Nồng độ Zn(NO3)2 và HMTA ảnh hưởng đến mật độ dây nano, chiều dài và
đường kính thanh ZnO trên chất nền. Để tìm hiểu mối quan hệ này, một loạt các thí nghiệm được tiến hành với sự thay đổi nồng độ chất đầu và giữ nguyên tỉ lệ nồng độ
muối kẽm và HMTA. Kết quả thực nghiệm cho thấy mật độ mảng thanh nano ZnO cũng nhưđường kính thanh có mối liên hệ mật thiết với nồng độ chất đầu.
Bảng 3.2. Các thông số khảo sát quá trình mọc nhiệt thủy phân
Mẫu CM( Zn(NO3)2) CM( HMTA ) Nhiệt độ Thời gian
M30 0,005 M 0,005 M 90oC 9 h
M4 0,02 M 0,02 M 90oC 9h
Hình 3.5.Ảnh FESEM đường kính thanh nano ZnO của 3 mẫu mọc trong dung dịch có CTAB, pH=6-7, 90oC, 9h với nồng độ: M30: 0,005M; M2: 0,01M; M4: 0,02M.
Khi tăng nồng độ từ 0,005M đến 0,02M, mật độ dây nano ZnO, chiều dài và
đường kính tăng lên (Hình 3.5, 3.6, 3.7). Đường kính thanh nano ZnO mọc trong dung dịch hỗn hợp Zn(NO3)2 và HMTA, pH=6-7, 90oC, 9h với nồng độ 0,005M (M30) là 75 nm; nồng độ 0,01M (M2) là 90nm; nồng độ 0,02M (M4) là 100 nm.
Chiều dài thanh nano ZnO mọc trong dung dịch hỗn hợp có Zn(NO3)2 và HMTA, pH=6-7, 90oC, 9h với nồng độ 0,01M (M2) là 1,7 µm; nồng độ 0,02M (M4) là 2,33 µm. Đối với dung dịch hỗn hợp (có 0,3g CTAB) Zn(NO3)2 và HMTA, pH=10-11, 90oC, 9h với nồng độ 0,01M (M20) thì chiều dài thanh nano ZnO là 1,82 µm; 0,02M (M23) là 4,4 µm.
Hình 3.6. Ảnh FESEM chiều dài thanh nano ZnO mọc trong dung dịch hỗn hợp Zn(NO3)2 và HMTA, pH=6-7, 90oC, 9h với nồng độ: M2: 0,01M; M4: 0,02M.
Hình 3.7. Ảnh FESEM chiều dài thanh nano ZnO mọc trong dung dịch hỗn hợp (có 0,3g CTAB) Zn(NO3)2 và HMTA, pH=10-11, 90oC, 9h với nồng độ: M20: 0,01M; M23: 0,02M.
Thế hóa học của kẽm bên trong lòng dung dịch tăng khi nồng độ dung dịch kẽm tăng. Để cân bằng thế hóa học của kẽm trong dung dịch, các trung tâm hạt nhân sẽ xuất hiện nhiều hơn trên bề mặt chất nền. Vì thế, mật độ, đường kính và chiều dài thanh nano ZnO tăng lên. Khi tăng nồng độ dung dịch kẽm lớn hơn nữa, mật độ dây nano ZnO sẽ giữ nguyên và gần như không đổi hoặc có khuynh hướng giảm chút ít. Mật độ bão hòa có thểđược giải thích bằng sự hình thành mầm mới và quá trình mọc. Mật độ dây nano được quyết định bằng số nhân ZnO hình thành vào thời điểm bắt đầu của quá trình mọc, các nhân này tiếp tục mọc lên từ mầm và tạo thành các thanh nano. Nếu có nhiều ion di chuyển đến chất nền thì chúng sẽ không bám vào mầm và phát triển thanh bởi bản thân trên chất nền đã tồn tại một lớp thanh nano đã mọc trước đó, vì thế các ion mới này khi di chuyển trên bề mặt chất nền thì khả năng chúng đi đến các dây nano đã có sẵn này là cao hơn nhiều so với khả năng hình thành thêm các nhân mới nên kích thước của các nhân không vượt quá kích thước giới hạn và chúng sẽ tan vào trong dung dịch. Trong trường hợp này, khi nồng độ dung dịch tiếp tục tăng lên thì mật độ dây nano không tăng lên nữa khi mật độ dây lớn hơn mật độ bão hòa. Điều này cũng giải thích nguyên nhân tại sao dây nano trong các thí nghiệm này có chiều cao đồng đều. Mặc dù mật độ dây nano giữ nguyên khi nồng độở mức cao, phần trăm độ bao phủ bề mặt tăng ít.