3.2.1. Tổng hợp các điều kiện thích hợp để điều chế ZnSe
* Sau khi khảo sát các yếu tố thực nghiệm ảnh hưởng đến sản phẩm ZnSe, chúng tôi thu được các điều kiện thích hợp để điều chế bột ZnSe kích thước nano từ chất đầu Zn, Se và NaOH theo phương pháp thủy nhiệt cụ thể như sau:
- Tỷ lệ mol Zn/Se = 2/1
- Nồng độ NaOH ban đầu: 4M - Thời gian thủy nhiệt : 22h - Nhiệt độ thủy nhiệt : 1500C
3.2.2. Quy trình thực nghiệm điều chế bột ZnSe kích thước nano
* Sơ đồ quá trình cụ thể điều chế bột ZnSe kích thước nano được đưa ra trong hình 3.17.
Hình 3.17. Sơ đồ mơ tả quy trình điều chế bột ZnSe kích thước nano bằng phương pháp thủy nhiệt
* Quy trình thực nghiệm được tiến hành như sau:
- Cân bột Zn với khối lượng là 0,9153g và Se với khối lượng 0,5527g vào cốc thủy tinh tương ứng bằng cân phân tích.
- Lần lượt cho bột Zn, Se với khối lượng đã cân và 80 ml của dung dịch NaOH 4M vào bình thủy nhiệt, đậy kín nắp bình thủy nhiệt rồi đem ủ trong tủ sấy với thời gian 22h ở nhiệt độ 1500C. Bột Zn Dung dịch NaOH Bột Se Dung dịch trong bình thủy nhiệt Dung dịch chứa sản phẩm ZnSe ướt Bột ZnSe
Thủy nhiệt ở nhiệt độ 150oC và thời gian 22h
Rửa, lọc, li tâm bằng dung dịch NaOH 1M (1 lần), nước cất (3 lần) và cồn (3 lần)
Sấy khô trong chân không ở 800C, trong 4h
- Sau thời gian ủ 22h, tiến hành lấy hỗn hợp sản phẩm ra bằng cách gạn bỏ dung dịch thu được kết tủa. Quay li tâm và rửa kết tủa bằng dung dịch NaOH 1M (1 lần), nước cất (3 lần) và cồn (3 lần) trong thời gian 20 phút/1 lần.
- Sản phẩm được sấy khô bằng tủ sấy chân không ở 800C trong 4 giờ. Sản phẩm điều chế được ở dạng bột có màu vàng - xanh sáng.
3.2.3. Đặc trưng của mẫu sản phẩm điều chế được
Để khảo sát các tính chất đặc trưng của mẫu ZnSe đã điều chế theo những điều kiện thích hợp ở trên, chúng tơi tiến hành các phép đo như:
Phổ nhiễu xạ tia X (XRD).
Ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM. Phổ tán sắc năng lượng EDX.
Phổ phát quang.
* Kết quả ghi giản đồ XRD được đưa ra trong hình 3.18:
00 -0 0 1 -0 6 9 0 (D ) - Z in c S e le n iu m - Z nS e - Y : 4 5. 5 6 % - d x b y : 1. - W L : 1 . 54 0 6 - C u b ic - a 5. 6 50 00 - b 5 . 6 50 00 - c 5 .6 5 00 0 - alp h a 9 0. 0 0 0 - be ta 9 0 .0 0 0 - g am m a 90 . 00 0 - F a c e -c en t er ed - F -4 3 m (2 1 6 ) - 1 80 . 3 1) F ile : Ph on g V L m o i m a u T 1 2 5-0 , 7 (2) . ra w - T y pe : 2 T h / T h lo c k e d - S t a rt: 20 . 00 0 ° - E n d: 7 0 .0 10 ° - S te p : 0 .0 3 0 ° - S t e p t im e: 1 . s - T em p .: 25 ° C (R o o m ) - T im e St a rt e d: 1 1 s - 2 -T h et a : 20 . 00 0 ° - T he t a: 10 . 0 00 L ef t A ng le : 2 5. 8 80 ° - R ig h t A n g le : 2 8 . 7 0 0 ° - Le f t I n t . : 7 . 00 C p s - R ig ht In t.: 7 .0 0 C ps - O b s . M a x : 2 7 . 41 5 ° - d (O b s . M ax ) : 3. 2 51 - M a x I nt . : 20 45 C p s - N e t H eig h t: 2 03 8 C ps - F W H M : 0. 3 64 ° - C h o r d M i d. L in ( C p s ) 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 24 00 25 00 2 -T he ta - S c ale 2 0 30 40 5 0 60 70 d = 3 .2 4 9 d = 1 .9 9 4 d = 1 .7 0 1 d = 1 .4 1 0
Hình 3.18. Giản đồ XRD của mẫu ZnSe
Thông tin trên giản đồ XRD chỉ ra rằng cấu trúc tinh thể của mẫu ZnSe thu được là cấu trúc lập phương kẽm blende. Hình ảnh cho thấy đường nền của mẫu thấp, chứng tỏ sản phẩm kết tinh tốt. Các đỉnh nhiễu xạ rất rõ ràng (đỉnh nhiễu xạ cao nhất ứng với góc 2θ là 27,415°). Mẫu thu được kết tinh đơn pha và không thấy xuất hiện pha lạ.
Dựa vào công thức (2.4); (2.3) tính được kích thước hạt trung bình là 22 nm và hằng số mạng tinh thể là 5,66 Å khá phù hợp với giá trị thẻ chuẩn của mẫu ZnSe.
Như vậy, mẫu ZnSe kích thước nano đã được điều chế thành công theo phương pháp thủy nhiệt, với các tiền chất cũng như các điều kiện thí nghiệm đã nêu ở trên.
* Để khảo sát hình thái học của mẫu ZnSe được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt, chúng tôi tiến hành chụp ảnh TEM của mẫu, kết quả được đưa ra trên hình 3.19.
.
Hình 3.19. Ảnh TEM của mẫu ZnSe kích thước nano mét với độ phóng đại khác nhau
Từ hình 3.19 có thể thấy, nano ZnSe chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt có dạng tựa hình cầu, các hạt phân bố tương đối đồng đều. Kích thước hạt nhỏ cỡ từ 15nm đến 17nm.
Như vậy chúng tôi đã chế tạo thành công nano ZnSe bằng phương pháp thủy nhiệt với dạng hình cầu
* Để xác định thành phần các nguyên tố hóa học tồn tại trong mẫu đã tổng hợp được, chúng tôi thực hiện phép đo phổ tán sắc năng lượng EDX:
Hình 3.20. Phổ EDX của tinh thể nano ZnSe
Bảng 3.7. Thành phần các nguyên tố có trong mẫu ZnSe.
Element % Element % Atomic
Zn K 63.02 67.30
Se L 36.98 32.70
Kết quả đo EDX cho thấy, thành phần chủ yếu là nguyên tố Zn và Se. Chứng tỏ trong quá trình chế tạo mẫu không lẫn tạp chất, mẫu thu được tương đối sạch.
Như vậy, chúng tôi đã chế tạo được nano ZnSe thành công theo phương pháp thủy nhiệt.
* Để nghiên cứu một số tính chất quang của mẫu bột ZnSe đã được điều chế theo quy trình nêu trên, chúng tơi tiến hành đo phổ huỳnh quang tại Viện Vật liệu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với bước sóng kích thích là 355nm và nhiệt độ 300K.
Kết quả đo tính chất phát quang của mẫu vật liệu ZnSe được đưa ra trong hình 3.21
Hình 3.21. Kết quả đo tính chất phát quang của mẫu vật liệu ZnSe
Từ hình 3.21 ta thấy khả năng phát quang của mẫu ZnSe tương đối mạnh, đạt hấp thụ cực đại tại bước sóng khoảng 465nm. Điều này khá phù hợp với nhóm tác giả [17,18].