6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH
PHƢƠNG PHÁP HÓA MỘT ƢỚC.
Nano tinh thể Perovskite CsPbBr3 có hiệu suất phát quang cao và ổn định đã đƣợc chế tạo đơn giản bằng cách trộn các tiền chất Cs2CO3, PbBr2
trong dung môi iso-octan và gia nhiệt một bƣớc. Trong quá trình phản ứng, nhiệt độ và thời gian phản ứng là các thông số rất quan trọng để kiểm soát bƣớc sóng phát xạ và kích thƣớc của tinh thể nano CsPbBr3 perovskite. Đầu tiên chúng tôi khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng lên tính chất quang của hệ vật liệu CsPbBr3 perovskite QDs. Hình 3.1 trình bày cƣờng độ PL của CsPbBr3 perovskite QDs theo thời gian phản ứng và ở các nhiệt độ khác nhau. Ở nhiệt độ thấp (~ 40C), phổ PL của mẫu có một đỉnh tại bƣớc sóng ~ 434 nm hầu nhƣ không thay đổi mặc dù thời gian phản ứng đủ lâu (Hình 3.1 (a)). Điều này có thể đƣợc cho là perovskite CsPbBr3 đang ở trạng thái tạo mầm và các mầm tinh thể này phát triển rất chậm. Các hạt tinh thể bán dẫn kích thƣớc nhỏ có xu hƣớng phát quang vùng bƣớc sóng ngắn do hiệu ứng giam cầm lƣợng tử khi kích thƣớc tinh thể nhỏ hơn bán kính Bohr nhƣ đƣợc chỉ ra trong nhiều nghiên cứu trƣớc đó [9]. Khi nhiệt độ phản ứng tăng lên đến 60C với thời gian phản ứng từ 4-20 phút (Hình 3.1 b , đỉnh phát xạ có dạng phổ rộng và đỉnh phát xạ nằm trong khoảng 475 đến 515 nm. Kết quả này có thể là do các hạt mầm tinh thể CsPbBr3 đã phát triển thành các tinh thể lớn hơn. Tuy nhiên quá trình này cũng đang diễn ra chậm nên vẫn còn tồn tại các hạt tinh thể có kích thƣớc nhỏ và phân bố kích thƣớc hạt không đồng đều. Tiếp theo ở hình 3.1 (c), khi nhiệt độ phản ứng tăng lên đến ~
100°C, và thời gian phản ứng kéo dài hơn 8 phút, phổ phát xạ huỳnh quang của mẫu tập trung tại bƣớc sóng 515 nm. Điều này đƣợc cho là kích thƣớc tinh thể đã phát triển lớn hơn và không còn xảy ra hiệu ứng giam cầm lƣợng tử.
Nhìn chung, bƣớc sóng phát xạ của CsPbBr3 có thể đƣợc điều chỉnh bằng kiểm soát nhiệt độ trong cùng một khoảng thời gian, nhƣ trong hình 3.2. Sự phát quang của tinh thể nano CsPbBr3 có thể điều chỉnh đƣợc từ 434 đến 525 nm và màu phát ra của CsPbBr3 QDs trong phạm vi từ xanh lam đậm đến xanh lục.
H nh 3.1 Cƣờng đ PL của hạt nano tinh thể CsPbBr3 với các thời gian phản ứng khác nhau tại nhiệt đ tƣơng ứng là 40 oC(a), 60 oC(b) và 100 oC(c). ƣớc sóng kích
H nh 3.2 Phổ cƣờng đ huỳnh quang của CsPbBr3 QDs với nhiệt đ phản ứng khác nhau tại thời gian phản ứng là 12 phút. ƣớc sóng kích thích quang khi đo l 380nm)
Để quan sát r hơn quá trình hình thành nano tinh thể, chúng tôi tiến hành khảo sát cấu trúc hình thái của mẫu chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau trong thời gian 12 phút bằng phép đo hiển vi điện tử truyền qua nhƣ đƣợc thể hiện trong hình 3.3. Kích thƣớc tinh thể đƣợc quan sát trong hình 3.3 (a)-(c) cho thấy kích thƣớc hạt hình thành từ dƣới 5 nm với mẫu chế tạo ở 40°C, tăng lên 5-7 nm với mẫu chế tạo ở 60°C và > 10 nm ở nhiệt độ > 100°C. Quá trình hình thành tinh thể CsPbBr3 có thể đƣợc đề xuất theo ba bƣớc: Bƣớc 1, vào giai đoạn đầu, CsCO3 phản ứng với axit Oleic để hình thành phức chất Cs- oleic. Tiếp theo (bƣớc 2), phức này phản ứng với PbBr2 để tạo hạt mầm CsPbBr3. Cuối cùng bƣớc 3), các hạt mầm phát triển thành các tinh thể
CsPbBr3 có kích thƣớc lớn dần nhƣ đƣợc chỉ ra trong phổ PL với các đỉnh dịch về phía bƣớc sóng dài khi thời gian phản ứng kéo dài từ 4 đến 24 phút. Suốt trong giai đoạn phản ứng cuối cùng (24 phút , phổ phát xạ PL của dung dịch chứa hạt nano tồn tại ở bƣớc sóng ~ 515 nm và thay đổi một chút về cƣờng độ, cho thấy rằng các hạt mầm CsPbX3 đã phát triển để tạo thành nano tinh thể CsPbX3 QDs (xem Hình 3.3 (c)).
H nh 3.3 Ảnh hƣởng thời gian chế tạo lên cấu trúc hạt nano CsPbBr3.
Kết luận: Nhiệt độ và thời gian phản ứng là các thông số rất quan trọng để kiểm soát bƣớc sóng phát xạ và kích thƣớc của tinh thể nano CsPbBr3
perovskite. Bƣớc sóng phát xạ thay đổi phụ thuộc vào kích thƣớc tinh thể của vật liệu. Mẫu chế tạo ở nhiệt độ ~ 100°C trong thời gian 12 phút có hiệu suất phát quang tốt nhất ở bƣớc sóng xanh lục ~ 515 nm. Các mẫu chế tạo ở nhiệt độ thấp hơn cho bƣớc sóng phát xạ dịch về phía ánh sáng xanh lam với hiệu suất thấp; và trên thực tế chúng cũng không bền và nhanh chóng đổi màu sau một vài ngày chế tạo. Trong phần tiếp theo, chúng tôi trình bày việc nghiên