Dựa vào hình 1.7, mặc dù Cu được pha tạp vào ZnS, nhưng vẫn khơng có sự khác biệt nhiều về hình dạng và các đỉnh nhiễu xạ trong các mẫu XRD. Điều này có thể được giải thích là do bán kính ion Cu2+ (0,73 Å) và bán kính ion Zn2+ (0,74 Å) khá là gần bằng nhau. Tuy nhiên, sự gia tăng rõ rệt về cường độ của các đỉnh nhiễu xạ đối với ZnS pha tạp Cu đã được quan sát. Sự gia tăng này có lẽ là do sự hình thành các mầm mới có ng̀n gốc từ các nguyên tử pha tạp Cu, có thể xúc tác cho sự phát triển tinh thể của ZnS [41]. Đi sâu vào trọng tâm của bài luận văn, Cu2+ là ion mà chúng tơi sẽ phát triển trong q trình nghiên cứu này. Sau khi tìm hiểu qua các bài báo của các nhà khoa học, chúng tôi được biết ion Cu2+ được phân tán vào mạng tinh thể ZnS, kích thước tinh thể trung bình là khoảng 4,4nm đối với các hạt nano ZnS:Cu khi được đo bằng phổ hấp thụ UV-Vis. Qua các kết quả đo từ TEM, nhiễu xạ electron hay FT- IR cho ra các hạt nano được pha tạp có kích thước nhỏ thì việc phân tán tốt là điều chắc chắn, đồng thời cho thấy các khối kết tinh rất tốt trong các hạt ZnS:Cu [43,44,45,46].
1.3.2.2. Tính chất quang
ZnS tinh khiết dạng tinh thể màu trắng, phát xạ nhưng chỉ xảy ra ở vùng cực tím, khơng nhìn được bằng mắt thường [45,46]. Sự phát quang của tinh thể nano ZnS sẽ thay đổi sau khi pha tạp Cu vào, nhưng chúng sẽ có thay đổi nhiều hơn nếu như
25
chúng ta thay đổi nồng độ lượng được pha tạp vào, hay ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa S và Cu hoặc tác động của chất bao phủ bề mặt TGA và ảnh hưởng từ nhiệt độ nung. Nhưng đa phần các nghiên cứu đều quan tâm đến thay đổi nồng đọ Cu để tạo ra kết quả tối ưu. Những kết quả này sẽ được đo bằng các phương pháp mà chúng tôi sẽ đề cập vào chương hai [45,46].
Hình 1.8 được trích từ bài báo45 đã cho chúng ta thấy kết quả đo phổ hấp thụ UV-Vis của ZnS tinh khiết và ZnS pha tạp Cu2+ trong phạm vi từ 200nm – 1100nm. Nhìn qua có thể thấy tại bước sóng 288nm, đây là đỉnh cực đại hấp thụ của đường ZnS nguyên chất do khoảng cách dải trực tiếp sang dải chuyển đổi (là chuyển đổi của các dải được tạo ra về mặt quang học, là các chuyển tiếp cộng hưởng và liên quan
đến cấu trúc dải bởi phần tử ma trận động lượng và mật độ khớp của các trạng thái)
trong các hạt nano ZnS nguyên chất. Theo nghiên cứu đưa ra trong bài báo, với trong khoảng bước sóng từ 250 – 300 nm, khi ZnS được pha tạp Cu2+ với nờng đợ tăng dần, thì dịch chuyển đỏ (red shift - là mợt hiện tượng vật lý, trong đó ánh sáng phát ra từ các vật thể đang chuyển động ra xa khỏi người quan sát sẽ đỏ hơn) sẽ được quan sát
rõ hơn, do dịch chuyển đỏ, pha tạp thêm Cu sẽ mang lại lợi ích vừa phải cho tính chất quang học của tinh thể nano ZnS và được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực hơn. Ở khoảng
Hình 1.8. Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu ZnS tinh khiết và ZnS:Cu thay đổi
26
bước sóng 390 – 403 nm, ở mỗi đường cong hấp thụ khi ZnS:Cu sẽ xuất hiện một đỉnh nhỏ, đây là sự kết hợp của các ion Cu2+ vào mạng ZnS [41,42,43,44,45,46].
Tìm hiểu về kết quả đo phổ FT – IR từ Hình 1.9, bước sóng của dải khoảng từ 1000 – 4000 cm-1. Đầu tiên ta xét với dải khoảng 3000 – 3500 cm-1, tại đây các đỉnh rung với khoảng cách khá xa với lý do là sự căng OH vì trên bề mặt của cấu trúc nano có sự xuất hiện của nước được hấp thụ trên bề mặt. Tại khoảng 1110 cm-1, chúng ta thấy các đỉnh ZnS rung đặc trưng, nhưng khi pha tạp Cu vào thì các đỉnh có xu hướng lùi đến khoảng 1060 cm-1. Tại 1630 cm-1,các đỉnh uốn cong thường do sự có mặt H- O-H của H2O vào trong mạng tinh thể ZnS:Cu. Tại 2363 cm-1, các đỉnh nhọn dốc hơn do có sựu hiện diện CO2 trong các mẫu. Tiếp đến là tại 2926 cm-1, đỉnh không dốc lắm là do CH2. Ta thấy rằng, khi càng pha tạp Cu với nờng đợ khác nhau thì cho ra các dải có đợ rợng hẹp hơn và tối ưu hơn [45,46].