Kích thước thủy động lực học của chấm lượng tử bán dẫn CdTe/CdS được xác định qua đo đạc FCS với hệ đo tự xây dựng trong luận án. Các thông số kích thước đo được xác định như trong phần 3.1.2. Chấm lượng tử CdTe/CdS do Viện Khoa học Vật liệu tổng hợp [150] được phân tán trong nước. Chấm lượng tử sử dụng trong luận án có phổ hấp thụ mạnh trong vùng 300 – 400 nm, phổ huỳnh quang rộng trong vùng vàng - đỏ với cực đại tại bước sóng 574 nm (hình 3.13). Hệ đo FCS tự xây dựng thu tín hiệu phát xạ trong vùng bước sóng từ 565 nm trở lên, phù hợp cho đo đạc FCS của loại chấm lượng tử này.
Hình 3.13. Phổ h pấ thụ (hình trái) và phổ huỳnh quang (hình ph i) ả (bước sóng kích thích 532 nm) của CdTe/CdS.
Một vấn đề đáng chú ý khi tiến hành đo đạc FCS cho các hạt nano phát quang là dạng đường tương quan phụ thuộc vào cường độ kích thích [180]. Hiện tượng này cũng thể hiện rõ trong trường hợp chấm lượng tử bán dẫn [123]. Do đó, khảo sát các đường tương quan ở các mức năng lượng kích thích khác nhau được tiến hành cho chấm lượng tử CdTe/CdS. Kết quả được trình bày trong hình 3.14.
Hình 3.14. Sự thay đ iổ c aủ đường tương quan c aủ ch mấ lượng t ửCdTe/CdS theo công suất laze kích thích.
Dựa trên các kết quả đo, có thể kết luận rằng với công suất laze ≤ 30 µW, ảnh hưởng của công suất kích thích đến đường tương quan FCS là tối thiểu. Để đảm bảo có tỉ số tín hiệu/nhiễu đủ tốt nhằm thu được các kết quả đáng tin cậy, công suất laze = 30 µW được lựa chọn để tiến hành đo đạc
Đường FCS của mẫu CdTe/CdS được trình bày trong hình 3.15. Khớp đường thực nghiệm với hàm lý thuyết theo phương trình 1.14 cho giá trị thời gian khuếch
tán D = 160 µs. Thời gian khuếch tán của chấm lượng tử lớn hơn nhiều so với chất
màu RB, thể hiện kích thước của hạt nano (bảng 3.7). Từ giá trị D và các thông số của hệ FCS đã xác định trước, hằng số khuếch tán cho các chấm lượng tử CdTe/CdS thu được là D = 1,06 x 10-6 cm2s-1.
Hình 3.15. Đường tương quan G() của chấm lượng tử CdTe/CdS.
S li u th c nghi m bi u di n b ng các ch m đen,ố ệ ự ệ ể ễ ằ ấ
đường lý thuy t bi u di n b ng đế ể ễ ằ ường li n nét. Công su t laze = 30 µWề ấ .
Bảng 3.7. Kết quả đo FCS của chấm lượng tử CdTe/CdS so sánh với RB
Mẫu đo Cực đại huỳnh
quang f (nm) D (s) D (25oC) (x 10-6 cm2s-1) Đường kính hạt d (nm) FCS TEM CdTe/CdS 574 160 ± 15 1,06 4,6 0,2 3,6 – 4,1 RB 580 37,7 ± 2,0 4,5 - -
Từ phương trình Stokes-Einstein (phương trình 1.11)
�� �T =
6���
với các giá trị đã biết là độ nhớt của nước ở 25oC: = 8,9 x10-4 Pa.s [181], nhiệt độ đo T=298K, bán kính hạt của chấm lượng tử CdTe/CdS được tính như sau:
�h 6 ���T 1,38 × 10–23 × 298 = 6 × 3,14 × 8,9 × 10–4 × 1,06 × 10–6 × 104 (�) h = 2,3 × 10–9 (�) = 2,3 ��
Như vậy, đường kính thủy động lực học trung bình của chấm lượng tử tính toán được là 4,6 nm. Sai số đo ước lượng nhỏ hơn 10%.
Hình 3.16. Ảnh TEM của chấm lượng tử CdTe/CdS.
Kích thước thủy động lực học xác định theo FCS được so sánh với kích thước vật lý từ phép đo TEM (hình 3.16). Tuy nhiên, ảnh TEM không cho phép đánh giá chính xác phân bố kích thước của chấm lượng tử do chấm lượng tử có kích thước nhỏ và kết đám trên đế TEM. Kích thước của CdTe/CdS tính trực tiếp từ ảnh TEM nằm trong khoảng 3,5 đến 4,1 nm. Như vậy, kích thước thủy động lực học đo bằng FCS lớn hơn so với kích thước vật lý đo bằng TEM. Điều này hoàn toàn phù hợp do chấm lượng tử có lớp vỏ ngoài cùng là các phân tử hữu cơ nhằm phân tán hạt trong dung dịch nước, dẫn đến kích thước thủy động lực học thường lớn hơn kích thước vật lý.