Hiệu suất lượng tử và thời gian sống phỏt quang

Cỏc mẫu với cỏc nhúm chức năng khỏc nhau trờn bề mặt hạt đều được đo hiệu suất lượng tử (HSLT) Q và thời gian sống phỏt quang (TGSPQ) τ. Từ cỏc giỏ trị của Q và τ, vận tốc hồi phục bức xạ (HPBX) Γ_r và khụng bức xạ (HPKBX) Γ_nr

đó được tớnh toỏn cho cỏc mẫu. Kết quả này được trỡnh bày trong Bảng 3.1.

Cỏc kết quả trong Bảng 3.1 cho thấy TGSPQ τ và HSLT Q của phõn tử RB trong cỏc mẫu này đều dài hơn và lớn hơn so với của phõn tử RB tự do trong nước. Cỏc kết quả tương tự đối với tõm màu FITC cũng đó được bỏo cỏo [25]. Từ cụng thức 1.1 cú thể thấy là HSLT tăng do sự tăng của thời gian sống τ và vận tốc HPBX Γ_r.

Cỏc thụng số quang học của cỏc phõn tử RB trong hạt nano phụ thuộc vào tương tỏc của tõm màu nằm trong lỗ xốp với cỏc nhúm chức năng trờn bề mặt lỗ xốp và trờn bề mặt hạt. Cỏc mẫu trong dóy mẫu này cú cỏc nhúm chức bề mặt khỏc nhau nờn tương tỏc giữa cỏc phõn tử RB với nền silica của cỏc hạt rất đa dạng. Tuy nhiờn, từ cỏc thụng số của phổ hấp thụ và huỳnh quang cú thể thấy ngay là cỏc tương tỏc kể trờn là yếu vỡ độ dịch của đỉnh hấp thụ chỉ là 3-5 nm và độ dịch của đỉnh huỳnh quang chỉ là 4-6 nm so với phổ của phõn tử RB tự do. Mặt khỏc, dóy mẫu này cú cỏc chỉ số PdI cao (>0,2), tức là cú hiện tượng tụ đỏm giữa cỏc hạt, vỡ thế cần xem xột ảnh hưởng của chỉ số này tới tớnh chất quang của hạt như thế nào?

Dóy mẫu này cho thấy độ tăng cường độ huỳnh quang bị ảnh hưởng mạnh bởi độ phõn tỏn của hạt: mẫu SiO2-NH₂ cú hiệu suất lượng tử lớn nhất (0,33), nhưng cường độ huỳnh quang khụng phải cao nhất do cỏc hạt bị kết đỏm (PdI = 0,38). Mẫu SiO2-SH cú hiệu suất lượng tử 0,32 và cú độ đơn phõn tỏn tốt (PdI = 0,21) cho cường độ huỳnh quang cao gấp ~1,5 lần so với cỏc mẫu khỏc. Ngoài ra, như đó nờu ở trờn, cỏc mẫu cú cỏc nhúm chức bề mặt khỏc nhau nờn cường độ huỳnh quang của cỏc mẫu bị ảnh hưởng mạnh do tương tỏc của tõm màu với cỏc nhúm chức trong lỗ xốp và trờn bề mặt hạt.

Từ kết quả thời gian sống và hiệu suất lượng tử, vận tốc HPBX và HPKBX của cỏc hạt nano silica chứa RB cú cỏc nhúm chức năng khỏc nhau cũng được đỏnh giỏ, cỏc kết quả được trỡnh bày trong Bảng 3.1.

Hiệu suất lượng tử và thời gian sống phỏt quang τcủa dóy mẫu này đều tăng so với phõn tử RB tự do trong nước. Hơn nữa, cỏc số liệu cũng cho thấy HSLT tăng chủ yếu do vận tốc HPBX Γ_rtăng và TGSPQ τtăng chủ yếu do vận tốc HPKBX Γ_nr

mụi trường lỏng, chứng tỏ cỏc nhúm chức khụng ảnh hưởng mạnh tới tớnh chất quang của cỏc phõn tử màu trong hạt.

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 Thờ i g ia n số ng phá t qua ng Vận tốc hồi phục không bức xạ 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 Thờ i g ia n số ng phá t qua ng Vận tốc hồi phục không bức xạ

Bảng 3.2. Cỏc thụng số về kớch thước theo cỏc phương phỏp đo khỏc nhau Hỡnh minh họa Mẫu Kớch thước (nm) DLS (phõn bố theo cường độ) Chỉ số PdI Hệ số khuếch tỏn D (x10^-6- cm².s^-1) TEM FCS ^DLS SiO₂-NH₂&OH 25-30 _{112 ± 10%} 2345 ± 10% 73 45 (41%) 212 (59%) 0,45 _0,02 0,001 SiO₂-NH₂ 25-30 41 ± 10% ^{63 124 0,38} 0,06 SiO₂-COOH 25-30 _{522 ± 10%} 72 106 (96%) 3314 (4%) 0,33 _0,005 SiO₂-SH 30-35 28 ± 10% 50 10 (0,5%) 61 (98%) 4571 (1,5%) 0,21 0,09 SiO₂-OH 35-45 34 ± 10% 50 61 0,13 0,07 NH2 OH H2N HO NH2 NH NH H2N H2N NH2 OH OH HO HO OH

Hỡnh 3.11 biểu diễn đường cong tương quan huỳnh quang của cỏc mẫu với cỏc nhúm chức khỏc nhau. Cú hai nhúm kớch thước rừ rệt:

Hỡnh 3.11. Đường tương quan huỳnh quang của cỏc mẫu cú nhúm chức khỏc nhau

- Nhúm kớch thước nhỏ gồm 2 mẫu với nhúm chức NH2cú kớch thước 41 nm và SH cú kớch thước 28 nm. Cỏc kớch thước này gần với kớch thước từ ảnh TEM.

- Nhúm kớch thước lớn gồm 2 mẫu với nhúm chức NH2&OH với hai loại kớch thước là 112 và 2345 nm, và PEG-COOH kớch thước 522 nm. Cỏc kớch thước trờn là rất lớn so với kớch thước xỏc định bằng ảnh TEM.

So sỏnh kết quả trờn với cỏc kết quả đo TEM và DLS cho thấy (Bảng 3.2): - Nhúm kớch thước nhỏ cú kớch thước FCS gần với kớch thước xỏc định từ ảnh TEM và DLS. Mặt khỏc, ảnh TEM cho thấy trong mẫu nhúm -SH cũn cú một số hạt cú kớch thước nhỏ (Hỡnh 3.1). Điều này được phản ỏnh qua kết quả đo DLS (Hỡnh 3.12): trong mẫu cú 3 loại kớch thước φ = 61 nm là chủ yếu, chiếm 98%; φ = 10 nm chiếm 0,5% và φ = 4571 nm, chiếm 1,5%. Trờn ảnh TEM khụng quan sỏt được hạt lớn 4571 nm.

Sự trựng hợp giữa cỏc kết quả FCS, TEM và DLS của hạt SiO2-NH₂cho thấy kớch thước hạt tương đối đồng đều và hiện tượng tụ đỏm khụng thật rừ rệt.

τ (ms) G(τ)

Hỡnh 3.12. Phõn bố kớch thước hạt theo cường độ của phương phỏp DLS: SiO2- NH₂&OH (a), SiO₂-NH₂ (b), SiO₂-COOH (c), SiO₂-SH (d)

- Mẫu SiO2-NH₂&OH cú kết quả DLS và FCS trựng hợp với nhau. Cả hai phộp đo đều phản ỏnh trong mẫu cú hai loại kớch thước chứng tỏ cú hiện tượng tụ đỏm. Tuy nhiờn, kết quả DLS chỉ ra hai kớch thước là 45 nm và 212 nm, cũn FCS cho kết quả lớn hơn do đường fit khụng tốt. Ảnh TEM cú phản ỏnh hiện tượng tụ đỏm nhưng khụng rừ rệt như của DLS.

- Mẫu SiO2-COOH cú kết quả FCS cho một kớch thước lớn 522 nm, khỏc hẳn kớch thước 25-30 nm của ảnh TEM. Kết quả DLS cũng thấy cú 2 loại kớch thước φ = 106 nm, chiếm 96% và φ = 3314 nm, chiếm 4% cũng chứng tỏ cú hiện tượng tụ đỏm.

3.2. Kết quả chế tạo hạt nano silica với cỏc kớch thước khỏc nhau theo phương phỏp micelle thuận