Bột huỳnh quang ZnO pha tạp ion Cu2+ được chế tạo bằng phương phỏp khuếch tỏn bề mặt. Sử dụng bột ZnO chế tạo được bằng phương phỏp đồng kết tủa, sau đú dung muối Cu(NO3)2 như nguồn tạp chất. Cỏc ion Cu2+ được khuếch tỏn trong mạng nền ZnO bởi năng lượng nhiệt. Để khảo sỏt hỡnh thỏi cấu trỳc và tớnh chất quang của vật liệu, chỳng tụi cũng tiến hành cỏc phộp đo FESEM, XRD và PL, PLE. Cỏc kết quả nghiờn cứu được thảo luận chi tiết ở phần sau.
Kết quả khảo sỏt hỡnh thỏi bề mặt của bột ZnO:Cu bằng phương phỏp đồng kết tủa kết hợp với khuếch tỏn bề mặt được thể hiện trong hỡnh 3.7.
Hỡnh 3.7. Ảnh FESEM của bột ZnO:Cu (3%) ủ tại nhiệt độ 600 oC (a); 800oC (b); 1000 oC (c); 1200 oC (d)
Hỡnh 3.7 là Ảnh FESEM của bột ZnO:Cu (3%) ủ tại nhiệt độ 600 - 1200oC trong thời gian 1 giờ. Ở nhiệt độ ủ 600 oC, cỏc hạt bột huỳnh quang cú kớch thước cỡ 300 nm tới vài micromet và cú biờn hạt khỏ rừ ràng. Cỏc hạt bột huỳnh quang này cú dạng hỡnh khối. Tăng nhiệt độ ủ lờn 800 oC, kớch thước hạt bột huỳnh quang gần như khụng thay đổi. Ở nhiệt độ ủ cao hơn 1000 - 1200 oC, kớch thước cỏc hạt bột huỳnh quang tăng và phõn bố trong
khoảng từ 500 nm cho tới 3 - 5 micromet. Ở nhiệt độ ủ 1200 oC, biờn cỏc hạt bột huỳnh quang rất rừ ràng và bề mặt cỏc hạt bột nhẵn búng dạng khối cầu. Hỡnh dạng hạt bột huỳnh quang thay đổi từ dạng hỡnh khối sang dạng cầu cú thể do ở nhiệt độ ủ 1200 oC gần điểm núng chảy của ZnO nờn một phần lớp vỏ ZnO bị bay hơi. Mặt khỏc ở tại nhiệt độ ủ này cũng thấy bề mặt hạt bột ZnO cũng xuất hiện cỏc hạt nano màu trắng, cỏc hạt bột này cú thể do ở nhiệt độ cao Cu tương tỏc với Oxi bề mặt tạo ra lớp CuO và do ứng xuất nhiệt lớp màng oxit đồng co cụm lại thành dạng hạt như ta quan sỏt thấy.
Để khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến cấu trỳc tinh thể của vật liệu, chỳng tụi tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X từ nhiệt độ 600 - 1200 o
C. Kết quả khảo sỏt cấu trỳc của vật liệu được thể hiện trờn hỡnh 3.8.
Hỡnh 3.8. Phổ XRD của bột huỳnh quang ZnO:Cu đƣợc ủ ở cỏc nhiệt độ từ 600 - 1200 oC trong thời gian 1 giờ (a); Phổ XRD quan sỏt ở gúc nhiễu xạ hẹp (b)
Trờn phổ nhiễu xạ XRD hỡnh 3.8a cho thấy pha tinh thể ZnO nhận được là pha tinh thể lục giỏc (theo thẻ chuẩn PDF số: 01 - 075 - 6445) [4], [7], [19]. Ở nhiệt độ ủ 600 - 800 oC cỏc pha tinh thể quan sỏt được là đơn pha tinh thể ZnO. Tuy nhiờn ở nhiệt độ ủ cao hơn 1000 - 1200 oC cú xuất hiện cỏc đỉnh nhiễu xạ cú cường độ yếu, cỏc đỉnh nhiễu xạ này là của pha tinh thể CuO tạo ra. Kết quả này cũng tương tự như quan sỏt được trờn ảnh FESEM hỡnh 3.7. Quan sỏt ở gúc nhiễu xạ hẹp hơn (hỡnh 3.8b) ở mặt nhiễu xạ (101) cho thấy ở nhiệt độ ủ cao hơn từ 1000 - 1200 oC cú sự dịch lệch khỏ mạnh vị trớ đỉnh nhiễu xạ này (~ 0,06 độ). Nguyờn nhõn của sự dịch chuyển cỏc đỉnh nhiễu xạ khi nhiệt độ tăng là do khi ion Cu2+
khuếch tỏn vào mạng nền ZnO đó gõy ra ứng suất mạng và mặt khỏc như đó biết bỏn kớnh bohr (Cu2+: 0,73 Å, Zn2+: 0,74 Å).