sinh ảnh phân tử tế bào, cảm biến sinh học nano nano-biosensor) Có thể nói, thời đại chấm lượng tử có nhiều ứng dụng hứa hẹn bật chấm lượng tử lĩnh vực kể Đặc tính trội chấm lượng tử hiệu ứng giam giữ lượng tử kích thước giảm xuống cỡ nm Hiệu ứng dẫn đến việc hạt tải tích điện bị giam giữ mặt khơng gian, bên thể tích bé nano tinh thể Do hiệu ứng này, nhà khoa học sử dụng kích thước chấm lượng tử để thay đổi, khoảng rộng xác, lượng trạng thái điện tử gián đoạn dịch chuyển quang học Kết nhà khoa học thay đổi phát xạ ánh sáng từ hạt chấm lượng tử này, từ vùng phổ tử ngoại, nhìn thấy, hồng ngoại gần tới vùng phổ hồng ngoại Các hạt chấm lượng tử tạo nhiều tính chất quang nhân hạt tải carrier multiplication, đơn hạt nhấp nháy singleparticle blinking truyền tín hiệu phổ Đặc tính điện tử chấm lượng tử có liên quan chặt chẽ với kích thước hình dạng Ví dụ, khe hở lượng (band gap) chấm lượng tử mà xác định phạm vi tần số ánh sáng phát tỉ lệ nghịch với độ rộng Trong ứng dụng thuốc nhuộm huỳnh quang tần số ánh sáng phát tăng kích thước chấm lượng tử giảm Do đó, màu sắc ánh sáng phát thay đổi từ màu đỏ sang màu xanh kích thước chấm lượng tử làm nhỏ Điều cho phép trạng thái kích thích phát xạ chấm lượng tử điều chỉnh cao Vì kích thước chấm lượng tử thiết kế chế tạo nó, tính chất dẫn điện kiểm sốt cẩn thận Chấm lượng tử có nhiều kích cỡ khác nhau, chẳng hạn hư màng nano gradien đa lớp (Gradient multilayer nanofilm), tạo để thực loạt tính chất phát xạ mong muốn Khơng giống đơn phân tử khác, hạt chấm lượng tử chế tạo biến đổi bề mặt, để có tính chất hay chức cần thiết, cho ứng dụng khác Chính em chon đề tài “Tìm hiểu chấm lượng tử” Đây đề tài loại vật liệu mới, liên quan đến nhiều lĩnh vực, với nội dung giới hạn tiểu luận em tìm hiểu lịch sử đời, đặc điểm cấu trúc phạm vi ứng dụng chấm lượng tử Nội dung phương pháp nghiên cứu: Đọc tài liệu liên quan đến chấm lượng tử mạng internet Dự kiến kết thu thực đề tài Sau thực đề tài giúp em hiểu rõ đặc điểm cấu trúc phạm vi ứng dụng chấm lượng tử II NỘI DUNG ĐỀ TÀI Chương 1: Giới thiệu chung đề tài 1.1: Lịch sử đời phát triển chấm lượng tử - Chấm lượng tử đơn cử cho lĩnh vực vật liệu cấu trúc nano có tính vượt trội chế tạo từ tinh thể bán dẫn Chấm lượng tử phát vào năm 1981 Alexay Ekimov (nhà khoa học người Nga) phát chúng ma trận thuỷ tinh, sau Louis – E Brus phát chúng dung dịch keo năm 1985 - Năm 1988, giáo sư vật lý Mark A Reed (Đại học Yale) đặt tên cho tinh thể bé xíu “chấm lượng tử” (Quantum Dots) kích thước nhỏ khiến chúng chịu ảnh hưởng định luật lượng tử Nghĩa là, chấm lượng tử kích thước cấu trúc định mang đặc tính cụ thể, việc thêm bớt dù nguyên tử cấu trúc làm thay đổi tính chất chấm Như vậy, tính chất kích thước chấm lượng tử liên quan chặt chẽ với Đây chìa khóa mở ứng dụng tuyệt vời cho loại vật liệu nano - Năm 2005, Việt Nam bắt đầu nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học vật liệu phối hợp với Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam số chuyên gia từ Pháp, Nhật, Hàn Quốc thực có PGS.TS Phạm Thu Nga Cụ thể nhóm tạo chấm lượng tử CdSe (Cadimi selenua) kích cỡ 3,2-3,7nm CdS (Cadimi sulfua) với kích cỡ 2,63,2nm Theo PGS.TS Phạm Thu Nga, thành viên nhóm, để làm chấm này, họ dùng phương pháp hoá học nhằm phục vụ lĩnh vực y tế nơng nghiệp Phương pháp hố học công cụ mạnh, rẻ tiền để chế tạo chấm lượng tử có kích thước mong muốn Hình 1: Các lọ CLT Viện Khoa học Vật liệu chế tạo, dùng để đánh dấu tế bào ung thư phát thuốc trừ sâu nồng độ cực thấp Ảnh: Báo Điện tử Đại biểu Nhân dân - Năm 2009, nhóm tác giả Pan cộng công bố kết chế tạo chấm lượng tử CIZS nhiệt phân tiền chất Zn, Cu In có có mặt axit oleic, dodecanethiol điều chỉnh độ rộng vùng cấm CIZS phạm vi rộng bao gồm gần toàn vùng khả kiến cách thay đổi tỉ lệ Zn đưa vào CIS - Năm 2011, nhóm tác giả Wensheng Yang báo cáo kết chế tạo chấm lượng tử hợp chất CIZS phương pháp phun nóng dung mơi ODE đạt hiệu suất tới 70% mà khơng cần bọc vỏ - Năm 2012, nhóm Sakthi Kumar nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử CuAlS2 thử nghiệm làm chất đánh dấu huỳnh quang tế bào - Năm 2013, Bingbo Zhang cộng chế tạo chấm lượng tử CIZS sử dụng trực tiếp cho đánh dấu huỳnh quang chuột sống mà không cần xử lý bề mặt cách sử dụng phối tử ưa nước dung môi không phân cực polyethylene glycol để phát quang mạnh vùng phổ xanh lam (vào cỡ 420 – 480nm) - Năm 2013 nhà hóa học thuộc ĐH Vanderbilf (Mỹ) tình cờ phát cách làm cho chấm lượng tử phát ánh sáng trắng Với khám phá chấm lượng tử sử dụng để làm đi-ốt phát quang (Led) - Chấm lượng tử thương mại hóa sản phẩm sử dụng chúng dòng Sony XBR X900A TV hình phẳng tung vào năm 2013 - Năm 2014, Nguyễn T Minh Thuỷ chế tạo chấm lượng tử CIS phương pháp hoá nhiệt độ cao dung môi diesel phương pháp thuỷ nhiệt dung môi nước 1.2: Đặc điểm cấu trúc phạm vi ứng ứng dụng chấm lượng tử Thường cấu trúc chấm lượng tử cấu trúc lõi – vỏ Lớp vật liệu dùng làm vỏ lựa chọn thường phải có cấu trúc tinh thể tương tự với vật liệu lõi, có lượng vùng cấm lớn chấm lượng tử lõi Hạt tải chấm lượng tử lõi chịu giam giữ lượng tử lớp vỏ Ngồi lớp vỏ bọc có tác dụng thụ động hố liên kết hở bề mặt lõi tạo thành hàng rào giam giữ hạt tải điện lõi Chấm lượng tử có kích thước số lượng nguyên tử khác với vật liệu khối, dải lượng vật liệu khối gần liên tục số nguyên tử cấu thành lớn Tuy nhiên, ta thu hẹp kích thước hạt vật liệu khối đến kích thước nanomet số lượng nguyên tử đến giá trị từ 100 đến 10.000 nguyên tử dải lượng đặc trưng cho tính khối bị biến thay vào hình thành mức lượng riêng biệt vật chất tiến thứ nguyên nanomet Ta gọi lượng tử hố lượng khơng gian cực nhỏ Quang phổ cho đường phổ quang hẹp, riêng biệt Đó lý chấm lượng tử gọi nguyên tử nhân tạo Điểm quan trọng chấm lượng tử với kích thước hạt 30nm khác biệt lớn hấp thụ quang, lượng excition tái hợp cặp electron – lỗ trống Vì tính chất chấm lượng tử phụ thuộc vào yếu tố kích thước, hình dáng, độ tinh khiết hình thành tinh thể, nên cần phải có quản lý đầy đủ thích hợp suốt q trình tạo nên chấm lượng tử Sự phụ thuộc vào kích thước bắt nguồn từ hai yếu tố: (1) thay đổi tỷ lệ nguyên tử bề mặt so với tổng nguyên tử chấm, (2) hiệu ứng giam giữ lượng tử Ngoài ra, chấm lượng tử vật liệu phát xạ nhiều màu sắc khác ta thay đổi kích thước chúng Hình 2: Hình biểu diễn 16 màu sắc phát xạ từ nhỏ (xanh) đến lớn (đỏ) chấm lượng tử CdSe kích thích đèn tử ngoại gần; kích thước chấm lượng tử từ đến 10 nm, hình biểu diễn phổ phát quang vài chấm lượng tử CdSe 1.2.1 Kích thước mật độ trạng thái Một đặc tính chấm lượng tử giam giữ lượng tử, làm thay đổi mật độ trạng thái gần rìa dãy (band – edges) Biểu đồ mật độ trạng thái hàm lượng biểu diễn hình cho thấy chấm lượng tử nằm nguyên tử rời rạc vật liệu khối liên tục Hiệu ứng giam giữ lượng tử xảy kích thước đủ nhỏ để khoảng cách mức lượng nano tinh thể vượt giá trị kT (trong k số Boltzman, T nhiệt độ) Sự khác biệt lượng > kT hạn chế linh động electron lỗ trống tinh thể Trong số tính chất thể phụ thuộc vào kích thước chấm lượng tử, có tính chất đặc biệt quan trọng Thứ dịch chuyển xanh lượng vùng cấm (blue shift of band-gap energy) đường kính hạt nano nhỏ giá trị đặc biệt phụ thuộc vào loại bán dẫn Nó gọi hiệu ứng giam giữ Hiệu ứng tạo thay đổi giếng lượng (energy gap) kích thước chấm lượng tử Năng lượng vùng cấm phụ thuộc vào cấu tạo kích thước chất bán dẫn Tính chất quan trọng thứ hai quan sát trạng thái lượng tách biệt lượng nhỏ nguyên tử chấm lượng tử so với vật liệu khối Điều dẫn đến trạng thái lượng mức lượng biểu diễn theo hàm sóng giống nguyên tử Vì hàm Schrodinger chấm lượng tử giống với hàm sóng electron chuyển động quanh hạt nhân ( giải thích chấm lượng tử gọi nguyên tử nhân tạo) có đỉnh nhọn phát xạ giống nguyên tử Khoảng cách mức lượng phổ biến chấm lượng tử dao động từ 10 – 100 MeV Hình 3: Biểu đồ biểu diễn thay đổi mật độ trạng thái với thay đổi số lượng nguyên tử vật liệu (MO: molecular orbital; HOMO: highest occupied MO; LUMO: lowest unoccupied MO; AO: automic orbital) 1.2.2 Cấu trúc bề mặt Tỷ lệ nguyên tử bề mặt so với nguyên tử chấm lượng tử có liên quan đến kích thước chấm, kích thước chấm nhỏ tỉ lệ tăng Số nguyên tử bề mặt tỉ lệ nguyên tử bề mặt so với tổng số nguyên tử chấm xác định sau: nm = 4n 2/3 (1) với nm số nguyên tử bề mặt n tổng số nguyên tử chấm lượng tử f = nm r =4 n r (2) với ro bán kính nguyên tử r bán kính chấm lượng tử Từ biểu thức (2) cho thấy kích thước chấm giảm f tăng lên xấp sĩ gần lúc 100% nguyên tử bề mặt; kích thước chấm nhỏ 1nm có tập hợp vài chục ngun tử Khi kích thước chấm giảm hiệu ứng có liên quan đến nguyên tử bề mặt, trạng thái điện lượng tử liên quan đến bề mặt (gọi trạng thái bề mặt) có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất quang chấm lượng tử Ví dụ, khoảng 15% nguyên tử chấm lượng CdS nm bề mặt Tỷ lệ bề mặt tăng cường giảm tốc độ truyền hạt mang điện phát quang mật độ bề mặt cao Trạng thái bề mặt chấm lượng tử ảnh hưởng đến hấp thụ quang (kích thích thích quang phát quang – PLE), hiệu suất lượng tử, cường độ phát quang Nhìn chung, trạng thái bề mặt xuất từ liên kết sai hỏng (unsatisfied) bề mặt hồi phục bị ảnh hưởng thành phần hoá học (nonstoichiometry) lỗ hổng Năng lượng trạng thái bề mặt nằm vùng cấm chấm lượng tử Vì thế, chúng bẫy hạt mang điện (electron lỗ trống) hoạt động chất khử (electron) chất oxi hóa (lỗ trống) Các phản ứng điện hóa hoạt động bề mặt ảnh hưởng đặc biệt đến tính dẫn điện tính chất quang chấm lượng tử Sự thụ động hóa bề mặt chấm lượng tử giam giữ hạt tải bên lõi tăng cường tính chất quang chấm lượng tử Nhưng bề mặt thụ động hoạt động chất cách điện rào cản dẫn điện 1.2.3 Cấu trúc nhiều vỏ Chấm lượng tử hai vỏ nghiên cứu để tăng cường tính chất quang Sự khác biệt lệch mạng vùng cấm quan trọng tính chất lõi/vỏ chấm lượng tử Vùng cấm biên hấp thụ hoàn toàn (band offset) vật liệu lõi vỏ quan trọng chiếm đóng hạt tải điện từ lõi đến trạng thái bề mặt vỏ Trong trường hợp CdSe/CdS, lệch mạng nhỏ, biên hấp thụ hoàn toàn nhỏ Đối với chấm lượng tử CdSe/ZnS, lệch mạng lớn, biên hấp thụ hoàn toàn lớn Những điểm mạnh hai vật liệu vỏ tổng hợp chấm lượng tử có cấu trúc hai vỏ lõi/vỏ/vỏ CdSe/CdS/ZnS Trong cấu trúc nano hai vỏ, trạng thái căng mạng (lattice strain) bề mặt tiếp giáp bị giảm xuống biên hấp thụ hoàn toàn rộng Chương 2: Hiệu ứng chấm lượng tử 2.1: Hiệu ứng giam giữ lượng tử chất bán dẫn Trong chất bán dẫn tinh thể có đường kính nhỏ kích thước exciton Bohr bán kính, exciton ép, dẫn đến giam giữ lượng tử Các mức lượng sau mơ hình hóa cách sử dụng hạt hộp mơ hình lượng quốc gia khác phụ thuộc vào độ dài hộp Chấm lượng tử cho "chế độ giam điện tử yếu 'nếu bán kính vào thứ tự exciton Bohr bán kính; chấm lượng tử cho "chế độ giam mạnh mẽ 'nếu họ bán kính nhỏ bán kính Bohr exciton Nếu kích thước chấm lượng tử nhỏ đủ hiệu ứng lượng tử thống trị confinement (thông thường 10 nm), tính chất điện tử quang học đánh giá cao, tập trung nghiên cứu nhiều ứng dụng vào nhiều lĩnh vực Tách mức lượng cho chấm lượng tử nhỏ hiệu ứng giam giữ lượng tử Trục ngang bán kính, kích thước, chấm lượng tử b * bán kính Bohr Exciton Huỳnh quang xảy electron bị kích thích thư giãn với trạng thái kết hợp với lỗ Trong mơ hình đơn giản, lượng photon phát hiểu tổng số lượng khe hở mức độ bị chiếm đóng mức độ lượng trống, nguồn lượng giam lỗ electron bị kích thích, lượng ràng buộc exciton (cặp electron-lỗ trống): 2.1.1: Band gap energy Các khe hở trở nên lớn chế độ giam mạnh mà kích thước chấm lượng tử nhỏ bán kính Bohr Exciton b * mức lượng tách nơi mộtb bán kính Bohr=0.053 nm,m khối lượng, μ khối lượng giảm, εr số điện mơi kích thước phụ thuộc (Hằng số điện môi) Điều dẫn đến gia tăng tổng lượng phát thải (tổng mức lượng khoảng cách vùng nhỏ chế độ giam mạnh lớn so với mức lượng khoảng trống ban nhạc mức ban đầu chế độ giam yếu) khí thải bước sóng khác nhau; xác xảy ánh mặt trời, nơi hiệu ứng lượng tử giam hoàn toàn chiếm ưu mức lượng tách đến mức độ mà phổ lượng gần liên tục, phát ánh sáng trắng 2.1.2: Confinement energy Các thực thể exciton mơ hình hóa cách sử dụng hạt hộp Các electron lỗ xem hydrogen mơ hình Bohr với hạt nhân hydro thay lỗ điện tích dương khối lượng electron tiêu cực Sau đó, mức lượng exciton biểu diễn giải pháp cho hạt hộp tầng (n = 1) với khối lượng thay trọng lượng giảm Vì vậy, cách thay đổi kích thước chấm lượng tử, lượng giam exciton kiểm sốt 2.1.3: Bound exciton energy Có thu hút Coulomb electron mang điện tích âm lỗ mang điện tích dương Năng lượng tiêu cực liên quan đến việc thu hút tỉ lệ với lượng Rydberg tỉ lệ nghịch với bình phương số điện mơi kích thước phụ thuộc vào chất bán dẫn Khi kích thước tinh thể bán dẫn nhỏ bán kính Exciton Bohr, tương tác Coulomb phải sửa đổi để phù hợp với tình hình Do đó, tổng nguồn lượng biểu diễn là: nơi μ khối lượng giảm, bán kính me khối lượng electron tự do, mh khối lượng lỗ, vàεr số điện môi kích thước phụ thuộc Mặc dù phương trình rút cách sử dụng giả định đơn giản hóa, tác động rõ ràng; lượng chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước chúng ảnh hưởng confinement lượng tử, chiếm ưu kích thước quan trọng dẫn đến thay đổi tính chất quang học Hiệu ứng giam giữ lượng tử chấm lượng tử thực nghiệm kiểm chứng tính chủ yếu nhiều cấu trúc điện tử đại Bên cạnh giam ba chiều (tức là, chấm lượng tử), chất bán dẫn lượng tử giới hạn khác bao gồm: - Dây lượng tử, giới hạn điện tử lỗ hai chiều khơng gian cho phép tun truyền miễn phí phần ba - Giếng lượng tử, giới hạn điện tử lỗ chiều cho phép tuyên truyền tự không gian hai chiều 2.2 Mơ hình xấp xỉ khối lượng (EMA) Mơ hình sử rộng rãi để dự đốn giam giữ lượng tử Mơ hình giả định hạt giếng với hàng rào vô hạn biên hạt Mối quan hệ lượng (E) vector sóng (k) cho biểu thức sau: E= h2 k (4) m* Trong mơ hình này, mối quan hệ giả định để giữ electron hay lỗ trống chất bán dẫn, dãy lượng có dạng parabol gần biên vùng (band-edge) Độ biến thiên lượng ∆Eg giam giữ exciton chấm lượng tử có bán kính R biểu diễn công thức sau: h2π 1,8e2 h2π  1  1, 78e * ∆Eg = − = + − 0, 248 ERy (5) ÷− 2  2µ R εR R  me mh  εR Trong µ khối lượng rút gọn (reduced mass) cặp electron-lỗ trống E*Ry lượng Rydberg Phần phương trình (5) biểu diễn mối quan hệ lượng giam giữ hạt giếng hay lượng giam giữ với bán kính chấm lượng tử (R), phần thứ hai thể lượng tương tác Coulomb phụ thuộc R-1 Năng lượng Rydberg độc lập với kích thước thường không đáng kể, ngoại trừ chất bán dẫn có số điện mơi nhỏ Theo cơng thức (5), chuyển tiếp exciton tăng bán kính chấm lượng tử giảm Tuy nhiên, mơ hình xấp xỉ khối lượng khơng thích hợp với chấm lượng tử kích thước nhỏ mối liên hệ E-k khơng xấp xỉ parabol 2.3 Tính chất phát quang Sau bị kích thích lượng bên ngồi, ví dụ photon cho tượng quang phát quang, trường điện cho điện phát quang, electron lỗ trống có lượng cao chuyển lượng electron từ trạng thái sang trạng thái kích thích Những lượng có liên quan với hấp thụ quang xác định trực tiếp cấu trúc điện vật liệu Electron lỗ trống kích thích hình thành exciton Electron kết hợp lại với lỗ trống trở trạng thái lượng thấp hơn, cuối đạt trạng thái Năng lượng phát từ tái hợp hồi phục dạng phát xạ (phát photon) không phát xạ (phát phonon electron Auger) 2.4: Một số ứng dụng chấm lượng tử 2.4.1 LED chấm lượng tử Những Led hệ cũ làm chất bán dẫn truyền thống có nhiều hạn chế việc phát sáng khó điều chỉnh bước sóng mà vật liệu bán dẫn phát Còn chấm lượng tử điều chỉnh để phát bước sóng nằm vùng khả kiến hồng ngoại Những khả điện phát quang độc chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước chấm từ đến 10 nm Tại kích thước này, học lượng tử cho phép vật liệu bán dẫn có đặc điểm mới, kích thước nhỏ mang lại tính linh hoạt lạ thường hình dạng, cho phép chấm hoạt động dễ dàng chất nền, tấm, màng, dung dịch, keo, mực Và đặc biệt ta điều khiển kích thước chấm điều khiển màu sắc chúng Định hình trước kích thước chấm cố định bước sóng photon phát có màu sắc thích hợp, chí màu sắc khơng xuất cách ngẫu nhiên Đặc biệt chấm phát ánh sáng trắng chuẩn nhờ trộn lẫn chấm phát ánh sáng đỏ, xanh xanh dương Hình 5: Đèn phát huỳnh quang màu xanh (trái) màu trắng (phải) chế tạo Sandia National Laboratories (Mỹ) (Nguồn: http://www.physlink.com/News/071403QuantumDotLED.cfm) 2.4.2 Đánh dấu sinh học Chấm lượng tử thực chất tinh thể bán dẫn có đường kích vài nanomet Cùng loại vật liệu chấm lượng tử có kích thước khác phát xạ màu khác ánh sáng hồng ngoại tử ngoại Lợi dụng tính chất này, nhiều nước giới sử dụng chấm lượng tử để đánh dấu hàng hoá, chứng từ tiền giấy nhằm chống làm giả, tiêm chấm lượng tử vào thể động vật để quan sát, chụp ảnh quan, tế bào Ngoài ra, chấm lượng tử có tiềm sử dụng để dò ung thư, đưa thuốc tới tế bào ung thư Cảm biến huỳnh quang học điều trị ung thư, ứng dụng ưu việt chấm lượng tử quan tâm lĩnh vực y tế Kích thước nhỏ giúp tinh thể lưu thông khắp nơi thể phát sáng tác dụng tia cực tím Nhờ chun gia quan sát q trình hấp thụ vật chất da nội tạng; nghiên cứu tích tụ hóa chất có sản phẩm thương mại bao bì, mỹ phẩm, thực phẩm … lên thể sống So với thuốc nhuộm hữu sử dụng ứng dụng y sinh tại, cảm biến chấm lượng tử cho hiệu vượt trội phát sáng tốt hơn, lâu nhiều màu sắc Dựa nghiên cứu thiết kế chấm lượng tử mang thuốc chống ung thư với liều xác tác động vào tế bào cụ thể, làm giảm tác dụng phụ khơng mong muốn phương pháp hóa trị truyền thống Hình 6: Chuột tiêm CLT phát sáng ánh đèn tia cực tím Ảnh: Warren Chan 2.4.3 Đóng ngắt quang học Chấm lượng tử vật liệu để sản xuất công tắc quang học Một chấm lượng tử đơn hoạt động đơn vị điện tử siêu nhỏ, chẳng hạn bóng bán dẫn, để hình thành nên sở thiết bị điện tử cỡ nano Với kích cỡ 1- 6nm, hàng tỷ chấm lượng tử nằm gọn đầu đinh ghim 2.4.4 Máy tính lượng tử dùng chấm lượng tử Chấm lượng tử mang đến đột phá công nghệ cho hệ hình ti vi, máy tính, điện thoại di động Các hình hệ trước LCD, màu sắc bị giới hạn hình ảnh chiếu sáng nhờ đèn Nhưng cơng nghệ chấm lượng tử ánh sáng chiếu qua màng mỏng tinh thể nano điều chỉnh bước sóng phát ra, màu sắc tạo phong phú, độ phân giải vượt trội Sony thương hiệu thương mại hoá công nghệ chấm lượng tử sản phẩm ti vi máy tính xách tay vào năm 2013 Sau năm, Apple ứng dụng công nghệ chấm lượng tử cơng ty Nanosys hình iphone, việc sử dụng chấm lượng tử bán dẫn cách mạng hoá cơng nghệ hình cảm ứng Bên cạnh đó, năm 2015 số nhãn hiệu Samsung, LG, TCL chạy đua công nghệ sử dụng chấm lượng tử cho dòng sản phẩm ti vi LCD 2.4.5: Thiết bị quang điện Các chấm lượng tử làm tăng hiệu giảm chi phí silicon điển hình tế bào quang điện Theo chứng thực nghiệm từ năm 2004, chấm lượng tử selenua chì sản xuất nhiều exciton từ photon lượng cao thông qua trình nhân chuyên chở hay nhiều hệ exciton (MEG) Điều cao so với tế bào quang điện ngày mà quản lý exciton photon lượng cao, với hãng lượng động học cao lượng họ nhiệt Chấm lượng tử quang điện theo lý thuyết có giá rẻ để sản xuất, chúng thực "sử dụng phản ứng hóa học đơn giản." 1.5.6: Photodetector devices Quantum dot tách sóng quang (QDPs) chế tạo thông qua giải pháp xử lý từ chất bán dẫn đơn tinh thể thông thường QDPs đơn tinh thể bán dẫn thường loại trừ từ tích hợp với thiết bị điện tử hữu linh hoạt khơng tương thích họ tăng trưởng điều kiện với cửa sổ trình theo yêu cầu chất bán dẫn hữu Mặt khác, QDPs giải pháp xử lý dễ dàng tích hợp với loạt gần vô hạn chất nền, xử lý sau mạch tích hợp khác Như keo QDPs có tiềm ứng dụng giám sát, thị giác máy, kiểm tra công nghiệp, quang phổ, hình ảnh y sinh học huỳnh quang 1.5.6: Ứng dụng hệ thoongs điện Nanomotor Nanomotor inside of a Patch Clamp head 2.5: Kết luận Ngày với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật, nhằm đáp ứng cho nhu cầu ngày đa dạng mặt người tạo loại vật liệu tiên tiến, thơng minh Trong chấm lượng tử xem vật liệu đặc biệt chế tạo từ vật liệu bán dẫn, kim loại polymer Nhờ tính chất quan trọng chấm lượng tử mà có nhiều ứng dụng thực tế Việc nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử lĩnh vực nóng mà nhà khoa học nước nước quan tâm nhằm đưa ứng dụng hữu ích nâng cao giá trị sống 1 III TÀI LIỆU THAM KHẢO https://vi.wikipedia.org/wiki/Chấm_lượng_tử Chấm lượng tử ứng dụng kỹ thuật & công nghệ Tác giả: (Nguyễn Thị Huỳnh Nga) TPHCM ngày 21-11-2016 Trên website http://.violet.vn Vũ Đức Chinh Nghiên cứu chế tạo tính chất quang chấm lượng tử CdSe với cấu trúc lõi/vỏ định hướng ứng dụng, luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Hà Nội ngày 11- 6-2013, website luanvan.net.vn Chu Việt Hà Đtg, Ứng dụng đánh dấu sinh học chấm lượng tử bán dẫn, tạp chí Khoa học công nghệ, 99(11): 151 – 159 Nguyễn Thị Minh Thuỷ, Nghiên cứu chế tạo tính chất quang chấm lượng tử bán dẫn hợp chất ba nguyên tố I – III – VI (CuInS2), luận án tiến sĩ, Hà nội, 2014 ... THUẬTVINH VINH Tiểu Tiểu luận luận kết kết thúc thúc học học phần: phần: VẬT VẬTLIỆU LIỆUVÀ VÀCÔNG CÔNGNGHỆ NGHỆ MỚI MỚI TRONG TRONGCHẾ CHẾTẠO TẠOTHIẾT THIẾTBỊ BỊĐIỆN ĐIỆN (Mã (Mãsố s môn mônhọc họcEEMT-509)... BỊĐIỆN ĐIỆN (Mã (Mãsố s môn mônhọc họcEEMT-509) EEMT-509) TIỂU TIỂU LUẬN LUẬN MÔN MÔN HỌC HỌC Tên Tên đề đề tài tài tiểu tiểu luận luận (ghi đầy đủTÌM tên đề tài, cỡ 16-18,LƯỢNG chỉnh HIỂU VỀchữ... kích thước số lượng ngun tử khác với vật liệu khối, dải lượng vật liệu khối gần liên tục số nguyên tử cấu thành lớn Tuy nhiên, ta thu hẹp kích thước hạt vật liệu khối đến kích thước nanomet số