4. Bố cục và nội dung của luận án
3.6.2. Phân tích tính chất quang của nano phát quang của DQs ZnSe:Mn-PEG
Quy trình tổng hợp ZnSe:Mn-PEG được trình bày ở phần thực nghiệm (mục 2.3.2). Sau khi xác định được thời gian và nhiệt độ tổng hợp tối ưu cho hạt ZnSe-PEG ta chọn điều kiện tối ưu này để tiếp tục thực hiện các phản ứng tổng hợp ZnSe pha tạp Mn để khảo sát sự ảnh hưởng của Mn pha tạp đến khả năng phát quang và cấu trúc của hạt nano. Kết quả nghiên cứu bằng phương pháp phổ tử ngoại khả kiến của các mẫu này được thể hiện ở hình 3.43.
Hình 3.43. Phổ hấp thu UV-Vis của QDs ZnSe:Mn-PEG ở các nồng độ Mn2+ khác nhau.
Sự hấp thu của NCs ZnSe pha tạp Mn sử dụng chất ổn định PEG bằng phổ UV- Vis. Theo hình 3.43 đỉnh hấp thu của các mẫu NC pha tạp Mn ở những nồng độ khác
79
nhau thì dịch chuyển không đáng kể, tinh thể nano ZnSe có vùng hấp thu quang ở bước sóng ≤363 nm.
Hình 3.44. Phổ PL (a) và ảnh của lõi ZnSe:Mn-PEG ở ánh sáng thường và dưới đèn UV-365 nm (b).
Các hạt nano tinh thể ZnSe-PEG được tổng hợp trong môi trường nước sử dụng chất ổn định PEG khi pha tạp mangan có màu đỏ dưới đèn UV-365 nm (Hình 3.44 b) trong khi các hạt ZnSe:Mn-MPA có màu vàng. Điều này có thể do tỷ lệ PEG/Zn2+ đã ảnh hưởng đến vị trí phát xạ ở 590 nm của tạp chất Mn2+ (Hình 3.44 a). Sự thay đổi màu rất nhỏ của hạt ZnSe:Mn-PEG là do sự sửa đổi bề mặt của hạt NC và giới hạn lượng tử [55, 223, 224]. Sự gia tăng thời gian phản ứng, số lượng ion Mn2+ ở bề mặt tăng dần giảm theo sự phát triển của vật liệu chủ ZnSe, và điều này gây ra khoảng cách ngày càng tăng từ các ion Mn2+ đến bề mặt của các tinh thể nano, dẫn đến sự truyền năng lượng từ ion Mn2+ đến trung tâm dập tắt trên bề mặt. Kết quả là, sự phát quang từ 4T1 đến 6A1 của các ion Mn2+ trở thành mạnh mẽ hơn [224]. Các hạt ZnSe:Mn-PEG có cường độ phát quang tăng lên so với hạt ZnSe-PEG, tâm phát quang Mn2+ đóng vai trò chủ đạo trong tính chất phát quang của hạt. Cường độ phát quang tại tâm Mn2+ ở bước sóng 590 nm đạt tối ưu khi tỉ lệ mol Mn2+/Zn2+ là 5% (hình 3.44). Cường độ phát quang của picở bước sóng 590 nm lớn hơn nhiều so với pic phát quang của ZnSe-PEG ở bước sóng 485 nm, pic của ZnSe-PEG yếu và bị lấn áp. Điều này có thể lý giải là do khi các ion Mn2+ thay thế các ion Zn2+ trong vật liệu chủ ZnSe (hình 3.45).
80
Hình 3.45. Mô hình pha tạp các ion Mn2+ trong tinh thể ZnSe-PEG.
Do vậy trong phổ hấp thụ và bức xạ của ZnSe:Mn-PEG ngoài các vạch và các đám đặc trưng cho sự tái hợp của các exciton tự do, exciton liên kết trên các mức “donor”, “acceptor” trung hoà, còn xuất hiện các đám rộng liên quan đến lớp vỏ 3d của ion Mn2+. Như vậy, việc pha tạp Mn vào ZnSe đã làm thay đổi tính chất quang của mẫu ZnSe khi đó tâm phát quang của Mn2+ đóng vai trò chủ đạo ở bước sóng 595 nm ứng với sự dịch chuyển 4T1-6A1 [207, 208]. Các NC ZnSe:Mn-PEG được pha tạp ở các nồng độ Mn2+ khác nhau khi được chiếu bởi đèn UV với bước sóng 365 nm cho màu phát xạ khác nhau (hình 3.45b). Cường độ phát quang quan sát dưới đèn UV trùng khớp với kết quả PL là ở tỉ lệ mol Mn2+/Zn2+ 5% đạt được cường độ phát quang cao nhất.
Hình 3.46. Phổ EDX của tinh thể nano ZnSe:5%Mn-PEG.
Sự hiện diện của Mn trong vật liệu ZnSe:5%Mn-PEG còn được thể hiện qua phổ EDX (hình 3.46). Hình này cho thấy sự có mặt các nguyên tố Zn, Se, O, C trong mẫu. Ngoài ra, không thấy sự có mặt của nguyên tố lạ. Chứng tỏ, hạt nano ZnSe:5%Mn- PEG được tổng hợp có độ tinh khiết cao.
81
Hình 3.47. Ảnh chụp TEM a) và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu