Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 60 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
60
Dung lượng
25,13 MB
Nội dung
DAI HOC QUÒC GIÀ HA NOI TRITONO DAI HOC KHOA HOC TlJ NHIÉN t %t* «i# %l0 *1* «!# «I^ * ! ' •X' *^ w^ pj» *J» *J* *J* ^J» *J« *J* *f» DETAI CHE TAO VÀ NGHIÈN CÙU VAT LIÈU ZnO CO CÀU TRÙC NANO /v^ MA SO:QT- 07- 16 CHÙ TRI DE TÀI : PGS TS Nguyén Thi Thuc Hién CÀC CÀN BỊ THAM GIÀ: CN Ngó Xuàn Dai CN Nguyén Chi Thành HA NOI - 2008 Bào cào tóm tàt a Tén de tài: Che tao va nghién ciiru vat liéu ZnO co càu trùc nano Ma so: QT- - b Chù tri de tài: PGS TS Nguyén Thi Thuc Hién e Càc càn bg tham già: CN Ngò Xuàn Dai CN Nguyén Chi Thành d Miic tiéu va nói dung nghién culi Nghién CÙU che tao vat liéu ZnO co cà'u trùc nano met vói dang chàm va bang mot so phuang phàp khàc nhu: bóc bay chàn khóng, phuang phàp hóa Tu càc màu thu dugc, nghién cuu càc tmh chat cà'u trùc, hình thài va tinh chà't quang ( hàp thu va huynh quang) e Càc két qua dat dugc • Bang phuang phàp bó'c bay bịt Zn khịng khf a nhiét dị khồng 800 - 950 °C, dà che tao thành còng càc nano ZnO co bón nhành (tetrapods) vói kich thuóc nhành khoàng hai tram nano mét Huynh quang cùa càc màu thu dugc phàt manh vói hai dình rat ro tai 380 va 500 nm Bang phuang phàp hóa soLgel, dà che tao thành còng càc hat nano ZnO co kich thc trung bình khồng 3.5 nm Càc hat cho huynh quang khà manh va co hiéu ùng giam giiJ lugng tu r6 rét Khi dua càc hat nano vào mang nén SÌO2 co pha Eu-^"^ thi huynh quang cùa càc ion Eu^"" tàng rat manh Két qua trén co dugc càc hat nano ZnO dà truyén nàng lugng cho càc ion Eu-^"" • Két qua tao: Huóng dàn : - hgc vién cao hoc - sinh vién làm khoà luan tot nghiép • Càc bào cào tai.càc bịi nghi Khoa hgc va bào: -1 bào dang tap chi Khoa hoc, Tồn- Ly, Dai hgc Qc già Ha Nói, 2008 -1 bào cào tai Hgi nghi Quóc Té nano IWNA, Vùng Tàu 11/ 2007 -1 bào cào tai hgi thào Qc té Vietnam- Germany, Nha Trang 3/2008 f.Tinh hình kinh phi cùa de tài : Dugccà'p20.000,000.d Dà co dù chung tir qut tồn vói Phịng Tài vu KHOA QN LY (Ky ghi rò ho tén) CHU TRI DE TAI (Ky ghi rò ho tén) vu /^j"^ru^f^i^ Nguyén Thi Thuc Hién TRUÒNG DAI HOC KHOA HOC TUNHIÈN - ' J iMJONft J J Summary in English a Name of project: Prepatation and investigation of ZnO material with nanostructure code: QT-07- 16 b Leader of project: Assoc Prof Dr Nguyén Thi Thuc Hien e Participant members: Bsc Ngo Xuan Dai and Bsc Nguyén Chi Thanh d The purpose and the contents of the research: To prepare ZnO nanostructures such as nanoparticles and nanotetrapods by using simple methods such as thermal evaporation, sol-gel To investigate the structure, morphology and the optical properties of the nanostructures e The main results • ZnO nanotetrapods bave been prepared by using a simple evaporation of metall Zn powders at temperatures ranging from 800 to 950 °C in air The size of the side of the tetrapods was about two hundreds nanometers Photoluminescence spectrum includes two bands at 380 nm and 500 nm • ZnO nanopartigles bave been prepared by simple sol-gel method starting from zinc acelate dihydrate, sodium hydroxide and ethanol as a solvent TTie nanoparticles bave a average diameter of about 3- nm The confinent effect was observed by the absorption spectra with the largest band gap of 3.83 eV The ZnO nanoparticles were added to a Si02:Eu^'' films The results showed that after adding ZnO nanoparticles, the intensity of the emission of Eu^"*" ions in SÌO2 matrix abruptly increases The enhanced luminescence was attributed to the energy transfer from ZnO nanoparticles to Eu^"^ ions • publications bave been presented at scientific conferences and journal as the followings: paper in Journal of Science, VNU Hanoi, December 2007 report in the International conference on nano IWAN, VungTau, Vietnam, 11/2007 report in the proceedings of the eleventh Vietnamese- German seminar on Physics and Engineering, March 2008 • Have been instructed students: (done) University graduate theses on Physics of Solids state Msc thesies ( have been done) f Budget: 20000.000 VND BAD CAO CHUYÈN MÓN De tài: Che tao nghién eira vat liéu ZnO co càu trùc nano Muc lue Mịdàu Chuang 1: Tóng qn 1.1 Vat liéu ZnO 1.1.1 Càu trùc mang tinh the 1.1.2 Càu trùc vùng nàng lugng 1.2 Vat liéu ZnO co cà'u trùc nano 1.3 Mot so dac diém ùng dung cùa vat liéu nano ZnO 11 Chuang 2: Che tao vat liéu ZnO co càu trùc tetrapod 12 2.1 Che tao ' * 12 2.1.1 Hóa chat dung cii 12 2.1.2 He bóc bay 12 2.2 Càc két qua thào luan 14 2.2.1 Sir hình thành càc yéu to' ành huang dén qua trình tao màu 14 2.2.1.1 Su hình thành màu 14 2.2.1.2 Càc yéu to' ành huàng qua trình tao màu 15 2.2.2 Phó huynh quang 16 2.2.3 Phó kich thich huynh quang 19 2.3 Két luan chuang 19 Chuang 3: Che tao càc hat nano ZnO ' ' 20 3.1.Che tao hat nano ZnO dua vào nén Si02:Eu^'' 20 3.1.1 Chétao hat nano ZnO 20 3.1.2 Chétao màng SÌO2 pha tap ion dàt hiém Eu^"" (Si02:Eu^^) 21 3.1.3 Chétao màng SÌO2 pha tapEu^^'cbùa càc hat nano ZnO (màng ZnO-Si02:Eu-'^) ' .' 22 3.2 Càc két qua thào luan 22 3.2.1 Két qua hình ành TEM cùa càc hat ZnO 22 3.2.2 Phó hàp thii cùa hat ZnO ' 24 3.2.3 Phó huynh quang cùa màng ZnO-Si02:Eu^"' 26 3.3 Két luàn chuang 28 Kétluàn ' 29 Tai liéu tham khào 29 Tóm tàt càc cóng trình nghién cuu 30 Phu lue MODAU Cịng nghé nano dịi dà ma mot ky ngun mói cho viec àp diing còng nghe cao vào khoa hgc ky thuat dòi song Trong nhung thàp nién vira qua, ngành cịng nghé nano dà tién nhùng bc dai Thành còng cùa nò khòng chi dùng lai a mùc dò che tao dugc vat liéu a càp dò nano ma dà dua vào ùng dung nhiéu ITnh virc Càc bàn dàn he thàp chiéu dang thu hùt sir quan tàm bòi khà nàng ùng dung nhiéu llnh vuc nhu quang hgc, dién tu, vién thòng còng nghé thịng tin Khi kich thc vat liéu giàm x'ng thang nano, càc dac tfnh cùa vat liéu co nhiéu uu diém vugt trịi so vói bàn dàn khị'i Nghién cùru càc dac tfnh se phàt hién nhiéu diéu thù vi, dò cung nén tàng cho càc nò lue ùng dung cho càc llnh vuc còng nghé cao Càc bàn bàn hai chiéu dà dugc ùng dung róng rài he mot chiéu khóng chiéu thu hùt nhiéu nghién cuu bua ben nhiéu huóng mai che tao ùng diing ZnO bàn dàn gay nhiéu chù y co nhiéu uu diém nhu vùng càm thang, dị róng dugc cóng bó 3,37eV ò nhiét dò phòng Dac biét, ZnO co nàng lugng lién két exciton lón (óOmeV) nén dugc xem vat liéu quang tu day bua ben mién ành sàng xanh dén mién tu ngoai Nhùng cà'u trùc già mot chiéu (day nano), già khòng chiéu (chà'm nano) cùa ZnO dang tiéu diém cùa nhiéu cóng trình nghién culi gàn day Càc cà'u trùc nhu day nano (nanowires), bang nano (nanobelts), ó'ng nano (nanotubes), chàm nano (nanoparticles) dà dugc tóng hgp thành cịng bang nhiéu phuang phàp càc bào cào truóc day Vói su phàt trién cùa còng nghé hién nay, viéc che tao khòng chi dùng lai a viéc dat dugc nhùng diéu khién ve kich thc ma ve cà hình dang vi tri cùa vat liéu Muc tiéu dat cùa de tài bang càc phuang phàp don giàn, rè tién, phù hgp vói diéu kién a Viét nam, che tao dugc càc day hat nano ZnO co hiéu suàt phàt quang cao Chuang1 TÓNG QUAN VE VAT LIÉU ZnO 1.1 Vat liéu ZnO 1.1.1 Càu trùc mang tinh the ZnO co ba dang cà'u trùc: dang tinh thè NaCl (tón tai a àp suàt rat cao), dang lap phuang già kèm (tón tai a nhiét dị rat cao) càu trùc lue giàc Wurzite ben vùng a diéu kién àp st Ihng Hình (1.1) mị tà ba dang càu trùc cùa ZnO ICI l.^] Hình I.l Cdc càu trùc tinh the cùa ZnO a) Càu trùc dang tinh the NaCl, bj.Càu trùc Igp phuang già kèm e) Càu trùc lue giàc Wurzite Mang càu trùc liic giàc Wurzite góm hai thịng so a e vói ty so c/a= V378 , theo tinh toàn li thuyé't a=3,2256A° ; c=5,1948A° Càu trùc duac tao t » 4É« i Hình 1.2: Càu trùc tinh the mang lue i^iàc Wurzite cùa ZnO • : Nguyén tu O • : Nguyén tu Zn thành tur hai phàn mang lue giàc xép chat cùa cation (Zn) anion (O) chóng vói chiéu cao u (u=3/8 vói tinh the li tng) Hình ( 1.2) mó tà cii thè hon càu trùc lue giàc Wurzite cùa ZnO O can bac nhà't, mot nguyén tu Zn lién két vói nguyén tu O tai bón dinh cùa hình tu dien hoac ngugc lai Mói ị ca sa chùa hai phàn tu ZnO dò hai nguyén tu Zn nàm a vi tri (0,0,0) (1/3, 2/3, 1/3), hai nguyén tu O a vi tri(0,0,u)và(l/3,2/3, 1/3+u) 1.1.2 Càu trùc vùng nàng lugng Càu trùc vùng nàng lugng cùa mang liac giàc Wurzite cùa ZnO nhu hình 1.3 Ta thày ZnO bàn dàn co vùng càm tbàng Dị róng vùng càm dugc còng bo 3,37eV a nhiét dò phòng V^/ UJt ti£ Ì ^ J 1o — -.,,^ ^ ^ Lì \ ^ ^ ^ ^ j ^ s ^ ^ ' - ; ^ _ • ' -^ J ^'\ I { Hình 1.3 Càu trùc vùng nàng luang cùa ZnO co càu Wurzite 1.2 Vat liéu ZnO co càu trùc nano Trong C'àc hình thài khàc cùa vat liéu ZnO co cà'u trùc nano, càu trùc tetrapod (ZnO-T) co hình thài rat thù vi Ca che hình thành cùa càu trùc dac biét hién vàn chua dugc làm sàng tị Ành SEM trén hình 1.4 cho thày hình thài dac trung cùa vat liéu ZnO -T góm bón nhành, mói nhành co the co dang hình kiin vói càc dàu dtrac cht nhgn (hìnhl.4.a) hoac co dang liic giàc ( hinh 1.4.b) Hinh 1.4 Anh SEM cùa vat liéu ZnO-T a) Dang dàu nhgn b).Dang lue giàc Phuang phàp phó bién dugc su dung de che tao vat liéu ZnO-T nhò pha hai Nhiéu phuang phàp che tao ZnO-T dà dugc cóng bó càc cóng trình nghién cuu Phuang phàp don giàn nhà't bóc bay truc tiép tu vat liéu nguòn bòt Zn a nhiét dò cao [1] Ben canh dị nhóm Yu dà thu dugc ZnO -T bang bóc bay hịn hgp bịt ZnC03 trịn C trén càc de co phù ZnO Cùng su diing bón hgp bịt trén nhung nhóm Li dà dùng càc de Si co phù NiO de che tao Qua trình chuyén pha hai boa hgc dugc nhóm cùa M.Newton van dung de che tao ZnO T bang bóc bay hịn hgp ZnC03.2Zn(OH)2.H20 tròn C Vat liéu ZnO -T vat liéu day bua ben càc llnh vuc quang tu dien tu co thè lìng dung che tao càc thiét bi nhu càc diode phàt quang, FETs, càc varistor, Ben canh dò, co cà'u trùc khòng gian nén ZnO -T co dien tich bé mat lón, diéu dugc ling dung de che tao càc sensor co dò nhay boa cao Hién nay, viéc che tao càc hat nano co kich thuóc vài nanmet nhàm ùng dung càc linh kién quang nano dang dugc nghién cuu manh Càc hat nano ZnO thuòng dugc chétao bang càc phuang phàp hóa dang huyén phù[2,3] Tuy nhién, càc hat dugc tao rat de thay dói kich thc ( lón lén) sau thịi gian ngàn che tao Vi vay viéc phài tao dugc càc hat nano co kich thc dóng déu, nhị de co hiéu ring giam giù Itrgng tu rò rét, càn phài co chat ngàn càn su phàt trién cùa hat Sir ngàn càn viéc lón Icn cùa càc hétt nano co ihé thuc hién a nhiét dị thàp bay tìm càch bao bgc càc hat mot mang nén dò 10 1.3 Mot so dac diém ùmg dung cùa vàt liéu nano ZnO Vat liéu ZnO vói nhiéu dac tinh qui bau dà dugc àp dung nhiéu llnh vuc dac biet quang dien tu Khi kich thuóc cùa vat liéu giàm xuò'ng càp dò nano, hiéu ùng giam giù lugng tu chiém uu thè, vat liéu nano ZnO co nhiéu dac tinh vugt trịi so vói bàn dàn khói Vói day nano, sii diéu khién ve hình dang, kich thuóc, vi tri mgc cùa vat liéu nano ZnO dà dugc bào cào nhiéu cịng trình nghién cùu, nhung nhiéu dac tinh cùa ZnO chua dugc làm rò Nhung dac tinh dang dugc tap trung nghién cùu de làm rò bàn chat, tu dò àp diing co hiéu qua càc llnh vuc thich hgp Nhóm Bai dà tfnh tồn dugc st n cong cùa càc bang nano ZnO (nano belts) bang su diing kfnh hién vi dién tu truyén qua (TEM) Càc bang dugc su dung càc bó cóng hng kinh hién vi dién tu lue (AFM) Tfnh chat àp dien cùa ZnO dà dugc nghién cùu ùng dung sensor nhay lue, bop cịng hng àm hgc, bó bién àm -quang hgc, Nguón góc tfnh àp dién cùa ZnO cà'u trùc tinh thè góm Zn O lién két theo dang hinh tu dién Càu trùc khóng dói xùng gay nén nhùng bién dang mang àp suàt nói Nhùng dich chuyén gay càc moment luòng cuc dién dia phuang, dò xt hién moment lng circ vi mó tồn tinh the Trén thuc té, càc bàn dàn co lién ké't dang hinh tu dien, ZnO co tensor àp dién cao nhà't Tfnh àp dién cùa vat liéu nano ZnO dugc nghién cùu cho càc he dién-ca a càp dò nano Do dac tfnh phàt quang manh vùng tu ngoai vùng khà kién, ZnO vat liéu day bua ben cho càc thiét bi quang tu, laser tu ngoai Càc hoac day nano ZnO ùng cu vién cho càc óng dàn song quang hgc dang hinh hgc gióng hình trii he so khùc xa lón Ben canh dị, càc day nano dugc che tao de làm thiét bi dò quang thiét bi ngàt quang Càc bàn dàn pha tap tu loàng (DMS) dang thu hùt nhiéu chù y Nhiéu nghién cùu cho thay ZnO vat liéu góc day bua hen cho sir pha tap sàt tu Tfnh sàt tu cùa ZnO thu dugc pha tap càc kim loai chuyén tiép (Mn, Fé, Co, ) càc màng ZnO Nhóm Chang dà ni dugc càc day nano Zn[.,Mn^O (x=0,13) vói nhiét Curie 37 K bang phuang phàp bóc bay 11 were similar to the preparation of SiOj: Eu^" with the difference that the ZnO nanoDarticles were added before Eu(N03)3 ZnO-SiO,:Eu- f,ln,s were prepared bv dTp coat^nron glass substrates and annealed at 500°C and 600 X For the thici< fìims the dip-coaUn uas repeated several times ^ = For investigation ofthe structure of ZnO nanoparticles, the ZnO powders were produced from suspended ZnO nanoparticles The photoluminescence spectrum (PL) and photolummescence excitation spectrum (PLE) was collected by Jobin- Yvon FL3-2^ spectrometer using a xenon lamp of 450 W Results and discussion XRD patterns ofthe calcined ZnO powders showed typical peaks indexed to the ZnO wurtzite structure in the standard data (JCPDS, 36-1451) [4] The particle size estimated from XRD pattern using Scherrer's equation was approximately nm Fig.l shows a TEM image of nanoparticles which were produced from ZnO solution keeping in ice bath after stirring The partide size is from to nm The statistics of the particle size is shown in Fig.2 The statistics shows that the dominant size is from to nm (about 90 %) The green color was clearly seen when the transparent suspension of ZnO nanoparticles in ethanol was excited by UV lamp 175282 8I.IKV XINK lini Fig 1: TEM image of ZnO nitnoparliclcs produced from the solution siored in an ice bath after stirnn" The PL spectra showed that the samples with the annealing temperature at 500 "C are better than that at 600 °C, so we report only the former one Fig and 4b show PL spectra of SÌO2 and Si02:Eu^'" film annealed at 500°C and excited by the wavelength of 335 nm, respectively It is seen that both the two PL spectra of SÌO2 and Si02:Eu^'' have almost similar shape except a weak red emission at 615 3% nm for Si02:Eu ^ It is the inner transition Q (^Do^^Fs) of Eu^^ ions in the SÌO2 matrix It Particle size (nm! is obviously that the transition (^Do-^^F2) is very weak when the excitation wavelength Fig 2: Distribution of nanoparticle size is not resonant to the inner absorption in ions The photoluminescence excitation (PLE) spectrum of the peak of 615 nm is shown in Fig.5 It is seen from Fig.5 That, there are the inner absorption lines of Eu'^'^ions and the absorption in SiOj at 335 nm There are 394 nm ( Fo-^-'L^) 415 nm CFO^^D21 465 nm ('F,->-D.), 532 nm ( 'F,->'D, ).The weakness of 615 nm PL lines in Fig.4b means the energy transfer from SiO; to Eu '" is ver\' weak When the ZnO nanoparticles were added to the SiO::Eu'* film, the inner cmi^Mons o\' Eu^"*" ions abruptly increase It is seen from Fig.4a that uhen ZnO-SiO::Hu"'llh-n was excited by the wavelength of 335 nm corresponding the band edge absorption ^-f ZnO the emissions of 590 nm and 615 nm of Eu'^'*" ions were enhanced several times This means the energy was successfully transferred from ZnO to Eu"^"" ions Moreover, when the SiO::Eu^* and ZnO-Si02:Eu^"^ films were excited by the resonance wavelength of 394 nm but not the band edge region of ZnO, the PL spectra in Fig.6 shown that the intensity ofthe 615 nm red line ofthe transition in Eu^"^ ions in ZnO-Si02:Eu'^^ films was three times higher than that of Si02:Eu^"^ The increase ofthe emission is due to the re-disperse of Eu^^ ions in SÌO2 by the ZnO nanoparticles, i.e ZnO nanoparticles protect a cluster of Eu^" ions 372 nm 1*0000- ni ' a- ZrO-SO.Eu*" b- 50^ EL,^ eis-m 510 25000 ! ijoooo-l 100000- \ b 390 nm aaoco60000•' • " ^ 40000- -'• ^ - a ^ ' ^-^ 200000 350 400 450 500 550 600 650 Wavelength (nm) Fig.3: PL spectrum of SiO; film excited by the wavelength of 335 nm ' 1 450 500 5Ì0 ' 6X ' Wavelength (nm) Fig.4: Pi spectra of SiO.iEu'' and /nO- SiO.iEu' excited by the wavelength of 335 nm at room temperature, a) ZnO-SiO.:Eu'\ b) SiO.iEu'* e — 40000 400 i50 500 wavelength (nm) Waveleneth (nmi Fig.5: PLE spectrum of Si02:Eu-* of the emis.sion line 615 nm Fig.6: PL spectra of SiO.iEu'^ and ZnO-SiO.iEu' excited by the wavelength of 394 nm a) S;0::Eu'^ b)ZnO-SiO;:Eu^'\ Conclusions ZnO nanoparticles with the average diameter of 3.5 nm have been successfully prepared by a simple sol-gel method and added into the S.O::Eu- ^ ms To a d nanoparticles into SiO,:Eu^- films leads to the abruptU mcreasc ol the red hnc of hu lons This means there was an energy transfer from ZnO lo Eu lons ni S.O: mau.x Acknowledgements Authors of this report would like to thank to the Center for Materials Science Hanoi university of Science for permission to use PL equipment This work was supported by Naturai Science Research program (Project QT-07-16) of Vietnam National University, Hanoi (VNU, Hanoi) and National Fundamental Research Program under Grant No 063 06 References [1] M Nogami, T Enomoto, and T Hayakawa, J Lumin 97 (2002) 147 [2] ZHANG Lin-Li, GUO Chang-Xin, ZHAO Jun-Jing, Hu lun-Tao, Chin Phys Leti 22 (2005) 1225 [3] M Ntwaeaborwa and P H Holloway, Nanotechnology 16 (2005), 856 [4] Nguyén Thi Lan, Nguyén This Thus Hein, Nguyén Van Duck, Ngo Xian Dai Ngo Than Dung, and Nguyén Ngoc Long, Proceeding of IWNA 2007, Dung Tao Vietnam/November 15-17 2007 p, 133 DAI HOC QUÓC GIÀ HA NĨI TRNG DAI HOC KHOA HOC TI/ NHIÉN Ngun Thi Làn CÀC HAT NANO ZnO VÀ HUYNH QUANG CÙA CÀC ION DÀT HIÉM Chuyén ngành: Vàt ly Chat ràn Ma so: 1.02.07 LUAN VÀN THAC SI KHOA HOC NGLTÒI HUÒNG DAN KHOA HOC: PGS TS Nguyén Thi Thuc Hién Ha N ó i - 0 MUC LUC Trang i MỊ DÀU CHirONG I TĨNG QUAN LY THUYÉT 1.1 Hieu ùng giam giù* luwig tu* LLI Gi&i thleu ve hiéu ùng giam giù Iwang tu' LL2 Hieu itng giam giCt Iwg'ng tir cham Iwang tu- ban dàn 1.1.2.1 Mó hình hat tài ho thè dói xùng càu / 1.2.2 Che giam giù yéu 1.2.2.3 Che giam giti' manh LL3 Mot so phuang phàp che tao ùng dung cùa cham Iwang tw 12 / 1.3.1 Mot so phuomg phàp che tao chàm luang tu 12 1.1.3.2 Mot so ùng dung cùa chàm luang tu 14 1.2 Vat lieu bàn dan ZnO 15 L2J Cau trùc cùa tinh the ZnO 15 1.2,2 Cau trùc vùng nàng Iwang 1^ 7.2.5 Mgt so tinh chat quang cùa ZnO 17 1.2.3.1 Lién két dién tu - lo trong: exciton 1^ 1.2.3.2 Cdc ca che phàt huynh quang 18 1.2.3.3 Tinh chat huynh quang cùa vàt liéu ZnO 1^ 1.3 Càc nguyén to dàt hiém (Rare earth - RE) 20 L3J Giai thieu chung ve cdc nguyén tò dàt hiém 20 L3,2 Cdc ion dàt hiém mang nén SÌO2 ^^ L3J Tinh chat quang cùa ion Eu^^ ^^ L3J Sw truyén nàng luang giwa cdc hat nano ZnO cdc ion dàt 24 hiem CHU'ONG n KY THUÀT THlTC NGHIÉM 27 2.1 Che tao mau 27 2.1.1 Gi&i thieu chung ve phuang phàp Sol - gel 27 27.2 Cdc yéu té ành huang tai chat Iwang màu làm bang phwong phdpSolgel 2g 2.7.5 Cdc uu diém han che cùa phwang phàp Sol-gel 28 2.7J.7 Ifudiém 28 2.7.Ì.2 Manche 28 2.2 Mot so phuoTig phàp nghién cùu tinh chat cùa vat lieu 29 2.2.7 Phàn tich cau trùc bang phó nhiéu xa tia X 29 2.2.2 Kinh hién vi dien tu truyén qua (TEM) 30 2.2.2.1 So sành kinh hién vi dién tu (KM) kinh hién vi quang hoc (LM) 3, 2.2.2.2 Kinh hién vi dién tu truyén qua (TEM) 32 2.2.3 Phép huynh quang kich thich huynh quang 33 2.2.4 Phò hàp thuy truyén qua 35 CHU'ONG ni KÉT QUA VÀ THÀO LUÀN 35 3.1 Che tao màu 36 i.7.7 Chétao hat nano ZnO 36 5.7.2 Che tao màng SÌO2 chwa cdc hat nano ZnO 38 L2.1 Che tao màng SiO2 -^^ 3.1.2.2 Che tao màng SÌO2 chùa càc hat nano ZnO (Si02-ZnO) 38 5.7.5 Chétao màngSi02:Eu^^ ^^ 3.1,4 Chétao màngZnC- ^0 3.2 Két qua SiO2:Eu^^ ^^ 3,2,1 Màu hat nano ZnO 40 3.2, L1 Su phàt xa màu xanh cày cùa sol ZnO chiéu tia tu ngoai 40 3.2.1.2 Két qua hình ành TEM cùa cdc hat ZnO 41 5.2.7.5 Két qua X-ray cùa hat nano ZnO 43 3.2.1.4 Két qua phó hàp thu, su phu thc cùa kich thc hat nano ZnO vào thòi gian de màu 3.2.1.5 ^r Phó huynh quang kich thich thuynh quang cùa hat nono ZnO ethanol 4g 3.2.2, Phò huynh quang huynh quang kich thich cùa màng SÌO2 50 3.2.3, Phị huynh quang huynh quang kich thich cùa mang SiOrZnO 51 3.2.4, Màng Si02:Eu^^ 53 3.2.4.1 Phó huynh quang kich thich huynh quang cùa màng Si02:Eu^^ tai càc buac song kich thich khàc 3.2.4.2 53 Phó huynh quang cùa màng Si02:Eu^ vai ti le pha tap khàc 55 3.2.5, Màng ZnO- Si02:Eu^^ 56 3.2.5.1 Pho huynh quang tai cdc buóc song kich thich khàc 56 3.2.5.2 Phó huynh quang tai càc nhiét ù khàc 60 3.2.5.3 Su truyén nàng luang cùa càc hat nano ZnO cho cdc ion Dàt hiém Eu^^ mang nén SÌO2 62 KET LUÀN 65 TÀI LIÉU THAM KHÀO 67 DAI HOC QC GIÀ HA NĨI TRirỊTVG DAI HOC CỊNG NGHÉ Pham Thè Kién CHE TAO VÀ NGHIÉN ClTU MOT SO TINH CHAT • * CÙA HOT CHAT BÀN DÀN VÙNG CÀM RÓNG CO CÀU TRÙC NANOMÉT LUÀN VÀN THAC SI Ngi hng dàn : PGS TS Ngun Thj Thuc Hién uc* MAi - 9nnR MÒDÀU ^Q 10 ,i ij CHU'ONG TÓNG QUAN 1.1 Sir giam giù lugng tir 1.2 Giéng lugnng tir 1.3 Day lirgng tii / / Nàng luang giam giù 1.3.2 Mgt trang thài 1.4 Vat lieu bàn din ZnO L4.1 Càu trùc cùa tinh thè ZnO 1.4.2 Cau trùc vùng riàng luang 1.4.3 Mot so tinh chat quang cùa ZnO CHU'ONG 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3 2.4 15 16 Ig j7 HÀP THU VÀ PHÀT XA ÀNH SÀNG CÙA TINH THÈ NANO BÀN DÀN Phò hàp thu phu thc kich thc Tuang tàc Phonon - Exciton Dao dóng mang Khài niém phonon Càc loai dao dóng càc hat nano Dị róng phó càc hình dang dng Mị róng thịi gian song Phàn rà bue xaphu thuòc kich thuac cùa càc exciton C a c h e tài hgp 21 \ 21 22 22 24 26 27 27 28 30 CHU'ONG PHU'OTVG PHÀP THlTC NGHIÉM 3.1 Càc phuang phàp tòng hgp càu trùc mot chiéu 3.1.1 Ni day nano nhị dung dich 31.2 Tóng hap day nano nhò pha hai 3.2 Mot so phuang phàp nghién cùu tfnh chat vat liéu 3.2.1 Phuang phàp nhiéu xa tia X 3.2.2 Kinh hién vi dien tu quét (SEM) 3.2.3 Phép huynh quang 33 33 33 35 37 37 38 39 CHU'ONG K É T QUA VÀ THÀO LUÀN 4.1 Quy trình thuc nghiem 4.1.1 Che tao màng ZnO dinh huang ban dàu theo phuang phàp sol-gel 4.1.2 Tién trình che tao day nano ZnO 4.2 Két qua thào luan 4.2.1 Càc yéu tó ành hng tịi qua trình tao màu 41 41 41 ^3 ^^ 44 4.2.2 Kich thuóc cùa day nano ZnO 4.2.3 Két qua phó nhiéu xa tia X "^^ 49 4.2.4 Phó phàn tich thành phàn màu (EDS) 52 4.2.5 Két qua huynh quang 52 KÉT LUÀN TÀI LIÈU T H A M K H À O 60 ^' DAI HOC QC GIÀ HA NĨI TRNG DAI HOC KHOA HOC TUNHIÉN KHOA VAT LY Nguyén Vàn Dure NGfflÈN CÙtJ CHE TAO HAT NANO ZnO TRONG MANG NÉN SÌO2, SÌO2: Eu^^ BANG PHl/ONG PHÀP HĨA HOC KHĨA LUAN TOT NGHIÉP DAI HOC CHINH QUY Ngành: Vàt ly Giào vién huómg dàn : PGS TS Nguyén Thj Thuc Hién Giào vién phàn bién : PGS.TS Ta Dình Cành Ha Nói - 2007 MVCLVC MỊDÀU CHU'ONG TĨNG QUAN LY THUT 1.1 Ly thuyétvé chàm lugng tu 3 1.1.1 Giai thieu ve hieu ung giam giù lugng tu 1.1.2 Hieu ùmg giam giù lugng tu chàm lugng tu bàn dàn 1.1.2.1 Che dò giam giù manh 1.1.2.2 Che dò giam giù yéu 1.1.3 Càc phuang phàp che tao chàm lugng tu mot so ùng dung 1.2 Tinh chat quang cùa vat liéu bàn dàn 1.2.1 Càc ca che hàp thu ành sàng 1.2.1.1 Hàp thu ca bàn 10 11 11 12 1.2.1.2 Hàp thu exciton 1.2.1.3 Hàp thu tap chat hàp thu vùng - tap chat 1.2.2 Càc qua trình tài hgp bue xa 1.2.2.1 Tài hgp exciton 1.2.2.2 Tài hgp vùng - tap chat 1.2.2.3 Tài hgp cap Donor-Acceptor (D-A) 1.3 Vat lieu bàn dàn ZnO 1.3.1 càu trùc tinh thè ZnO 1.3.2 Càu trùc vùng nàng lugng cùa ZnO 1.3.3 Tinh chat huynh quang cùa ZnO 1.3.4 Mot sé ùng dung cùa vat lieu ZnO 13 14 14 15 16 16 17 17 18 19 20 1.4 Càc nguyén tò dàt hiém ^^ 1.4.1 Giai thieu ve càc ion dàt hiém 21 1.4.2 Càc dich chuyén 4f"^5d^ truyén dien tich (Charge- transfer state CTS) 22 1.4.3 Tinh chat quang cùa Eu^"" 1.4.4 Ion dàt hiém mang nén Si02[5] ^^ 24 1.5 Co che truyén nàng lugng cùa càc Ion ^^ CHUONG KY THUÀT THI/C NGHIÉM 27 27 2.1 Phuang phàp che tao 2.1.1 Càc phuang phàp che tao màng 2.1.2 Phuang phàp phùn xa catót 2.1.3 Phuang phàp bóc bay nhiét chàn khóng 28 2.1.4 Phuang phàp phun tinh dien 29 2.1.5 Phuang phàp Sol-gel lai ly K4H 2.2 Càc phuang phàp 2.2.1 Phuang phàp nhiéu xa tia X 31 31 2.2.2 Phuang phàp phò hàp thu 33 2.6.4 Phuang phàp kinh hién vi truyén qua TEM 2.6.5 Phuang phàp phò huynh quang 34 35 CHU'ONG KÉT QUA THlTC NGHIÉM VÀ THÀO LUÀN 3.1 Che tao màu 37 37 3.1.1.Chè tao hat nano ZnO 37 3.1.2 Chétao màng SÌO2 chùa càc hat nano ZnO 38 3.1.2.1 Che tao màng SÌO2 3.1.2.2 Chétao màng SÌO2 chùa càc hat nano ZnO 3.1.3 Chétao màng chùa ion dàt hiém Eu^"^ mang nén SÌO2 3.2 Két qua 3.2.1 Màu hat nano ZnO 3.2.1.1 Két qua phàn tich càu trùc cùa hat nano ZnO 3.2.1.2 Két qua hình ành TEM 38 38 39 40 40 40 43 3.2.1.3 Két qua phó hàp thu, su phu thuóc cùa kich thuóc hat nano ZnO vào thài gian de màu 44 3.2.1.4 Phò huynh quang kich thich huynh quang cùa hat nano ZnO 46 3.2.2 Màu màng Si02:ZnO 3.2 2.1 Két qua phàn tich càu trùc 3.2.2.2 Phó huynh quang cùa màu Si02:ZnO 48 48 50 3.2.3 Màu màng Si02:Eu^'' ^^ 3.2.3.1 Phò huynh quang kich thich huynh quang cùa ion Eu "" mang nén SÌO2 3.2.3.2 Phị huynh quang cùa màng Si02:Eu^'" co so lóp phù khàc .53 KÉTLUÀN TÀI LIÉU THAM KHÀO ^^ ^^ Vcit li K4H SCIENTIFIC PROJECT BRANCH: PHYSICS PROJECT CATEGORY: NATIONAL LEVEL Title:Prepatation and investigation of ZnO material with nanostructure, Code: QT-07- 16 Managing Institution: Vietnam National University, Hanoi Implementing Institution: Hanoi University of Science Collaborating Institutions Coordinator: Assoc Prof Dr Nguyén Thi Thuc Hien Key implementors: Ms Ngo Xuan Dai and Ms Nguyén Chi Tlianh Duration: 12 months (from Aprii/ 2007 to Aprii/ 2008) Budget: 20.000.000 VND 10 Main results: - Results in science and technology • Preparing ZnO nanoparticles with diameter of 3.5 nm by sol gel method • Preparing ZnO tetrapods by evaporation mcihod • Investigating structural and optical properties - Results in training: Master: Bachelor: - Publications: 11 Evaluation grade PHIÉU DÀNG KY KÉT QUA NGHIÈN CÙtl KH-CN Tén de tài (hoac dir àn): Che tao nghién cùu vat liéu ZnO co càu trùc nano Ma so: QT- 07-16 Co quan chù tri de tài: Triròng Dai hoc Khoa hoc Khoa hoc Tir nhién Dia chi: 334 Nguyén Trai, Thanh Xuàn, Ha Nói Tel: Co quan quàn ly de tài: Dai hoc Quóc già Ha Nói Dja chi': So 144 Dng Xn Thùy, Càu Giày, Ha Nói Tel: Tịng kinh phi thirc chi: Trong dị: - Tu ngàn sàch Nhà nc: 20.000.000 d - Kinh phi cùa trng: Khóng - Vay tin dung: Khóng - Vón tir co: Khóng - Thu hói: Khịng Thòi gian nghién cùu: 12 thàng Thòi gian bàt dàu: 4/2007 Thòi 2ian két thùc: 4/2008 Tén càc càn bò phói hgp nghién cùu: CN Ngó Xuàn Dai CN Nguyén Chi Thành So dàng ky de tài Ngày: 16.4.2007 So chùng nhàn dàng ky két qua nghién cùu: Bao mài: a Phó bién róng rài: b Phị bién han che: e Bào màt: Tóm tàt ké't qua nghién curu: • • ^ che tao thành cịng càc nano ZnO dang bón cành (tetrapod) bàno phuano phap hoc bay bot kem don gian Dà rat dugc su hình thành hình thài cùa dói voi^cac dieu kién cóng nghé khàc su ành hng cùa diéu kién cóna nahé dén quang huynh quang cua càc màu che tao ^ ^" Dà che tao thành cịng càc hat nano ZnO co kfch thc giói han aiam O,Q luon tu ( kich thuac trung bình khồng 3.5 nm) bang phuong phàp hóa sol-gd don^ian Dà dna cóng càc hat nano ZnO vào mang nén SiO, co pha càc ion dàt hiém^^Eu" de tang cuang phàt quang cùa càc ion dàt hié'm Dà thu duac su tane huvnh quana dàn^^ ké nàng luang dugc truyén tu càc hat nano ZnO ^ ' "" ^ Dà huóng din hoc vién cao hoc ( dà bào ve ln vàn) I kkóa ln tịt n-hièp Dai hoc Chinh quy chuyén ngành Vàt ly Chat ràn - •^' • Co bào cào bào khoa hoc Kién nghi ve quy mị dói tuong àp dung nghién cùu Chù nhiém de tài Ho tén Thù trirang caquan chù tri de tài Chù tich Hói dịng danh già chinh thuc Thù trúng caquan qn ly de tài Nguyén Thi fìiùty? àwc l'IiA Thuc Hién PGS.TSKH J ^ ^ ^ H : I ^{^A.J^fy^*^^ -^^'^ aéè ^ ' ^ì/iX^(M ... chiéu (day nano) , già khòng chiéu (chà'm nano) cùa ZnO dang tiéu diém cùa nhiéu cóng trình nghién culi gàn day Càc cà'u trùc nhu day nano (nanowires), bang nano (nanobelts), ó'ng nano (nanotubes),... cùa càc màu che tao dugc 19 Chuoìig CHE TAO CÀC HAT NANO ZnO 3.1 Chétao hat nano ZnO dua vào nén SiOjiEu^^ 3.1.1 Che tao hat nano ZnO Hat nano ZnO dugc che tao bang tién chat ban dàu axetat Zn(CH3COO)2... 19 2.3 Két luan chuang 19 Chuang 3: Che tao càc hat nano ZnO ' ' 20 3.1.Che tao hat nano ZnO dua vào nén Si02:Eu^'' 20 3.1.1 Chétao hat nano ZnO 20 3.1.2 Chétao màng SÌO2 pha tap ion dàt hiém