Nghiên cứu, chế tạo ZnSMn từ axit thioglycolic, axetat zn, mn bằng phương pháp thủy nhiệt và khảo sát phổ phát quang của chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  - TRƯƠNG THỊ LUYẾN NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ZnS:Mn TỪ AXIT THIOGLYCOLIC, AXETAT Zn, Mn BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT VÀ KHẢO SÁT PHỔ PHÁT QUANG CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI- 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  - TRƯƠNG THỊ LUYẾN NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ZnS:Mn TỪ AXIT THIOGLYCOLIC, AXETAT Zn, Mn BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT VÀ KHẢO SÁT PHỔ PHÁT QUANG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Văn Bền HÀ NỘI- 2011 Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ZnS VÀ ZnS:Mn 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnS 1.1.1 Cấu trúc mạng tinh thể lập phương sphalerite hay zinblende 1.1.2 Cấu trúc mạng tinh thể lục giác hay wurzite 1.1.3 Ảnh hưởng Mn lên cấu trúc tinh thể số mạng tinh thể ZnS 1.2 Cấu trúc vùng lượng tinh thể ZnS 1.2.1 Sơ đồ vùng lượng ZnS 1.2.2 Ảnh hưởng Mn lên cấu trúc vùng lượng độ rộng vùng cấm ZnS 10 1.3 Các chế hấp thụ tinh thể 13 1.4 Các chế phát quang tinh thể 15 1.5 Phổ hấp thụ ZnS ZnS:Mn 17 1.5.1 Phổ hấp thụ ZnS 17 1.5.2 Phổ hấp thụ ZnS:Mn 18 1.6 Phổ kích thích phổ phát quang ZnS ZnS:Mn 18 1.6.1 Phổ phát quang ZnS 18 1.6.2 Phổ kích thích phổ phát quang ZnS:Mn 20 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO ZnS:Mn VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 21 2.1 Một số phương pháp chế tạo ZnS:Mn 21 2.1.1 Phương pháp sol-gel 22 2.1.2 Phương pháp phún xạ cathode 23 2.1.3 Phương pháp gốm 24 Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ 2.1.4 Phương pháp đồng kết tủa 24 2.1.5.Phương pháp thủy nhiệt 26 2.2.Thiết bị thực nghiệm 28 2.2.1 Hệ chế tạo mẫu 28 2.2.2 Hệ đo phổ X-Ray 33 2.2.3 Nguồn kích thích phổ phát quang 34 2.2.4 Hệ thu phổ kích thích phổ phát quang 36 2.2.5 Hệ thu phổ phát quang máy quang phổ cách tử đa kênh MS-257 dùng kỹ thuật CCD 37 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN 40 3.1.Quy trình chế tạo bột nano ZnS:Mn phương pháp thủy nhiệt .40 3.2 Tính chất cấu trúc hình thái bề mặt bột nano ZnS:Mn .43 3.2.1 Giản đồ nhiễu xạ XRD bột nano ZnS:Mn .43 3.2.2 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) bột nano ZnS:Mn 46 3.2.3 Phổ tán sắc lượng bột nano ZnS:Mn 47 3.3 Tính chất quang bột nano ZnS:Mn 49 3.3.1 Phổ phát quang bột nano ZnS:Mn 49 3.3.2 Phổ kích thích phát quang bột nano ZnS:Mn 53 3.3.3 Phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn 54 3.4 Thảo luận kết 61 3.4.1 Bản chất đám phát quang xanh lam bột nano ZnS 61 3.4.2 Bản chất đám phát quang ZnS:Mn 62 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, vật liệu nano quan tâm tính chất độc đáo khả ứng dụng xúc tác, thiết bị quang điện tử, v.v ZnS bán dẫn vùng cấm rộng, chuyển mức thẳng, có hiệu suất phát quang lớn Đặc biệt, vật liệu nano ZnS pha tạp dự báo cải thiện đặc tính quang hiệu suất phát quang, thời gian phát quang…Các đặc tính quan trọng định khả ứng dụng thiết bị quang điện tử: hình màu, ống tia âm cực (CRT), đèn huỳnh quang, máy dò tia X, điốt phát quang (LED), vật liệu laser… spintronics [13] Có nhiều cơng trình nghiên cứu ZnS pha tạp kim loại chuyển tiếp 2+ 2+ 2+ 2+ 3+ 3+ 2+ đất Cu , Mn , Co , Eu , Sm , Tb …hoặc đồng pha tạp Pb 2+ 2+ 3+ 2+ 3+ Cu , Mn -Eu , Cu -Er …đã cơng bố [3,4] Các ion pha tạp đóng vai trò tâm tái hợp xạ với cặp điện tử - lỗ trống bị kích thích ZnS dẫn đến phát quang đặc trưng cho ion với cường độ lớn Cấu trúc tinh thể vật liệu định tính chất vật lý hóa học Sự điều khiển cấu trúc kích thước tinh thể nano có ý nghĩa quan trọng Vì vậy, phương pháp chế tạo địi hỏi phải có tính ổn định cao Xuất phát từ yêu cầu thực tế cần chế tạo hợp chất phát quang ZnS:Mn với chất lượng tốt, độ ổn định cao, cường độ phát quang mạnh thời gian phát quang kéo dài đã: Nghiên cứu, chế tạo ZnS:Mn từ axit thioglycolic, axetat Zn, Mn phƣơng pháp thủy nhiệt khảo sát phổ phát quang chúng Chúng tơi lựa chọn phương pháp thủy nhiệt tính đơn giản ổn định phương pháp Ngồi lời mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục luận văn gồm ba chương: - Chƣơng 1: Tổng quan ZnS:Mn - Chƣơng 2: Một số phƣơng pháp chế tạo ZnS, ZnS:Mn thiết bị thực nghiệm - Chƣơng 3: Kết thực nghiệm biện luận Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ZnS VÀ ZnS:Mn 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnS ZnS hợp chất bán dẫn thuộc nhóm A B có độ rộng vùng cấm tương đối rộng (Eg = 3.68 eV 300 K) mẫu khối [1], 3.7 đến 3.9 mẫu nano, thích hợp cho việc đưa chất kích hoạt vào để tạo bột huỳnh quang với xạ vùng nhìn thấy vùng hồng ngoại gần Trong ZnS nguyên tử Zn S liên kết dạng hỗn hợp: ion (77%) cộng hoá trị (23%) Trong liên kết ion ion Zn 2+ 10 có cấu hình điện tử lớp ngồi 3s p d 2- S có cấu hình điện tử lớp 2s p Trong liên kết cộng hố trị, phải đóng góp chung điện tử 2- nên nguyên tử Zn trở thành Zn có cấu hình điện tử: 4s p S trở thành S 2+ có cấu hình : 3s p [2] Các nguyên tử Zn S liên kết với theo cấu trúc tuần hồn, tạo thành tinh thể Tinh thể ZnS có hai cấu hình mạng tinh thể lập phương sphalerite (hay zinblende) mạng tinh thể lục giác (hay wurtzite) Tuỳ thuộc vào nhiệt độ nung mà ta thu ZnS có cấu hình sphalerite hay wurtzite Ở nhiệt độ 0 nung từ 950 C ta có ZnS dạng sphalerite, nhiệt độ từ 950 C đến 0 1020 C có khoảng 70% ZnS dạng wurtzite Nhiệt độ từ 1020 C đến 0 1200 C ZnS hồn tồn dạng wurtzite Người ta gọi nhiệt độ 1020 C nhiệt chuyển pha cấu hình mạng tinh thể ZnS nhiệt độ chuyển pha từ hai cấu trúc sphalerite wurtzite xảy [3] Nhưng ta xác định khoảng nhiệt độ ổn định cho dạng cấu hình cụ thể tinh thể Dù dạng cấu trúc sphalerite hay wurtzite nguyên tử Zn (hoặc S) nằm tâm tứ diện tạo nguyên tử S (hoặc Zn) Cấu trúc vi mô có ý nghĩa quan trọng việc nghiên cứu tính chất quang tâm 1.1.1 Cấu trúc mạng tinh thể lập phương sphalerite hay zinblende Cấu trúc dạng lập phương xác định sở quy luật xếp cầu hình lập phương với đỉnh nguyên tử B (S) ký hiệu (Zn) ký hiệu Các nguyên tử A định hướng song song với [5] (hình 1.1) Bộ mơn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ Hình 1.1: Cấu trúc sphalerite tinh thể ZnS [5] Nhóm đối xứng khơng gian sphalerite Td2 F 43m Ở cấu trúc sphalerite, mạng ngun tố có phân tử A B (ZnS) Mỗi nguyên tử A (Zn) bao quanh nguyên tử B (S) đặt đỉnh tứ diện khoảng cách a , a số mạng (a = 5.400 A0) Ngoài nguyên tố thuộc loại bao quanh 12 nguyên tử loại khoảng a cách 2 , nguyên tử đặt lục giác nằm mặt phẳng, nguyên tử lại tạo thành phản lăng kính tam giác Nếu đặt nguyên tử nguyên tố B (S) nút mạng lập phương, tâm mạng có toạ độ cầu (0,0,0) nguyên tử nguyên tố nút mạng tinh thể sphalerite 1 với nút mạng đầu có tọa độ  4 Bộ mơn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ + Có nguyên tử B (S) vị trí :  (0,0,0); 1,  + Có nguyên tử A (Zn) vị trí: 1  , 4 1.1.2 Cấu trúc mạng tinh thể lục giác hay wurzite Khi tứ diện cạnh định hướng cho đáy tam giác song song với tạo thành tinh thể có cấu trúc lục giác hay wurtzire (hình 1.2) Cấu trúc dạng wurtzire xây dựng quy luật xếp cầu theo hình cạnh nguyên tử B (S) ký hiệu nguyên tử A (Zn) ký hiệu nửa số hỗng mặt chứa định hướng song song với [5] Hình 1.2: Cấu trúc wurtzire tinh thể ZnS [5] Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ Nhóm đối xứng khơng gian cấu trúc lục giác C64v − p63 mc Ở cấu trúc wurtzite, mạng nguyên tố chứa phân tử A B (ZnS) Tọa độ nguyên tử A bao quanh nguyên tử B đặt đỉnh tứ diện khoảng 2 1/2 cách [a /3+c (u-1/2) ] , a số mạng, u số mạng dọc trục z Ngoài loại bao bọc 12 nguyên tử loại đó, có nguyên tử đỉnh lục giác nằm mặt phẳng với nguyên tử ban đầu cách khoảng a, nguyên tử đỉnh mặt lăng trụ có đáy 2 tam diện khoảng cách [a /3+c /4] 1/2 Các tọa độ nguyên tử A (Zn) (0,0,0); (1/3,2/3,1/2) tọa độ nguyên tố B (S) (0,0,4); (1/3,2/3,1/2+u) Bảng 1.1 : Các thông số mạng tinh thể số hợp chất thuộc nhóm A B [5] Hợp chất ZnS ZnO CdS CdTe ZnSe Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ Hình 3.16 phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn (CMn = 15 mol%) 300 K thủy nhiệt 20h với nhiệt độ thủy nhiệt khác Khi tăng nhiệt độ thủy nhiệt o o từ 130 C đến 220 C, phổ hấp thụ, chủ yếu xuất đám đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùng-vùng với bước sóng tương ứng từ 296 nm đến 327nm Hình 3.17 phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn (C Mn=15mol%) 300K o thủy nhiệt 220 C với thời gian thủy nhiệt khác Khi tăng thời gian thủy nhiệt từ h đến 20 h, đám đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùng-vùng có vị trí khơng đổi khoảng 324 nm Hình 3.17: Phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn (CMn = 15 mol%) 300 K thủy o nhiệt 220 C với thời gian thủy nhiệt khác Vì ZnS bán dẫn vùng cấm rộng, có chuyển mức thẳng nên hệ số hấp thụ α lượng photon hấp thụ biểu diễn công thức [9]: K (hv − E α= hv Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Lu ến y Luận văn Thạc sĩ đó: K số Eg lượng vùng cấm Từ đó=(− suy :hEg Kv) ( 0) Từ công thức (3.10), biểu diễn phụ thuộc (αhv) theo hv ta xác định độ rộng vùng cấm bột nano ZnS ZnS:Mn cách ngoại suy đường thẳng cắt trục lượng hv, điểm cắt độ rộng vùng cấm Eg (hình 3.18, 3.19 hình 3.20) theo Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ Hình 3.19: Sự phụ thuộc (αhv) theo lượng bột nano ZnS:Mn (CMn=15mol%) thủy nhiệt 20 h với nhiệt độ thủy nhiệt khác Hình 3.20: Sự phụ thuộc (αhv) theo lượng bột nano o ZnS:Mn (CMn = 15 mol%) thủy nhiệt 220 C với thời gian thủy nhiệt khác Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ Độ rộng vùng cấm xác định cho bảng 3.11 Bảng 3.7 Độ rộng vùng cấm bột nano ZnS: Mn 300K ứng với nồng độ Mn, nhiệt độ thời gian thủy nhiệt khác Nồng độ Mn (mol%) 10 15 20 15 o Từ bảng 3.7, thấy, thủy nhiệt 220 C 20 h, tăng nồng độ Mn từ đến 20 mol%, độ rộng vùng cấm giảm đạt cực tiểu C Mn = mol%, sau độ rộng vùng cấm tăng Nguyên nhân tượng tương tác trao đổi s-d điện tử 3d ion Mn 2+ điện tử dẫn Điều chứng 2+ tỏ ion Mn khuếch tán vào mạng tinh thể ZnS, thay ion Zn nút khuyết chúng o 2+ o + Thủy nhiệt 20h, tăng nhiệt độ thủy nhiệt từ 130 C đến 220 C, phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn (C Mn = 15 mol%), độ rộng vùng cấm giảm từ 3.898 eV 3.390 eV o + Thủy nhiệt 220 C, tăng thời gian thủy nhiệt từ h đến 20 h, phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn (C Mn = 15 mol%), độ rộng vùng cấm giảm nhẹ từ 3.534 eV 3.390 eV Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm theo nồng độ Mn, nhiệt độ thời gian thủy nhiệt thể hình 3.21, 3.22, 3.23 Hình 3.21 Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm bột nano ZnS o ZnS:Mn thủy nhiệt 220 C 20 h theo nồng độ nồng độ Mn Hình 3.22: Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm bột nano ZnS:Mn (CMn = 15 mol%) thủy nhiệt 20h theo nhiệt độ thủy nhiệt Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ Hình 3.23: Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm bột nano ZnS:Mn o (CMn = 15 mol%) thủy nhiệt 220 C theo thời gian thủy nhiệt 3.4 Thảo luận kết 3.4.1 Bản chất đám phát quang xanh lam bột nano ZnS * Từ phổ phát quang bột nano ZnS thấy: + Trong phổ xuất đám xanh lam có cường độ độ rộng lớn với cực đại khoảng 450 nm, sườn bên phải thoải so với sườn bên trái Điều chứng tỏ đám phát quang chồng chất số đám phát quang ứng với chế tái hợp xạ khác + Khi pha tạp Mn vào ZnS với nồng độ tăng dần, đám phát quang 450 nm có cường độ giảm dần Điều chứng tỏ ion Mn 2+ thay ion Zn 2+ nút khuyết chúng Với kết dựa vào số tài liệu tham khảo xem rằng: đám xanh lam 450 nm phải đặc trưng cho nút khuyết Zn, S nguyên tử Zn, S nằm điền kẽ nút mạng tinh thể ZnS Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ 3.4.2 Bản chất đám phát quang ZnS:Mn * Từ phổ phát quang bột nano ZnS:Mn ta thấy: o + Ở điều kiện thủy nhiệt: 220 C, 20h, tăng nồng độ Mn từ 0.25 mol% đến 20 mol%, cường độ đám da cam- vàng 585 nm tăng đạt cực đại CMn=15 mol% sau cường độ giảm vị trí đám không thay đổi Điều chứng tỏ đám 585 nm phải đặc trưng cho chuyển dời xạ electron lớp vỏ điện tử 3d chưa lấp đầy ion Mn 4 ZnS [ T1( G) 6 2+ tinh thể A1( S)] + Ở nồng độ CMn=15 mol% thời gian thủy nhiệt 20 h, tăng nhiệt độ o o thủy nhiệt từ 130 C đến 220 C cường độ đám xanh lam 453 nm giảm dần, cường độ đám da cam-vàng 590 tăng dần o + Ở nồng độ CMn=15 mol% nhiệt độ thủy nhiệt 220 C, tăng thời gian thủy nhiệt từ 3h đến 20h cường độ đám xanh lam 453 nm giảm dần, cường độ đám da cam-vàng 590 tăng dần + Đối với bột nano ZnS:Mn với nồng độ C Mn=1mol%, mol%, 15 mol% o thủy nhiệt 220 C 20h, phổ kích thích phát quang ngồi đám hấp thụ có cường độ lớn khoảng 336 nm đến 348 nm đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùngvùng cịn xuất đám có cường độ yếu 390, 432, 465, 484, 496 nm, đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ điện tử từ trạng thái 6 4 4 4 4 A1( S) đến trạng thái điện tử kích thích E( D); T2( D); A1( G); E1( G); T2( G) tương ứng ion Mn 2+ trường tinh thể ZnS * Từ phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn cho thấy: o + Thủy nhiệt 220 C 20 h, tăng nồng độ Mn từ đến 20 mol%, phổ hấp thụ chủ yếu xuất đám khoảng 320 nm đến 324 nm đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùng-vùng Từ phổ hấp thụ cho thấy, tăng nồng độ Mn khoảng độ rộng vùng cấm giảm đạt cực tiểu C Mn=5 mol%, sau độ rộng vùng cấm tăng Nguyên nhân tượng tương tác Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ trao đổi s-d điện tử 3d ion Mn 2+ điện tử dẫn Điều chứng 2+ tỏ ion Mn khuếch tán vào mạng tinh thể ZnS, thay ion Zn nút khuyết chúng 2+ o o + Thủy nhiệt 20 h, tăng nhiệt độ thủy nhiệt từ 130 C đến 220 C, phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn (C Mn = 15 mol%), chủ yếu xuất đám đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùng-vùng với bước sóng tương ứng từ 296 nm đến 327 nm Từ phổ hấp thụ cho thấy, tăng nhiệt độ Mn khoảng độ rộng vùng cấm giảm từ 3.898 eV cịn 3.390 eV o + Thủy nhiệt 220 C, tăng thời gian thủy nhiệt từ h đến 20 h, phổ hấp thụ bột nano ZnS:Mn (CMn = 15 mol%), đám đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùng-vùng có vị trí khơng đổi khoảng 324 nm Từ phổ hấp thụ cho thấy, tăng thời gian thủy nhiệt khoảng độ rộng vùng cấm giảm nhẹ từ 3.534 eV 3.390 eV * Dựa vào đặc điểm so sánh với tài liệu tham khảo, xem chế phát quang chế hấp thụ bột nano ZnS:Mn sau: Hình 3.24: Sơ đồ mức lượng dịch chuyển xạ ZnS:Mn Bộ mơn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ + Đám da cam-vàng đặc trưng cho chuyển dời xạ điện tử lớp vỏ điện tử 3d chưa lấp đầy ion Mn 2+ 4 6 [ T1( G) - A1( S)] trường tinh thể ZnS Sơ đồ mức lượng dịch chuyển xạ bột nano ZnS:Mn cho hình 3.24 + Các đám hấp thụ phổ kích thích phát quang có cường độ lớn khoảng 336 nm đến 348 nm đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùng-vùng, cịn xuất đám có cường độ yếu 390, 432, 465, 484, 496 nm, đặc trưng 6 cho chuyển dời hấp thụ điện tử từ trạng thái A1( S) đến trạng 4 4 4 4 4 thái điện tử kích thích E( D); T2( D); A1( G); E1( G); T2( G) tương ứng ion Mn 2+ trường tinh thể ZnS Sơ đồ dịch chuyển hấp thụ bột nano ZnS:Mn dẫn hình 3.25 Hình 3.25: Sơ đồ dịch chuyển hấp thụ bột nano ZnS:Mn Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ KẾT LUẬN Thực đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu, chế tạo ZnS:Mn từ axit thioglycolic, axetat Zn, Mn phƣơng pháp thủy nhiệt khảo sát phổ phát quang chúng”, thu số kết sau : Thu thập tài liệu cấu trúc tinh thể, tính chất quang: phổ hấp thụ, phổ phát quang, phổ kích thích phát quang quy trình chế tạo vật liệu ZnS:Mn số phương pháp khác nhau, đặc biệt phương pháp thủy nhiệt Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo bột nano ZnS:Mn phương pháp thủy nhiệt với nồng độ Mn thay đổi khoảng rộng từ 0.25 mol% đến 20 mol% với diện axit thioglycolic Khảo sát số tính chất cấu trúc bột nano ZnS:Mn thông qua phổ X-ray, ảnh TEM, từ cho thấy tinh thể ZnS:Mn có cấu trúc lục giác thuộc nhóm khơng gian C64v − P63 mc loại 2H với số mạng kích thước hạt thay đổi theo điều kiện chế tạo nồng độ, nhiệt độ thời gian thủy nhiệt Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Mn, nhiệt độ thủy nhiệt, thời gian thủy nhiệt lên phổ phát quang bột nano ZnS:Mn : + Nồng độ Mn tối ưu 15 mol % + Nhiệt độ thời gian thủy nhiệt tối ưu là: T = 220 C, t = 20 h Làm sáng tỏ thêm vài chế tái hợp xạ, hấp thụ bột nano ZnS ZnS:Mn: * Cơ chế tái hợp xạ + Trong ZnS, đám xanh lam 450 nm gồm số đám đặc trưng cho chế tái hợp xạ khác liên quan đến nút khuyết Zn, S nguyên tử Zn, S nằm lơ lửng nút mạng Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ + Trong ZnS:Mn, đám da cam-vàng 585 nm đặc trưng cho chuyển dời 2+ 4 xạ điện tử lớp vỏ 3d chưa lấp đầy ion Mn [ T1( G) 6 A1( S)] trường tinh thể ZnS * Cơ chế hấp thụ Các đám hấp thụ phổ kích thích phát quang khoảng 336 nm đến 348 nm đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ vùng-vùng, xuất đám có cường độ yếu 390, 432, 465, 484, 496 nm, đặc trưng cho chuyển dời hấp 6 thụ điện tử từ trạng thái A1( S) đến trạng thái điện tử kích thích 4 4 4 4 4 E( D); T2( D); A1( G); E1( G); T2( G) tương ứng ion Mn trường tinh thể ZnS Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý 2+ Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phạm Văn Bền (2006), Quang phổ phân tử nghiều nguyên tử, NXB ĐHQGHN, Hà Nội Lê thị Thu Huyền, 2008, Chế tạo nghiên cứu tính chất quang nano bán dẫn ZnS:Cu bọc phủ polymer, luận văn thạc sĩ khoa học vật lý, ĐHSP Hà nội, Hà Nội Nguyễn Quang Liêm (1995), “Chuyển dời điện tử tâm phát tổ hợp II VI bán dẫn A B ”, LA.PTS Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn, NXB ĐHQGHN, Hà Nội Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học Nano, Cơng nghệ vật liệu nguồn, NXB Viện Khoa học Việt Nam, Hà Nội Nguyễn Thị Phương (2007), Chế tạo nghiên cứu số tính chất quang vật liệu huỳnh quang ZnS, ZnS:Cu, luận văn thạc sĩ khoa học vật lý, ĐHSP Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Thị Thanh, 2009, Nghiên cứu số tính chất quang ZnS:Al-Cu chế tạo phương pháp gốm, luận văn thạc sĩ khoa học, ĐHKHTN- ĐHQGHN, Hà Nội Phan Trọng Tuệ (2007), Chế tạo nghiên cứu số tính chất quang vật liệu huỳnh quang ZnS:Mn:Ba, luận văn thạc sĩ khoa học vật lý, ĐHKHTN ĐHQGHN, Hà Nội Tiếng Anh A Fazzio, M J Caldas and Alex Zunger (1984), “Many-Electron Multiplet Effects in the Spectra of 3d Impurities in Heteropolar Semiconductors”,Phys Rev B, 30, pp 3430-3453 Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý Trương Thị Luyến Luận văn Thạc sĩ 10 B G Yacobi (2004), Semiconductor Materials, Kluwer Academic Publishers, New York 11 Harish Chander and Santa Chawla, Bull (June 2008), “Time resolved spectroscopic studies on some nanophosphors”, Mater Sci., Vol 31, No 3, pp 401-407 12 H.C Warad, S.C Ghosh, B Hemtanon, C Thanachayanontb, J Dutta (2005), “Luminescent nanoparticles of Mn doped ZnS passivated with sodium hexametaphosphate”, Science and Technology of Advanced Materials, 6, pp 296–301 13 He Hu, Weihua Zhang(2006) “Synthesis and properties of transition metals and rare-earth metals doped ZnS nanoparticles”, Optical Materials, 28, pp 536550 14 Jeong-mi Hwang, Mi-Ok Oh, Il Kim, Jin-Kook Lee, Chang-Sik Ha (2005), “Preparation and characterization of ZnS based nano-crystalline particles for polymer light-emitting diodes”, Current Applied Physics, 5, pp 31-34 15 K Jayanthi, S Chawla, H Chander, and D Haranath (2007) “Structural, optical and photoluminescence properties of ZnS: Cu nanoparticle thin films as a function of dopant concentration and quantum confinement effect” Cryst Red Technol, DOI 10.1002/crat.2007109950, pp 976-982 16 N Karar, Suchitra Raj, F Singh (2004), “Properties of nanocrystalline ZnS:Mn”, J Cryst Growth, 268, pp 585-589 17 Pramod H Borse, W Vogel, S.K Kulkarni (2006), “Effect of pH on photoluminescence enhancement in Pb-doped ZnS nanoparticles”, 293, pp 437-442 18 W.Q.Peng, S.C.Qu, G.W.Cong, X.Q.Zhang, ZG.Wang (2005), “Optical and 2+ magnetic properties of ZnS nanoparticles doped with Mn ”, J Cryst rowth, 282, pp 179-185 Bộ môn Quang Lượng tử - Khoa Vật lý ... đã: Nghiên cứu, chế tạo ZnS :Mn từ axit thioglycolic, axetat Zn, Mn phƣơng pháp thủy nhiệt khảo sát phổ phát quang chúng Chúng lựa chọn phương pháp thủy nhiệt tính đơn giản ổn định phương pháp. .. - TRƯƠNG THỊ LUYẾN NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ZnS :Mn TỪ AXIT THIOGLYCOLIC, AXETAT Zn, Mn BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT VÀ KHẢO SÁT PHỔ PHÁT QUANG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.11... 1.10: Phổ hấp thụ phổ phát quang ZnS :Mn [9] 1.6 Phổ kích thích phổ phát quang ZnS ZnS :Mn 1.6.1 Phổ phát quang ZnS Hình 1.11 phổ phát quang catốt ZnS 77 K Trong phổ phát quang xuất đám vùng tử