CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.8. Vật liệu nano phát quang ZnSe:Mn, ZnSe:Ag và phương pháp tổng hợp
trong môi trường nước
Hơn một thập kỷ qua, QDs được tổng hợp dựa trên nguyên tố Cadimi (Cd). Tuy nhiên, vì Cd là ngun tố độc hại thuộc nhóm A (Cd, Hg, Pb) gây hạn chế một số lĩnh vực ứng dụng mà một lượng lớn nghiên cứu gần đây đã hướng tới sự phát triển các QDs mà khơng có các ngun tố độc hại nhóm A trên, thay thế bằng các nguyên tố chuyển tiếp để ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau [36]. Trong các chất bán dẫn loại II-VI không chứa Cd được làm lõi, thì ZnSe với band gap ở nhiệt độ phịng 2.71 eV (452 nm) là một vật liệu đặc biệt thú vị với nhiều ứng dụng rộng rãi như Light Emitting Diodes (LEDs), tế bào quang điện, phân tích quang, cảm biến sinh học [37].
Để tăng hiệu suất phát huỳnh quang người ta pha tạp một số kim loại vào hạt nano phát quang. Để chọn ion kim loại chuyển tiếp có thể pha tạp vào các hạt nano phát quang ta dựa vào bán kính ion, năng lượng vùng cấm của tinh thể pha tạp với ion vật liệu lõi để chọn cho phù hợp.
55
Bảng 1.2: Bán kính của một số ion thường sử dụng pha tạp trong tổng hợp QDs
Bảng 1.3: Mức năng lượng vùng cấm của một số loại vật liệu
Vật liệu Năng lượng vùng cấm (eV)
ZnS 3.8 MnSe 3.4 MnS 3.1 ZnSe 2.71 CdS 2.42 CuS 2.1-2.55 CuSe 2 CdSe 1.8 CdTe 1.5 PdS 0.37 LnAs 0.35 PdTe 0.3 PdSe 0.27 lnSb 0.18 AgSe 1.35
Trong số đó Mn2+ là một chất pha tạp thường dùng của nhiều loại bán dẫn loại II-VI vì:
(1) Vị trí bên trong mạng của ngun liệu chính có thể xác nhận bởi cộng hưởng thuận từ electron (EPR).
(2) Mn2+ thể hiện một mũi phát quang đặc trưng từ Mn2+ 4T1 → 6A1, tâm chuyển tiếp tại bước sóng 592-595 nm [38].
Một vài nhóm đã báo cáo về phương pháp tổng hợp ZnSe và quan hệ pha tạp Mn trong tinh thể ZnSe trong suốt hơn một thập kỉ qua, bằng phương pháp cơ kim loại và cách tiếp cận này thường sử dụng nhiệt để nhiệt phân phức hợp hữu cơ kim loại trong việc phối hợp với các dung môi hữu cơ như tri-n-octylphosphine (TOP) hoặc tri-n- octylphosphine oxide (TOPO). Việc thay đổi các phối tử kị nước TOP, TOPO với các phối tử ưa nước như thioacids và chuyển tiếp của QDs từ pha dầu sang dung dịch có thể làm giảm đáng kể đến hiệu suất phát quang lượng tử (PLQY) của tinh thể nano
Ion Ni2+ Cu2+ Co2+ Zn2+ Mn2+ Cd2+ Cr2+ Er3+ Ag+
56
[39]. Việc tổng hợp QDs phủ thiol trong môi trường nước hứa hẹn sẽ thay thế phản ứng của các hợp chất cơ kim và đem lại một số thuận lợi:
(a) Sử dụng tiền chất phản ứng ít độc hơn.
(b) Phương pháp tổng hợp rẻ hơn, đơn giản hơn, sử dụng nhiệt độ phản ứng dưới 100oC để thu được QDs có PLQY có thể so sánh và điều chỉnh được kích thước phổ phát huỳnh quang.
(c) QDs thu được có kích thước nhỏ, phù hợp cho những ứng dụng trong sinh học.