CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ ZnS VÀ ZnS PHA TẠP
1.3. Một số ứng dụng của vật liệu ZnS
Vật liệu ZnS có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như: các thiết bị điện phát quang, pin mặt trời, mực in, quang xúc tác, các loại cảm biến hóa học cảm biến ánh sáng UV. Vật liệu ZnS được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện phát quang (EL) như hình 1.8 và 1.9 [17], điện phát quang là hiện tượng mà vật liệu ZnS phát ra ánh sáng khi có dòng điện đi qua nó, đây là quá trình chuyển đổi trực tiếp năng lượng điện thành ánh sáng nhìn thấy mà không tạo ra nhiệt. Hơn nữa, hiện tượng này cũng được quan sát nếu ZnS pha tạp với Cu hoặc Mn [18,19,20], sau đó đặt trong một lớp cách điện và cường độ điện trường được áp vào giữa các điện cực, ánh sáng nhìn thấy sẽ được phát ra. Bởi vì khi có điện thế cao áp vào giữa các điện cực, các điện tử bị bắt (bẫy) tại các lớp phân cách được phun vào vùng dẫn, tại đó chúng được gia tốc bởi điện trường và có thể tạo ra sự kích thích tại các tâm pha tạp phát quang thông qua cơ chế
Hình 1.8. (a) Phổ EL của thiết bị điện
phát quang ZnS NPs với điện thế áp
vào khác nhau, (b) Tọa độ màu tương
ứng với phổ EL, (c) Sự tương quan
giữa đỉnh EL và thế áp vào [17].
Hình 1.9. (a) Phổ PL với năng lượng kích thích khác nhau, (b) Các quá trình kích thích liên quan đến sai hỏng, (c) Phổ PL tại nhiệt độ khác nhau, (d) Phổ
EL với thế áp vào khác nhau, (e) Phổ
PL của ZnS với kích thước khác nhau, (f) Quá trình kích thích liên quan đến vùng cấm khác nhau [17].
ion hóa và kích thích tương tác [17]. Kết quả là tính chất điện phát quang của ZnS được tạo ra, các loại màng mỏng điện phát quang rất bền với thời gian hoạt động vài chục ngàn giờ [3,17]. Gần đây, S.R. Chalana và các cộng sự (2019) [21], cho thấy rằng ánh sáng
trắng có thể được phát ra từ các các hạt nano ZnS pha tạp Mn2+ (ZnS:Mn2+) bằng cách điều chỉnh vùng phát xạ của mạng chủ ZnS trong vùng bước sóng 445 nm và 530 nm (tương ứng với vùng blue và green) và vùng phát xạ màu đỏ cam liên quan đến ion Mn2+
tại bước sóng 585. Kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng các hạt nano ZnS:Mn2+ trong chế tạo các thiết bị quang điện phát ra ánh sáng trắng.
Vật liệu ZnS có cấu trúc nano thường được sử dụng rộng rãi trong các loại pin mặt trời chất màu nhạy quang, pin mặt trời các hạt nano hoặc các loại pin mặt trời lai ghép hữu cơ – vô cơ [22,23]. K.T. Vadiraj và các cộng sự (2018) [24] đã ứng dụng các hạt nano ZnS:Mn2+ trong chế tạo pin mặt trời các hạt nano với kết quả đạt được như sau: VOC = 0,3
V, JSC = 0,002 mA/cm2, FF = 24% và hiệu suất 0,0061%. Cấu trúc pin và sơ đồ các mức năng lượng của pin được trình bày như hình 1.10. Vật liệu ZnS được sử dụng rất nhiều trong chế tạo mực in và sơn do nó có khả năng chống UV và khả năng tạo màng tốt. Hơn nữa, các nhóm tác giả [25,26,27] đã ứng dụng các các hạt nano ZnS:Mn2+ để chế tạo mực
in phun và in lụa. Hình 1.11(a) cho thấy mực in ZnS:Mn2+ được in trên đế Si bằng công nghệ in phun, các chi tiết in phát huỳnh quang dưới nguồn laser kích thích có bước sóng
324 nm như hình 1.11(b). Bên cạnh đó, ngoài các ứng
(a)
Diện tích pin 25 mm2
Ánh sáng chiếu vào
Năng lượng (eV)
Điện cực TCO
Hình 1.10. (a) Cấu trúc pin mặt trời các hạt nano ZnS:Mn2+, (b) Sơ đồ các mức năng lượng của thiết bị P3HT/ZnS:Mn2+ trong chân không [24].
14
dụng nêu trên, vật liệu ZnS có cấu trúc nano còn được ứng dụng rộng rãi trong quang xúc tác [28,29], các loại cảm biến, transistor phát xạ trường [30,31].
(a)
Hình 1.11. (a) Mực in ZnS:Mn2+ được đưa vào đầu phun mực Yellow, dung dịch
S được đưa vào đầu phun Magenta để in các chi tiết trên đế Si, (b) Chi tiết được
in trên đế Si sau đó được đặt dưới ánh sáng thường và ánh sáng UV 324nm [26].