Hình 3.9. Cấu trúc tinh thể ZnO
Nano ZnO là một loại vật liệu mới II-VI thuộc họ thể bán dẫn vùng cấm rộng, có hằng số mạng lưới và độ rộng vùng cấm gần với của GaN, nhưng so với GaN, ZnO có điểm nóng chảy và năng lượng liên kết exiton cao hơn, tính ngẫu hợp cơ điện cũng vượt trội hơn hẳn. ZnO ở nhiệt độ thường có cấu trúc ổn định là wurtzite lục giác, độ rộng vùng cấm là 3.37eV, có độ rộng vùng cấm tương tự như của nano TiO2, năng lượng liên kết exiton của nó là 60meV, là điển hình của vật liệu xúc tác quang bán dẫn có tính năng ưu việt. Tham số mạng tinh thể của nó là α=3.255Ǻ, c=5.2073Ǻ, Z=2. Cấu trúc tinh thể của nó như thể hiện trên hình 3.9.
Do nano ZnO có tinh năng quang học và điện học vượt trội, cho nên nó được ứng rụng rộng rãi trong nhiều phương diện và lĩnh vực, như trong vật liệu
cấp thấp của pin năng lượng mặt trời, thiết bị kiểm tra tia tử ngoại, LED, LD, xúc tác quang, xúc tác quang điện, pin nhạy cảm năng lượng mặt trời, chất chống tia tử ngoại, chất tẩy trắng,... Phương pháp chế tạo vật liệu ZnO dựa theo trạng thái ban đầu của vật chất có thể chia thành 3 loại lớn là phương pháp pha rắn, phương pháp pha lỏng và phương pháp pha khí. Trong đó phương pháp pha lỏng có ưu thế là công nghệ tổng hợp đơn giản, tiêu hao nguyên liệu thấp, dễ khống chế thành phần sản phẩm,... do vậy, phương pháp pha lỏng luôn chiếm ưu thế chủ yếu trong chế tạo vật liệu nano ZnO. Mà trong rất nhiều phương pháp pha lỏng như phương pháp sol-gel, phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp tổng hợp mẫu, phương pháp ngoại diên chùm phân tử, phương pháp cấy hạt tinh thể, phương pháp nhiệt dung dịch và phương pháp thủy nhiệt, phương pháp thủy nhiệt do có ưu điểm là thời gian phản ứng ngắn, tốc độ phản ứng nhanh, tính năng sản phẩm ưu việt,... cho nên được rất được xem trọng. Liu và các cộng sự trong quá trình chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt, thông qua việc điều chỉnh công nghệ phản ứng đã chế tạo ra nano ZnO dạng hoa, họcũng đã sử dụng kỹ thuật XRD, SEM và quang phổRaman để phân tích và nghiên cứu cấu trúc vật liệu và cấu tạo vi mô của tinh thể của vật liệu nano hoa này, hình dạng của nano hoa như thể hiện trên hình 1-12 [117]. Yin và các cộng sự trong quá trình chế tạo vật liệu nano ZnO cho thêm vào chất hoạt tính bề mặt C12H25―OSO3Na đã chế tạo ZnO dạng hoa cúc (Hình 3.10), đồng thời sử dụng các kỹ thuật SEM, TEM, SAED, HRTEM, XRD,... tiến hành phân tích đặc trưng bề mặt của vật liệu, kết quả cho thấy ZnO dạng hoa cúc là đơn tinh thể wurtzite lục giác có cấu trúc lăng trụ nano một chiều, đồng thời ZnO này phát triển theo phương trục tinh thể ZnO (0001) [118]. Nhóm nghiên cứu cảu Ji và Liu đi tiên phong trong việc sử dụng phương pháp thủy nhiệt để chế tạo nano ZnO dạng trụ [117,119], còn nhóm nghiên cứu của Choy người Hàn Quốc tổng hợp ra nano ZnO sợi và cấu tạo với san hô tạo nên vật liệu nano ZnO [120].
Nhóm của Yang Peidong lợi dụng điều kiện pha lỏng chế tạo ra mảng nano dạng thanh ZnO có diện tích lớn, thêm thuốc nhộm chế tác ra tấm pin năng lượng mặt trời [121]. Với sự hoàn thiện không ngừng của điều kiện công nghệ thủy nhiệt chế tạo ZnO, rất nhiều hình dạng kỳ lạ của nano ZnO lần lượt được nghiên cứu phát hiện ra, như nano rừng cây (Hình 3.12),...[122].
Hình 3.10. Ảnh SEM của ZnO dạng hoa được tổng
hợp
(a) độ phóng đại 10000x, (b) độ phóng đại 30000x
Hình 3.11. Ảnh TEM, SEM, HRTEM của ZnO
dạng hoa cúc