Hỡnh 3.1 là ảnh FESEM của bột ZnO nhận được bằng phương phỏp đồng kết tủa và ủ nhiệt tại 1000 oC trong thời gian 3 giờ và bột ZnO:Mn với nồng độ 3 % bằng phương phỏp khuếch tỏn nhiệt tại cỏc nhiệt độ 800 oC và 1000o
C trong thời gian 1 giờ.
Trờn ảnh FESEM (hỡnh 3.1a), bột ZnO nhận được bằng phương phỏp đồng kết tủa và ủ tại nhiệt độ 1000 o
C trong thời gian 1 giờ cú phõn bố kớch thước cỏc hạt bột khỏ rộng từ 100 nm đến vài micromet và bề mặt cỏc hạt bột mịn, nhẵn. Cỏc hạt bột ZnO này được sử dụng làm vật liệu nền cho quỏ trỡnh khuếch tỏn ion Mn2+ để tạo ra bột ZnO:Mn. Ảnh FESEM của bột ZnO:Mn (với nồng độ ion Mn2+ 3% mol) được ủ tại nhiệt độ 800 oC trong mụi trường khụng khớ (hỡnh 3.1b) cho thấy kớch thước cỏc hạt bột tăng đỏng kể so với kớch thước hạt bột ZnO ban đầu. Cụ thể, kớch thước hạt phõn bố trong khoảng từ 300 nm đến vài micromet. Ở nhiệt độ ủ này bề mặt cỏc hạt bột nhận được tương đối nhẵn. Khi tăng nhiệt độ ủ lờn 1000 o
C trong thời gian 1 giờ, ảnh FESEM trờn hỡnh 3.1c cho thấy trờn bề mặt cỏc hạt ZnO xuất hiện cỏc hạt nhỏ cú kớch thước vài chục nanomet. Nguyờn nhõn hỡnh thành cỏc hạt nano này cú thể là do sự hỡnh thành oxit mangan trờn bề mặt hạt bột ZnO.
Hỡnh 3.1. Ảnh FESEM bột ZnO nhận đƣợc bằng phƣơng phỏp đồng kết tủa đƣợc ủ ở nhiệt độ 1000o
C trong thời gian 3 giờ (a); bột ZnO:Mn (3%Mn) bằng phƣơng phỏp khuếch tỏn nhiệt tại nhiệt độ 800 oC (b) và 1000 o
C (c) trong thời gian 1 giờ
Trờn hỡnh 3.2 là phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của cỏc mẫu ZnO pha tạp Mn được khảo sỏt theo nhiệt độ ủ với nồng độ tạp chất là 3% Mn.
Hỡnh 3.2. Phổ XRD của bột ZnO:Mn (3%) khảo sỏt theo nhiệt độ ủ từ 600 – 1200 oC trong thời gian 1 giờ (a) và phổ XRD tập trung vào gúc hẹp (b)
Kết quả phõn tớch cỏc phổ XRD hỡnh 3.2a cho thấy cỏc mẫu nhận được sau khi ủ tại cỏc nhiệt độ khỏc nhau đều cú cỏc đỉnh nhiễu xạ cú cường độ mạnh tương ứng với cỏc mặt (100), (002), (101) đặc trưng cho pha lục giỏc của ZnO (theo thẻ chuẩn JCPDS No. 01 - 073 - 8765). Tuy nhiờn với cỏc mẫu khảo sỏt theo nhiệt độ từ 800 - 1200 oC trong thời gian 1 giờ với nồng độ ion Mn2+ khuếch tỏn là 3 %, khi quan sỏt ở gúc hẹp (vị trớ gúc 2 từ 31- 37 độ) hỡnh 3.2b khi nhiệt độ ủ tăng cỏc ion Mn khuếch tỏn vào mạng nền ZnO gõy ra ứng suất mạng dẫn tới làm dịch chuyển vị trớ đỉnh nhiễu xạ (bỏn kớnh ion Mn2+ là 0,8 Å trong khi ion Zn2+ là 0,74 Å) [14]. Ngoài ra, khi nhiệt độ khuếch tỏn tăng, bỏn độ rộng của cỏc đỉnh nhiễu xạ đặc trưng giảm, nguyờn nhõn là do kớch thước cỏc hạt sau khi ủ nhiệt tăng đỏng kể (ảnh FESEM H3.1) Để khảo sỏt sự ảnh hưởng của nồng độ pha tạp đến tớnh chất quang của vật liệu, chỳng tụi giữ nhiệt độ ủ ở 800 o
C và thay đổi nồng độ tạp Mn từ 0,5 - 7 %. Kết quả khảo sỏt phổ XRD được thể hiện trờn hỡnh 3.3.
Để khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ ion Mn2+
sử dụng để khuếch tỏn, chỳng tụi giữ cố định nhiệt độ khuếch tỏn là 800 oC trong thời gian 1 giờ và thay đổi nồng độ Mn trong khoảng từ 0,5 đến 7 %. Với nồng độ ion Mn2+
đưa vào khuếch tỏn dưới 5 % thỡ kết quả khảo sỏt XRD cho thấy trong mẫu ngoài pha lục giỏc của ZnO thỡ khụng quan sỏt thấy cỏc pha khỏc liờn quan đến muối MnCl2 hoặc cỏc oxit mangan (MnO hoặc MnO2) (hỡnh 3.3a). Quan sỏt phổ XRD ở gúc hẹp (hỡnh 3.3b) cho thấy cú sự dịch cỏc đỉnh phổ nhiễu xạ về phớa gúc 2 lớn hơn tăng khi nồng độ ion Mn2+ tăng. Tuy nhiờn, ở nồng độ ion Mn2+ cao hơn là 5 và 7 % thỡ gúc nhiễu xạ dịch chuyển khụng đỏng kể và trờn cỏc phổ nhiễu xạ ở cỏc nồng độ này cho thấy xuất hiện cỏc đỉnh nhiễu xạ cú cường độ yếu ở cỏc gúc 2 ~ 34,4 và 36,2 độ tương ứng với cỏc mặt nhiễu xạ (002) và (101) của pha MnO2. Kết quả này chứng tỏ rằng khi nồng độ pha tạp cao và ủ ở nhiệt độ 800 oC trong thời gian 1 giờ thỡ cỏc ion Mn2+
hướng kết đỏm và lấy một phần oxy trờn bề mặt hạt bột ZnO để tạo thành MnO2.
Hỡnh 3.3. Phổ XRD khảo sỏt theo nồng độ ion Mn pha tạp từ 0,5 - 7% ủ nhiệt tại 800 o
C trong thời gian 1 giờ (a) và phổ XRD tập trung vào gúc nhiễu xạ hẹp (b)