2960 -TA instruments(Mỹ) tại khoa vật lý trường Đại Học Tự Nhiên Hà Nội.
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả chế tạo mẫu
Sử dụng phương pháp phản ứng đồng kết tủa, chúng tôi đã chế tạo được các mẫu bột ZnS:Cu,Al. Các mẫu bột ZnS:Cu,Al có cùng nồng độ tạp chất nhưng được ủ ở các nhiệt độ khác nhau (từ 600°c đến 750°C) trong môi
Trang
Luân văn thạc sĩ Nguyên Bích Phương - CH kl5
trường khí Ar để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến các tính chất đặc trưng của mẫu.
Các hệ mẫu bột ZnS:Cu,Al sử dụng các dung mơi là ethanol, íormamide và sodium polyphosphat (PP). Qua đó so sánh sự ảnh hưởng của dung mơi tới các tính chất của mẫu ZnS:Cu,Al như: cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, tính chất huỳnh quang của mẫu.
Tên mẫu7 Nhiệt độ ủ Dung môi Phổ XRD Phổ huỳnh quang ảnh SEM DTA N-600 600°Cethanol X X N-650 650°Cethanol X N-700 700°Cethanol X X X N-750 750°Cethanol X F-600 600°C íormamide X F-650 650°C íormamide X F-700 700°c íormamide X X F-750 750°c íormamide X PP- 600 600°c pp X PP- 650 650°c pp X PP- 700 700°c pp X
Trang 55
Luân văn thạc sĩ Nguyên Bích Phương - CH kl5
PP-
750 750°c pp X
Sử dụng phương pháp phun tĩnh điện chúng tôi đã chế tạo được các mẫu màng ZnS:Cu,Al. Mẫu màng được phun từ dung dịch kết tủa và ủ trên đế ở nhiệt độ khác nhau.
Bảng 3.2 : Các mẫu màng được chế tạo và nghiên cứu trong luận văn. Tên
mẫu
Nhiệt độ ủ Dung môi Đế Phổ
XRD Phổ huỳnh quang Phổ hấp thụ ảnh SEM
C-60 ethanol thuỷ tinh X X
C-70 ethanol thuỷ tinh X X
C-80 ethanol thuỷ tinh XX X X
C-90 ethanol thuỷ tinh X X
Trang
Luận văn thạc sĩ Nguyên Bích Phương - CH kl5
3.2 Khảo sát mẫu khối
3.2.1 Kết quả phổ nhiễu xạ tia X
Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu N - 600, N- 700 được biểu diễn trên hình 3.2.1,
3.2.2. 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1000 1700 1000 1500 wT 1400 ậ o 1300 1200 □ 1100 1000 900 000 700 000 500 400 300 200 100 15 20 30 40 50 60 7
KlFle: Pfiueng-DHSP-N3-60&7'i-.raw - Type: ỈThTTh locted - start: 10.000 ■ -End: 70.000 * - step: 0.030 * - stepttne: 1.0 s - Tem p.: 25.0 °c (Room) - /\node:Cu - Creatlon: 02/05ffl710:11:19 E 05-0492 (D) - Wt*tz*e-2H, syn - ZhS - Y: 6.10 % - d X by: 1.000 - WL: 1.54056 ® 39-1363 (N) - Wulz*e-8H - áiS - Y: 45.19 % - d xby: 1.000 - WL: 1.54056 • 36-1451 (*) - 4Y>c*e. syn - ZhO -Y: 6.42%-dxby: 1.000 - WL: 1.54056
Hình 3.2.1: PhổXRD của mẫu N- 600
2-7heta - Scale VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnS - N3-
600C - Ar
F-80 300°
c íormamide thuỷ tinh X X X
F-90 350°
c íormamide thuỷ tinh X X
C-70 250°
Trang 57
Luân văn thạc sĩ Ngun Bích Phương - CH kl5
Hình 3.2.2: PhổXRD của mẫu N- 700
Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu cho thấy bột ZnS:Cu,Al ủ ở các nhiệt độ khác nhau từ 600°c -ỳ 750°c có cấu trúc lục giác Wurtzite 2H và Wurtzite 8H, là một trong những cấu trúc tinh thể đặc trưng của bán dẫn ZnS thường xuất hiện ở nhiệt độ cao, phù hợp với kết quả với các tác giả [6,17]. Đối chiếu vci thẻ chuẩn, các đỉnh tương ứng với chỉ sốMiller sau: (100), (002), (101),
(110), (103), (112).
Hình 3.2.3: PhổXRD của các mẫu làm bằng dung mơi ethanol
VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnS - N4- 700C - Ar
ị 050492 {D)-Wukite-2H.syn-aiS-Ý: 7.82 %-dxby:1.000-W1_ 1.54056 ® 39-1303ÀÁ-Vttrtãt&ÍH-áa-Y: 72.81%-dxby: iooo-WL 1.54056 ® 36-1451 ị - anóte. syn - 3iO-Y: 3.21 % - dx by: 1.000 - WL
Trang
Luận văn thạc sĩ Nguyên Bích Phương - CH kl5
Tuy nhiên, ngồi cấu trúc lục giác đặc trưng của ZnS còn xuất hiện cấu trúc Zincite đặc trưng của ZnO. Điều này có thể là do buồng mẫu chưa kín hoặc do khí Ar chưa sạch khơng khử được hết khí oxi nên một phần ZnS bị oxi hóa ở nhiệt độ cao chuyển thành ZnO.
So sánh các đỉnh phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu ta có thể nhận xét như sau:
- đỉnh phổ phù hợp với thẻ chuẩn của vật liệu ZnS, chứng tỏ mẫu chế tạo đều kết tinh và là vật liệu ZnS.
- trên phổ nhiễu xạ của các mẫu khác nhau đều xuất hiện các đỉnh tương ứng chứng tỏ các mẫu này có chung 1 loại cấu trúc là wurtzite.
- thay đổi nhiệt độ thì độ rộng và cường độ của các đỉnh nhiễu xạ ở các mẫu khác nhau thay đổi chứng tỏ nhiệt độ ảnh hưởng đến kích thước hạt và sự kết tinh của mẫu.Nhiột độ càng lớn thì kích thước hạt càng to, mẫu càng kết tinh tốt.
- nhiệt độ càng lớn thì ZnO hình thành càng manh do sự oxi hóa càng manh
Khi thay dung mơi ethanol bằng dung mơi íormamide chúng tơi nhận được phổ XRD của các mẫu F-
600, F-700 như sau: Hình 3.2.4: PhổXRD của mẫu F-600
2- The-ta — Ssale s IEMEISS D500B , X-Say r.flib H.ano ì 10-Ocl-
2007 10 :
2-Th G ta - Sr s 1 R S I E M E NS D 50 0 E , La b . . Hê » n cj i 1 0- O ct - 2 0 07 1 0 ; 3 6
Luân văn thạc sĩ Nguyên Bích Phương - CH kl5
Trang
- :tồn tại cả hai cấu trúc thường gặp ở ZnS là wurtzite và sphalerite trong đó pha sphalerite chiếm từ 50%-65%.
- thay đổi nhiệt độ thì độ rộng và cường độ của các đỉnh nhiễu xạ ở các mẫu khác nhau thay đổi chứng tỏ nhiệt độ ảnh hưỏng đến kích thước hạt và sự kết tinh của mẫu. Nhiệt độ càng lớn thì kích thước hạt càng to, mẫu càng kết tinh tốt.
trong mẫu vẫn có tạp ZnO nhưng ở nhiệt độ cao thì sự hình thành ZnO khơng thay đổi đáng kể.
Hệ mẫu ZnS:Cu,Al được chế tạo bằng dung mơi pp có những đặc điểm sau: - chỉ tồn tại cấu trúc sphalerite
- trong mẫu khơng cịn ZnO mà có nhiều tạp của dung môi tuy nhiên những tạp này khơng ảnh hưởng đến tính chất phát quang của hệ mẫu nên kết quả vẫn có thể chấp nhận được.
Hình 3.2.6: PhổXRD của mẫu PP-600
Ta áp dụng (2.4) để lính hằng số mạng cho mạng lục giác của các hệ mẫu. Kết quả được trình bày trong bảng 3.3 như sau:
VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnS - pp 600C
BỊplle: Phuer&CH3P-PP6D0.raw - Type: 2Wĩh loeked - s»3ft 15.000 ” - End: 69.990" - stap: 0.030 ■ - Step Uma: o.a 8 - Tamp.: 25.0 “C (Roern) - Anate: Cu - Cn*t]ai 0S01/U710:4839 [•] 344)576 {*)- Sodum Ptxnphate - N02^P2O7 - Y: 35.18 %-dx by: 1.000-WL 1.54056 S]l»4l23a(l)-2ll1CP1x»f*«ta-àl23207-Y:21.a2%-dXby: 1.000-VVL 1.54056 S]4U)SB2{tg-flliíHniíiiP1x»f*«tafllP04J3-fll16P16a64-Y: 11.11 %-dXby: 1.000-WL 1.54056 H 0141762 (D}-Sf*«ỉertte-aTS-Y:72.73%-dxby: 1.000-WL 1.54056
Luân văn thạc sĩ Nguyên Bích Phương - CH kl5
Trang 61
Bảng 3.3: So sánh hằng số mạng của mẫu khối và mẫu chuẩn
Mẫu a(A°) b(A°) C(A°)
N-600 3.8104 3.8104 6.2480 N-700 3.8197 3.8197 6.2500 N-750 3.8209 3.8209 6.2508 F-600 3.8112 3.8112 6.2475 F-700 3.8184 3.8184 6.2553 F-750 3.8198 3.8198 6.2568 Mẫu chuẩn 3.82098 3.82098 6.2573
Đối với cấu trúc lập phưoíng sphalerite, áp dụng cơng thức 2.3 để tính hằng số mạng cho các mẫu chế tạo bằng dung mơi íormamide và pp có giá trị phù hợp vci hằng số mạng của mẫu chuẩn là a = b = c = 5.4020(A°).
Từ kết quả trên ta thấy mẫu ZnS pha tạp có các hằng số mạng khá phù hợp với hằng số mạng chuẩn của mẫu chuẩn. Đối vci mẫu pha tạp hằng số mạng co lại (?) chút ít nhưng sự sai lệch khơng đáng kể
*Tính kích thước hạt tinh thể:
Từ phổ nhiễu xạ tia X, áp dụng cơng thức Scherrer (2.5) tính đường kính trung bình của hạt tinh thể
Mẫu N-600 N-700 N-750 F-600 F-700 F-750 PP-600
Ăự) 1.5406 1.5406 1.5406 1.5406 1.5406 1.5406 1.5406
20° 28.63 28.54 28.54 28.50 28.57