Để nghiên cứu sự phụ thuộc của phổ huỳnh quang vào t lệ tiền chất ban đầu, tiến hành khảo sát phổ huỳnh quang của các mẫu nano tinh thể ZnO được chế tạo từ ZnCl2 và (NH4)2CO3 với t lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 lần lượt là 1/1, 1/1,5 và 1/2 (Hình 4.2).
Có thể thấy, phổ huỳnh quang của các mẫu chế tạo được đều có hai đ nh phát xạ đặc trưng của vật liệu ZnO. Khi mẫu được chế tạo với t lệ ZnCl2/(NH4)2CO3 là 1/1, phổ huỳnh quang nhận được có hai đ nh phát xạ: một đ nh gần vùng tử ngoại với cường độ mạnh ở bước sóng 390 nm và một đ nh không rõ nét xuất hiện như một vai của đ nh 390 nm với cực đại ~ 460 nm. Khi t lệ là 1/1,5, phổ huỳnh quang nhận được gồm hai đ nh tách biệt tại các bước sóng 400 nm và 530 nm, khi tiếp tục tăng t lệ (NH4)2CO3, phổ huỳnh quang nhận được vẫn tồn tại đ nh phát xạ ở bước sóng 390 nm với cường độ giảm nhẹ và một dải phổ rộng có đ nh ở bước sóng 530 nm có cường độ mạnh.
Khi tăng t lệ (NH4)2CO3, phát xạ trong vùng nhìn thấy có xu hướng chiếm ưu thế hơn so với phát xạ vùng gần tử ngoại. Điều này cho thấy, khi t lệ các chất
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Vũ Thị Hằng 2102243 26
ban đầu thay đổi, cấu trúc mạng nền thay đổi, dẫn đến tính chất quang của vật liệu thay đổi.
Hình 4.2 Phổ PL của các mẫu ZnO với t lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 thay đổi Để khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất quang của nano tinh thể ZnO, tiến hành so sánh phổ PL của các mẫu ZnO chế tạo được trong cùng điều kiện, nhưng nung ở các nhiệt độ khác nhau: 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C trong 5 giờ.
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Vũ Thị Hằng 2102243 27
Phổ huỳnh quang nhận được của các mẫu chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa khi nung ở các nhiệt độ cao cũng đều có một đ nh phát xạ tử ngoại (UV) ở ~380 nm và một dải phát xạ rộng ở vùng nhìn thấy. Đ nh phát xạ UV được giải thích là do do sự tái hợp vùng – vùng và phát xạ ở vùng nhìn thấy do các trạng thái sai hỏng gây ra trong mạng nền ZnO.
Hình 4.4 Phổ PL của các mẫu ZnO với t lệ mol là 1/1,5
Hình 4.5 Phổ PL của các mẫu ZnO với t lệ mol là 1/1
Ở điều kiện t lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 là 1/2, phổ PL có hai đ nh phát xạ : phát xạ vùng UV tại ~375 nm và các phát xạ ở vùng vàng - đỏ, cường độ phát xạ
Luận văn tốt nghiệp đại học
SVTH: Vũ Thị Hằng 2102243 28
ở vùng UV và vùng vàng - đỏ đều tăng khi nhiệt độ nung tăng từ 200°C đến 500°C, khi nhiệt độ tăng cao hơn nữa thì cường độ hai phát xạ cùng giảm mạnh.
Với mẫu chế tạo ở t lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 1/1,5, khi tăng nhiệt độ nung, phổ PL có các phát xạ tại vùng UV và tại vùng vàng – cam. Phát xạ ở UV có cường độ tăng dần và đặc biệt tăng mạnh khi nhiệt độ trên 400°C (~3,5 lần), phát xạ vùng xanh lục - cam giảm mạnh khi nung mẫu ở 300°C và giảm nhẹ khi nhiệt độ nung cao hơn, kết quả này cho thấy có sự cải thiện trong tinh thể ZnO, các sai hỏng giảm đáng kể, tinh thể kết tinh tốt và khả năng kết tinh của tinh thể tăng lên theo nhiệt độ nung.
Đối với mẫu chế tạo ở t lệ mol ZnCl2/(NH4)2CO3 là1/1, phổ PL có hai đ nh phát xạ: phát xạ UV tại ~375 nm và phát xạ rộng ở vùng xanh lục – cam. Khi nung nhiệt độ từ 200°C đến 400°C, cường độ đ nh phát xạ UV tăng trong khi phát xạ ở vùng xanh lục – cam giảm dần, khi nhiệt độ nung trên 400°C thì cường độ hai phát xạ này có xu hướng thay đổi ngược lại
Quan sát kỹ, có thể nhận thấy ở cả ba t lệ nồng độ, có sự dịch chuyển xanh của đ nh UV khi nhiệt độ tăng từ 200°C lên 500°C (từ 377 nm về 375 nm, từ 386 nm về 382 nm đối với t lệ là 1/1,5 và từ 377 nm về 372 nm đối với t lệ là 1/2), nhưng khi nhiệt độ tăng lên trên 500°C, đ nh UV lại có sự dịch chuyển đỏ (từ 375 nm về 377 nm, từ 380 nm về 385 nm đối với t lệ là 1/1,5 và từ 372nm về 376 nm đối với t lệ là 1/2). Còn các phát xạ ở vùng nhìn thấy, ở cả hai tỷ lệ 1/1,5 và 1/2, khi tăng nhiệt độ nung mẫu đều có sự dịch chuyển đỏ (từ 570 nm 602 nm với t lệ là1/1,5, từ 587 nm về 649 nm đối với t lệ là 1/2).
Từ các kết quả phân tích phổ PL ở trên cho thấy, điều kiện nhiệt độ và tiền chất ban đầu có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất quang của nano tinh thể ZnO. Và việc tiếp tục nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn về cơ chế phát quang của nano tinh thể ZnO là cần thiết.