4. Các ứng dụng của vật liệu bán dẫn CdS và vật liệu nano bán dẫn từ
3.2.1. Hình dạng, thành phần và cấu trúc tinh thể
Để xác định hình dạng và ước lượng kích thước, chúng tôi tiến hành chụp ảnh TEM của các NC CdS và CdS:Mn chế tạo được. Hình 3.5 là ảnh TEM của các nano tinh thể CdS, CdS:Mn 5% và CdS:Mn 10%. Ảnh TEM
cho thấy các nano tinh thể CdS và CdS:Mn đều có hình dạng tựa cầu, phân bố kích thước khá đồng đều, biên hạt rõ ràng và đơn phân tán. Kích thước và hình dạng của các NC gần như không thay đổi khi pha tạp, dựa trên ảnh TEM kích thước của các NC khoảng 4 nm.
Hình 3.5: Ảnh TEM của các NC (a) CdS, (b)CdS:Mn 5% và (c)CdS:Mn 10%.
Để xác định sự có mặt và tỉ lệ các nguyên tố có trong các mẫu, chúng tôi tiến hành đo phổ EDX của các NC CdS, CdS:Mn1%, CdS:Mn5% và CdS:Mn10% (Hình 3.6). Sự hiện diện của các nguyên tố Cd, S, Mn trong mẫu được thể hiện rõ với các đỉnh đặc trưng tại các năng lượng tương ứng. Sự có mặt của các nguyên tố C, O là kết quả tồn dư của ligand và dung môi chế tạo trên bề mặt các NC. Kết quả trong bảng 3.1 cho thấy với các NC CdS thành phần hóa học của Cd là 42.64% còn thành phần hóa học của S là 57.36%, chứng tỏ hoạt tính hóa học của S mạnh hơn của Cd. Với các mẫu CdS:Mn, khi nồng độ Mn tăng dần thì % của Cd giảm dần. Kết quả này chứng tỏ đã có sự thay thế của ion Mn cho ion Cd. Nồng độ Mn xác định được bằng phổ EDX nhỏ hơn các giá trị tính toán khi làm thực nghiệm. Kết quả này có thể do một số ion Mn đã không thay thế được vị trí của các ion Cd, chúng tồn tại trên bề mặt của các NC hoặc trong dung dịch và bị loại bỏ trong quá trình li tâm.
Hình 3.6: Phổ EDX của các NC CdS (a), CdS:Mn1% (b), CdS:Mn5% (c) và CdS:Mn10% (d).
Bảng 3.1. Phần trăm mol (%), và phần trăm khối lượng (%) của các NC CdS
và CdS:Mn.
Mẫu Mol (%) Khối lượng (%)
Cd S Mn Cd S Mn
CdS 42.64 57.36 - 72.27 27.73 -
CdS:Mn1% 42.27 57.41 0.32 71.88 27.84 0.28 CdS:Mn5% 40.15 55.98 3.87 69.21 27.52 3.27 CdS:Mn10% 39.6 56.27 4.13 68.67 27.83 3.5
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các NC CdS không pha tạp và các NC CdS pha tạp Mn với nồng độ thay đổi từ 1-10% được thể hiện trên Hình 3.7. Với các NC CdS ta quan sát thấy ba đỉnh nhiễu xạ tại các góc 26.36, 44.15, 51.89o tương ứng với các mặt phẳng mạng (111), (220) và (311) phù hợp với cấu trúc tinh thể lập phương (cubic) kiểu ZB, nhóm đối xứng không gian làm F43m. Với các NC CdS:Mn, khi nồng độ Mn tăng thì ba đỉnh nhiễu xạ trên dịch nhẹ về phía góc 2θ lớn hơn. Kết quả này phù hợp với sự thay thế nhiều hơn của các ion Mn2+ cho các ion Cd2+ do bán kính ion Mn2+ (Å) nhỏ hơn bán kính ion Cd2+ [1,3]. Tuy nhiên không xuất hiện thêm các đỉnh mới trong giản đồ XRD chứng tỏ sự thay thế vị trí của các ion Cd2+ bằng các ion Mn2+ không làm thay đổi đến cấu trúc pha tinh thể.
Hình 3.7: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các NC CdS và CdS:Mn