2. Chế tạo và khảo sát tinh thể phát quang ZnS:Mn
2.4.3. Ảnh hưởng của việc bọc SiO2 lên bề mặt tinh thể
Tinh thể tạo ra có cỡ hạt rất bé nên năng lượng bề mặt rất lớn. Các hạt tạo ra dễ dàng kết tụ lại tạo thành hạt lớn hơn. Muốn cho các hạt tinh thể vừa hình thành không kết tụ với nhau ta phải thực hiện phép biến tính bề mặt làm giảm năng lượng bề mặt của tinh thể. Phủ SiO2 lên bề mặt tinh thể vừa tạo ra là phương pháp biến tính bề mặt để đạt được mục đích này. Để tạo ra lớp phủ SiO2 trên bề mặt tinh thể phải tạo ra được kết tủa SiO2 đồng thời với kết tủa ZnS:Mn. Sau đó SiO2 sẽ bị hấp phụ lên bề mặt tinh thể ZnS:Mn vừa tạo ra. Nguồn cung cấp SiO2 lấy từ nhiều dạng khác nhau như: Na2SiO3, TEOS…
Trong đồ án này em dùng TEOS làm nguồn cung cấp SiO2. Cơ chế của quá trình này như sau: TEOS là hợp chất có công thức (C7H5O)nSi.nH2O.
Trong môi trường trung tính TEOS thuỷ phân chậm. Khi kết tủa, ZnS tạo theo phản ứng:
Zn(CH3COO)2 + Na2S → ZnS↓ + 2NaCH3COO
Phản ứng tạo ra NaCH3COO làm pH tăng lên giá trị khoảng 8÷ 10. Ở pH này thì TEOS thuỷ phân tạo ra SiO2 theo phản ứng:
(C7H5O)4Si + 4H2O → 4C7H5OH + Si(OH)4 Si(OH)4 → SiO2.2H2O
SiO2.H2O tạo ra sẽ bị hấp phụ lên bề mặt tinh thể tạo thành vỏ bọc tinh thể, ngăn cản quá trình kết tụ các hạt.
2.4.3.1. Chế tạo mẫu
Dung dịch TEOS 0,5M sử dụng để chế tạo mẫu được pha từ TEOS nguyên chất. Do TEOS thủy phân trong môi trường nước nên em không pha TEOS bằng nước cất mà pha trong dung môi là cồn etylic tuyệt đối ( nồng độ cồn ≥ 99,6% theo như tiêu chuẩn nhà sản xuất ghi). Sau khi pha đủ các dung dịch, em tiến hành chế tạo mẫu với thành phần các mẫu như bảng sau:
Bảng 5 Mẫu V (ml)
M3 M3Si1 M3Si2 M3Si5 M3Si10
dd Zn2+ 1M 10 10 10 10 10 dd Mn2+ 0.1M 3 3 3 3 3 dd S2- 1M 10 10 10 10 10 dd TEOS 0,5M 0 1 2 5 10 Nước cất 80 80 80 75 70 [Si]/[Zn] % 0 5 10 25 50
Kỹ thuật phản ứng tương tự như đối với chế tạo các mẫu của Tween 80. Chỉ khác là ở đây thay tác nhân Tween 80 bằng TEOS.
2.4.3.2. Đánh giá độ phát quang
Các mẫu trong bảng 5 sau khi chế tạo ra được xác định độ phát quang bằng cách chụp ảnh phát quang dưới đèn tử ngoại bước sóng λ = 320 nm. Do điều kiện không cho phép nên các mẫu này không đem đi chụp phổ huỳnh quang được. Ảnh chụp phát quang của các mẫu này như sau.
Hình 33: Các mẫu phát quang ở bảng 5
Từ trái qua phải lần lượt là các mẫu M3, M3Si1, M3Si2, M3Si5, M3Si10 tương ứng với các thành phần như trong bảng 5.
Nhận xét: Từ kết quả trên ta đi đến các kết luận sau:
+ Việc phủ bề mặt tinh thể bằng SiO2 làm tăng độ phát quang của ZnS:Mn. Theo ảnh trên có thể thấy các mẫu có bổ sung TEOS (đồng nghĩa với việc có bọc SiO2) thì phát quang tốt hơn mẫu bình thường (M3).
+ Trong các mẫu trên thì mẫu M3Si2 và M3Si5 là sáng nhất chứng tỏ hàm lượng SiO2 thích hợp là [Si]/[Zn] nằm trong khoảng từ 10 ÷ 25%. Vượt quá giới hạn này thì độ phát quang của mẫu sẽ giảm theo sự tăng hàm lượng
ra nhiều và nó bọc kín bề mặt tinh thể chất phát quang. Ngăn cản việc hấp thụ bức xạ kích thích phá (tia tử ngoại) và đồng thời cũng ngăn cản bức xạ phát quang (ánh sáng phát quang). Như vậy mọi yếu tố ảnh hưởng đã xét trên đây đều có hai mặt là làm tăng và làm giảm độ phát quang. Mức độ ảnh hưởng của hai mặt này phục thuộc vào hàm lượng chất phụ gia đang cho vào. Thường khi hàm lượng chất phụ gia cho vào lớn thì mặt thứ hai( làm giảm độ phát quang) thể hiện rõ. Và cũng từ khảo sát sự phụ thuộc này em đã tìm ra được các giá trị tối ưu. Ở đó độ phát quang tăng mạnh hơn so với khi không có mặt chất phụ gia.