Chương 3 : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN
3.6. Thảo luận kết quả
+ Từ giản đồ XRD và bảng 3.4 cho thấy kích thước các hạt nano ZnS:Mn được bọc phủ PVP giảm đáng kể so với khi chưa bọc phủ PVP. Polyvinyl pyrrolidone (PVP) với công thức phân tử (C6H9NO)n có nhóm carbonyl -C=O. Khi các hạt nano ZnS:Mn được phân tán trong dung dịch PVP thì các nhóm carbonyl của phân tử PVP liên kết với các ion Zn2+, Mn2+ hình thành các kiên kết –C=O → Zn2+, – C=O → Mn2+, do đó dẫn đến sự che phủ các quỹ đạo phân tử PVP với các quỹ đạo của các ion Zn2+, Mn2+ định xứ ở trên bề mặt các hạt nano ZnS:Mn. Do sự hình thành các liên kết trên mà các hạt nano ZnS:Mn khơng kết tụ với nhau vì thế kích thước hạt bị giảm đi.
Hình 3.13: Mơ hình bọc phủ các hạt nano ZnS:Mn bằng PVP
+ Trong phổ phát quang cho thấy khi tăng khối lượng bọc phủ thì cường độ phát quang của đám da cam – vàng tăng. Điều này được giải thích như sau: Dưới tác dụng của laser He-Cd hoặc của đèn Xe, ngoài việc tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống tham gia vào quá trình truyền năng lượng kích thích cho các ion Mn2+ trong tinh thể ZnS, cịn xảy ra sự kích thích các phân tử PVP bao quanh các hạt nano ZnS. Các phân tử PVP hấp thụ photon của bức xạ kích thích chuyển từ trạng thái điện tử cơ bản (HOMO) lên trạng thái điện tử kích thích (LUMO), sau đó chuyển về trạng thái điện tử cơ bản phát ra bức xạ ở 390 nm. Bức xạ này có thể kích thích các điện tử 3d5 của ion Mn2+ vì thế cường độ đám da cam vàng tăng lên khi tăng khối lượng bọc phủ PVP. Sơ đồ các mức năng lượng, vùng năng lượng và sự dịch chuyển hấp thụ, bức xạ trong các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP được dẫn ra ở hình 3.14.
KẾT LUẬN
Hình 3.14: Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyển hấp thụ, bức xạ trong các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP
KẾT LUẬN
Sau một thời gian thực hiện đề tài :“Nghiên cứu một số tính chất quang
của các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ polyvinylpyrrolidone chế tạo bằng phương
pháp đồng kết tủa”, chúng tôi đã thu được một số kết quả chính sau:
1. Thu thập tài liệu và tìm hiểu về quy trình chế tạo, cấu trúc tinh thể, phổ phát quang, phổ hấp thụ tử ngoại và hấp thụ hồng ngoại của vật liệu nano ZnS:Mn không bọc phủ và có bọc phủ PVP được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau, đặc biệt là phương pháp đồng kết tủa.
2. Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP bằng phương pháp đồng kết tủa, trong đó bọc phủ sau cho phép tính tốn khối lượng của các hạt nano ZnS:Mn và PVP một cách xác định.
3. Khảo sát cấu trúc và hình thái học của các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP thông qua các phổ X-Ray và ảnh TEM của chúng. Kết quả cho thấy kích thước hạt cỡ vài nanomet và sự bọc phủ các hạt nano ZnS:Mn bởi PVP hầu như khơng làm thay đổi tính chất cấu trúc của tinh thể ZnS:Mn mà chỉ làm giảm kích thước hạt của chúng.
4. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng ZnS:Mn và PVP lên phổ phát quang, phổ hấp thụ tử ngoại của các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP. Kết quả cho thấy:
+ Trong phổ phát quang của ZnS:Mn xuất hiện đám da cam – vàng ở 603 nm đặc trưng cho các ion Mn2+ [4T1(4G) → 6A1(6S)]. Khi bọc phủ PVP với tỉ lệ khối lượng của ZnS:Mn và PVP tăng từ 5:1 đến 5:6 thì cường độ của đám da cam – vàng tăng lên và có giá trị lớn nhất ở tỉ lệ 5:6.
+ Trong phổ hấp thụ ngoài các đám đặc trưng cho sự chuyển dời hấp thụ vùng – vùng và gần bờ vùng còn xuất hiện các đám ở 430, 468, 498 nm đặc trưng cho sự chuyển dời hấp thụ của các electron trong lớp vỏ 3d5 chưa lấp đầy của các ion Mn2+ trong tinh thể ZnS:Mn. Đây là bằng chứng cho thấy các ion Mn2+ đã pha
5. Khảo sát phổ hấp thụ hồng ngoại của PVP, các hạt nano ZnS:Mn chưa bọc phủ và có bọc phủ PVP. Kết quả cho thấy trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP đều xuất hiện các vạch đặc trưng cho PVP và một số vạch đặc trưng cho các liên kết Zn-S, Mn-S,... của ZnS:Mn. Điều này chứng tỏ các hạt nano ZnS:Mn đã được bọc phủ PVP.
6. Bước đầu giải thích sự tăng cường độ của đám da cam – vàng ở 603 nm đặc trưng cho các ion Mn2+ trong tinh thể ZnS, đó là do sự truyền năng lượng kích thích từ các phân tử PVP bao quanh các hạt nano sang các ion Mn2+ trong tinh thể ZnS.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Trịnh Thị Huế (2010), Vai trị của mơi trường chất lỏng trong quy trình chế tạo hạt nano kim loại bằng phương pháp ăn mòn laser, Luận văn thạc sĩ, Trường
ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội.
2. Nguyễn Quang Liêm (1995), Chuyển dời điện tử trong các tâm phát tổ hợp của bán dẫn AIIBVI, Luận văn phó tiến sĩ.
3. Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn, NXB ĐHQGHN, Hà Nội
4. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học Nano, Cơng nghệ nền và vật liệu nguồn NXB Viện Khoa học Việt nam, Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh
5. Bernard Valeur (2002), Molecular Fluorescence Principles and Applications,
pp.21-22
6. G. Murugadoss (2010), “Synthesis and optical characterization of PVP and SHMP-encapsulated Mn2+-doped ZnS nanocrystals”, Journal of Luminescence,
pp.2207–2214.
7. Http//en.wikipedia.org
8. Jian Cao (2010), “Growth mechanism and blue shift of Mn2+ luminescence for wurtzite ZnS:Mn2+ nanowires” Journal of Physics.
9. K. Jayanthi, S. Chawla, H. Chander, and D. Haranath (2007), Cryst. Red. Technol, pp.976-982.
10. K. Manzoor (2003), “Energy transfer from organic surface adsorbate-polyvinyl
pyrrolidone molecules to luminescent centers in ZnS nanocrystals”, Solid State Communications, pp.469-473.
11. Kubelka P., Munk F.(1931), “The Kubelka-Munk Theory of reflectance”, Zeit, Fur Tekn, Physik 12, pp.593-599.
12. Mingwen Wang, Lingdong Sun, Xuefeng Fu, Chunsheng Liao, Chunhua Yan
(2000), Solid State Communication, pp.493-496.
13. Schmid Gunter (2006), Nanoparticles: from theory to application, WILEY-
VCH Verlag GmbH Co.KgaA
14. Subhendu K. Panda (2007), “Nearly monodispersed ZnS nanospheres: Synthesis
and optical properties”, Chemical Physics Letters 440, pp.235-238.
15. Ulrike Woggon (2004), Optical properties of Semiconductor Quantum Dots, pp.52-53.
16. Warren B.E (1991), Xray-diraction, Dover publication Inc, New York
17. W.Q.Peng, S.C.Qu, G.W.Cong, X.Q.Zhang, Z.H.Wang (2005), Journal of Crystal Growth, pp.179-185.
18. Yoffe A.D. (1993), “Low-dimensinal systems:quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensinal symtems)
and some quasi-two-dimensional systems”, Advances in Physics 42, pp.173-266. 19. Yvonne Axmann (2004), Manganese doped ZnS nanoparticles: Synthesis, particle, particle sizing and optical properties, pp.23.