Chương 1 Tổng quan về vật liệu bỏn dẫn ZnO
1.2. Tỡnh hỡnh nghiờn cứu vật liệu ZnO hiện nay và những hướng nghiờn cứu cũn
1.2.2.2. Chế tạo và khảo sỏt tớnh chất của cỏc cấu trỳc nano của ZnO
Như đó núi ở phần đầu, ZnO vốn đó là một vật liệu cú rất nhiều tớnh chất lý thỳ, tuy nhiờn việc khảo sỏt tớnh chất của những cấu trỳc nano ZnO cũn cho ta
những kết quả mới mẻ hơn nữa. Hiện nay, việc tạo ra cỏc cấu trỳc nano giả một chiều và cỏc cấu trỳc trật tự của chỳng là một trong những thỏch thức lớn nhất của cỏc nhà vật liệu học và húa học hiện đại [35].
Cho đến nay, đó cú rất nhiều nỗ lực tập trung vào việc tạo ra cỏc cấu trỳc nano 1 chiều như dõy (hoặc thanh), vành nano, vũng, cột nano… [9, 46, 110, 124] và những tổ hợp cỏc thanh nano và ống nano sắp xếp tuần hoàn. Cỏc cấu trỳc nano một chiều như dõy và ống đó được nghiờn cứu để tạo ra cỏc thiết bị nano quang điện như cỏc điốt phỏt quang vựng UV và cỏc laze điốt. Dõy nano ZnO cú khả năng ứng dụng trong cỏc thiết bị laze do cỏc tớnh chất quang hữu dụng của nú. Do đú việc nghiờn cứu một cỏch chi tiết cỏc dõy nano ZnO và ảnh hưởng của tạp chất lờn tớnh chất của dõy nano là hết sức quan trọng. Thanh nano ZnO cú thể được chế tạo trờn nhiều loại đế khỏc nhau như Si, thủy tinh… Một số nhúm đó cụng bố việc sử dụng chất xỳc tỏc để điều khiển quỏ trỡnh phỏt triển của thanh nano bằng phương phỏp MBE hoặc vận chuyển pha hơi. Diện tớch bề mặt lớn của cỏc thanh nano khiến chỳng cú khả năng nhạy khớ tốt và khả năng để điều khiển cỏc vị trớ mầm khiến chỳng là một địch thủ nặng ký cho cỏc bộ laze micro và cỏc bộ nhớ [108]. Thanh và dõy nano sẽ tạo ra triển vọng cho cỏc thiết bị nano như laze nano hoặc cỏc bộ nhớ kớch thước nhỏ hơn.
Cỏc mạng 3 chiều của dõy và thanh nano ZnO đó được tổng hợp ở nhiệt độ cao bằng quỏ trỡnh hơi-rắn [35]. Độ dày của cỏc mạng nano nhiều lớp và diện tớch bề mặt lớn của cỏc cấu trỳc như vậy khiến cho chỳng cú khả năng ứng dụng trong lĩnh vực siờu nhạy khớ, phỏt xạ trường, xỳc tỏc ... Quỏ trỡnh tổng hợp dõy nano ZnO với mật độ cao đó đạt được bằng việc sử dụng xỳc tỏc vàng (phủ một lớp vàng mỏng lờn đế trước khi bốc bay vật liệu ZnO), dõy và thanh nano cú đường kớnh từ 20-100 nm, mọc theo trục c. Cỏc dõy nano đa tinh thể cũng cú thể được sản xuất bằng phương phỏp tổng hợp dựng khuụn.
Gần đõy, cỏc cấu trỳc phức hợp cú định hướng của ZnO như cỏc dạng cấu trỳc hỡnh kim xuyờn tõm (dạng hoa hay lụng nhớm), vi cầu rỗng, lồng nano đa diện, vỏ… tập hợp nano dạng răng lược, kim nano [12, 19, 107, 111, 115 ]… đó được chế tạo thành cụng. Tớnh chất ỏp điện và bỏn dẫn của ZnO gợi ý rằng cỏc cấu trỳc này cú thể là đơn vị cơ bản để khảo sỏt cỏc linh kiện nano liờn kết điện cơ bằng cỏch sử dụng cỏc siờu mạng của cỏc đụmen ỏp điện. Cấu trỳc này cú cỏc ứng dụng quan trọng để làm sensor, cỏc bộ chuyển đổi, cộng hưởng và cỏc thiết bị quang tử.
Nếu cỏc cấu trỳc nano 1 chiều đó được nghiờn cứu rộng rói về cả cỏch chế tạo và tớnh chất thỡ những cấu trỳc cũn lại như cấu trỳc nano dạng đĩa, tấm hoặc cỏc cấu trỳc hạt nano của ZnO vẫn cũn là một lĩnh vực ớt được cụng bố hơn, nhưng điều đú khụng cú nghĩa đõy là những hướng nghiờn cứu khụng cú tiềm năng. Khả năng ứng dụng của những vật liệu này khụng hề thua kộm cấu trỳc một chiều thậm chớ cũn đa dạng hơn nữa. Nghiờn cứu chế tạo vật liệu ZnO cú cấu trỳc Q0D, Q2D và nghiờn cứu tớnh chất của chỳng vẫn cũn là một hướng nghiờn cứu mở rất đỏng tập trung.
Kết luận chương 1
ZnO là một hợp chất bỏn dẫn thuộc nhúm AII
BVI đó được nghiờn cứu từ lõu vỡ đõy là một hợp chất cú nhiều tớnh chất hết sức quớ bỏu (vựng cấm thẳng, Eg=3,37 eV, năng lượng liờn kết exciton lớn 60 meV, cú tớnh ỏp điện…). Mặc dự vậy vật liệu này vẫn cũn cú những hướng nghiờn cứu cần sự tập trung của cỏc nhà khoa học như việc nghiờn cứu để tạo ra tớnh dẫn điện cả loại n và loại p hay nghiờn cứu chế tạo và khảo sỏt cỏc cấu trỳc nano của ZnO và ZnO pha tạp. So với vật liệu dạng khối cỏc cấu trỳc nano của ZnO dự ở dạng 0D, 1D hay 2D và cỏc tổ hợp của chỳng cũng đều cho thấy cú những tớnh chất vượt trội so với ZnO dạng khối như: một số tớnh chất cơ được tăng cường, tớnh dẫn điện tốt hơn, cường độ huỳnh quang lớn hơn và bước súng phỏt xạ cú thể được điều khiển dễ dàng hơn…
Chương 2. Một số phương phỏp chế tạo màng, vật liệu nano ZnO và cỏc kỹ thuật thực nghiệm