Chƣơng 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
3.2. Khảo sát phổ hấp thụ của hạt nano Au
Lí thuyết đã chỉ ra rằng, phổ hấp thụ của các hạt nano Au có sự đóng góp đáng kể của các cộng hƣởng plasmon, điều này thể hiện ở sự mở rộng đỉnh hấp thụ của hạt nano Au so với phổ hấp thụ của Au ở dạng khối. Đồng thời, lí thuyết cũng chỉ ra rằng khi kích thƣớc của các hạt nano Au tăng thì vị trí đỉnh phổ hấp thụ cộng hƣởng plasmon bị dịch về phía sóng dài và ngƣợc lại. Chúng tơi đã tiến hành chụp ảnh TEM của hỗn hợp hạt nano Au trong dung dịch ethanol và đo phổ hấp thụ tƣơng ứng.
Hình 3.5 . Ảnh TEM, phân bố kích thước và phổ hấp thụ (đường màu đỏ) của các hạt nano vàng trong ethanol với cơng suất laser trung bình 300mW, thời gian ăn mịn 15 phút.
Hình 3.5 cho thấy với công suất laser trung bình là 300mW, phân bố kích thƣớc của các hạt nano vàng trong dung dịch ethanol là tƣơng đối rộng, từ 5 đến 80nm với đƣờng kính trung bình là 27nm. Thêm nữa, các hạt nano vàng cũng bị kết tụ nhiều. Sự kết tụ của các hạt nano vàng trong ethanol cũng nhƣ các dung mơi có cực thấp là do tƣơng tác lƣỡng cực–lƣỡng cực và do sự hình thành lớp kép điện tích yếu. Do sự phân cực của các phân tử ethanol thấp nên kích thƣớc các hạt nano vàng tạo ra là lớn, thông qua việc thêm vào những mảnh vật chất bên ngồi trong q trình ăn mịn. Số hạt có kích thƣớc lớn gia tăng dẫn đến mở rộng phân bố kích thƣớc và kích thích trung bình của các hạt nano sẽ lớn hơn. Phổ hấp thụ của hạt nano Au trong ethanol với công suất ăn mịn này cho thấy một vị trí đỉnh hấp thụ ở 536nm. Khi so sánh với phổ hấp thụ của hạt nano Au trong dung dịch acetone và nƣớc khử ion với cùng điều kiện ăn mịn thì thấy vị trí đỉnh hấp thụ cộng hƣởng plasmon của hạt nano Au trong ethanol dịch về phía màu đỏ. Điều này là do kích thƣớc hạt nano Au trong dung dịch ethanol lớn hơn so với hai mơi trƣờng trên. Sự dịch vị trí đỉnh phổ hấp thụ này hoàn toàn phù hợp với lí thuyết.
Hình 3.6 . Ảnh TEM và phân bố kích thước, phổ hấp thụ (đường màu xanh) của các hạt nano vàng trong ethanol với cơng suất laser trung bình 400mW, thời gian ăn mịn 15 phút
Hình 3.6 (đƣờng màu xanh) cho thấy, khi tăng cơng suất laser trung bình lên 400mW và vẫn giữ nguyên thời gian ăn mịn, chúng tơi nhận thấy phân bố kích thƣớc của các hạt nano vàng vẫn tƣơng đối rộng tuy nhiên kích thƣớc trung bình giảm xuống cịn 24nm. Khi so sánh phổ hấp thụ của hỗn hợp hạt Au–ethanol, hình 3.6, với phổ hấp thụ của hạt nano Au trên hình 3.5, chúng tơi nhận thấy rằng, vị trí đỉnh hấp thụ cộng hƣởng plasmon dịch về phía sóng ngắn. Trƣờng hợp kích thƣớc hạt nano vàng là 27nm, vị trí đỉnh phổ hấp thụ tại bƣớc sóng 536nm trong khi đó với kích thƣớc hạt 24nm, vị trí đỉnh phổ nằm tại giá trị bƣớc sóng 524nm. Điều này hoàn toàn phù hợp với quy luật theo lí thuyết đã nêu ở trên.
Hình 3.7. Phổ hấp thụ (a), ảnh TEM và phân bố kích thước của các hạt nano vàng trong ethanol (b) với cơng suất laser trung bình 500mW, thời gian ăn mịn 15 phút.
Theo hình 3.7, ảnh TEM và phân bố kích thƣớc đã cho thấy với công suất laser trung bình 500mW, đƣờng kính của các hạt nano vàng chủ yếu nằm trong khoảng từ 5 đến 20nm và có kích thƣớc trung bình là 13nm. Phổ hấp thụ cộng hƣởng plasmon cho thấy một đỉnh cộng hƣởng nằm ở bƣớc sóng 522nm. Hai giá trị kích thƣớc và vị trí đỉnh phổ hấp thụ cộng hƣởng plasmon này vẫn tuân theo quy luật vị trí đỉnh phổ hấp thụ dịch về phía sóng ngắn khi kích thƣớc hạt giảm xuống.
Nhƣ vậy, những khảo sát thực nghiệm của chúng tơi về sự ảnh hƣởng giữa kích thƣớc của hạt nano với phổ hấp thụ cộng hƣởng plasmon là phù hợp với lí thuyết. Nếu tăng cơng suất laser trung bình, kích thƣớc hạt nano Au thu đƣợc giảm dần, điều này đƣợc thể hiện thông qua sự dịch của vị trí đỉnh phổ hấp thụ dịch về phía sóng ngắn hoặc ngƣợc lại.
Ngoài ra, để xác định rõ cấu trúc tinh thể cũng nhƣ kích thƣớc hạt nano vàng,
chúng tôi đã tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X của mẫu 15PVP610 ( Nồng độ
0.005M, thời gian 15 phút, công suất 610mW). Phổ nhiễu xạ tia X đƣợc đo trên máy Bruker D5005 thực hiện tại phịng thí nghiệm X-Ray- Trung tâm Khoa Học Vật Liệu - Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên. Máy Bruker có bƣớc sóng nhiễu xạ tia X là λ = 1.54056 Ao. Phổ nhiễu xạ của tia X của mẫu 15PVP610 đƣợc chỉ ra trên hình 3.8.
Phổ nhiễu xạ tia X của hạt nano vàng do chúng tơi tạo ra có vị trí các đỉnh trùng với vị trí các đỉnh của phổ nhiễu xạ tia X của vàng khối. Chứng tỏ, vật liệu chúng tơi chế tạo đƣợc trong luận văn chính xác là hạt nano vàng. Phổ nhiễu xạ tia X đã chứng tỏ các hạt nano vàng có dạng tinh thể lập phƣơng tâm mặt. Trong hình 3.6, hai đỉnh của phổ nhiễu xạ tia X tại vị trí góc 2θ là 38.20, 44.80 tƣơng ứng với các mặt tinh thể (111), (200) của mạng lập phƣơng tâm mặt của tinh thể vàng. Hạt nano vàng đƣợc tạo ra bằng phƣơng pháp ăn mịn trong luận văn có cấu trúc lập phƣơng tâm mặt và đỉnh phản xạ ứng với góc 2θ = 38.20 và chỉ số mặt là (111) có cƣờng độ mạnh nhất.
Dựa vào phổ nhiễu xạ tia X, ta cũng có thể tính đƣợc kích thƣớc trung bình tinh thể hạt nano vàng theo công thức Scherrer:
os k D c với k = 0.94 λ là bƣớc sóng tia X, λ = 1.54056 Ao = 1.54056.10-10m β là độ bán mở rộng vạch, β = 1.8 0 θ là góc nhiễu xạ, 2θ = 380
thay vào phƣơng trình trên ta tính đƣợc: D = 9,7nm
Nhƣ vậy, qua phổ nhiễu xạ tia X chúng tôi đã chứng minh vật liệu chế tạo đƣợc là hạt vàng có kích thƣớc nano.