Khảo sát cấu trúc và hình thái học của các hạt nan- 123docz.net

Chương 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN

3.3. Khảo sát cấu trúc và hình thái học của các hạt nano ZnS:Mn, màng mỏng ZnS:Mn bọc phủ PVP theo tỷ lệ thể tích

3.3.1. Cấu trúc và hình thái học của các hạt nano ZnS:Mn * Giản đồ nhiễu xạ XRD của các hạt nano ZnS:Mn

Hình 3.2 là giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của các hạt nano ZnS:Mn (CMn= 8 mol%) với các tỉ lệ thể tích khác nhau của ZnS:Mn và PVP

0 30 60

0 500 1000

I(a,u)

2th eta (do)

a .M -P V P (5:0) b ,M -P V P (5:1) c.M -P V P (5 :3) d .M -P V P (5:5) e .M -P V P (5:7) f.M-P V P (5:1 0) (111 )

(2 20) (311 )

a b c

d e

Hình 3.2: Giản đồ XRD của các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP với tỷ lệ thể tích khác nhau của ZnS:Mn và PVP

 Phổ này gồm các vạch nhiễu xạ ứng với các mặt phản xạ chính (111), (220) và (311), tương ứng với các góc nhiễu xạ: 28.90, 47.80 và, 56.50 trong đó vạch nhiễu xạ (111) có cường độ lớn nhất và vạch nhiễu xạ (311) có cường độ nhỏ nhất.

 Khi các hạt nano ZnS:Mn (CMn=8mol/%) bọc phủ PVP với các tỷ lệ thể tích giữa ZnS:Mn và PVP tăng từ 5:1 đến 5:10 thì vị trí các mặt phản xạ này hầu như không đổi nhưng độ rộng của các vạch tăng so với các hạt nano ZnS:Mn chưa bọc phủ tăng.

 Từ giản đồ XRD cho thấy: ZnS:Mn và ZnS:Mn/PVP kết tinh ở dạng tinh thể có cấu trúc cubic thuộc nhóm đối xứngTd2- F43m.

Sử dụng phần mềm Checkcell (xem phụ lục 2) để tính toán các hằng số mạng của các mẫu ZnS:Mn bọc phủ và không bọc phủ PVP với các tỷ lệ thể tích khác nhau, cũng như xác định các mặt phản xạ (chỉ số Miller h, k, l) và nhóm đối xứng không gian tương ứng, ta thu được kết quả trong bảng 3.3:

Từ giản đồ XRD, dùng công thức Debye- Scherrer:





 cos 9 .

 0

D (3.3) trong đó: D (Ao) là kích thước hạt

λ = 1.54056 Ao là bước sóng tia X của Cu Kα

β (rad) là độ bán rộng của vạch nhiễu xạ θ (rad) là góc nhiễu xạ

Chúng tôi đã xác định kích thước trung bình của các hạt nano ZnS:Mn/PVP (bảng 3.3) khi tăng tỷ lệ thể tích từ 5:0 đến 5:10

Bảng 3.3: Hằng số mạng và kích thước hạt trung bình của các hạt nano ZnS, ZnS:Mn/PVP với các tỉ lệ thể tích khác nhau của ZnS:Mn và PVP

Tỷ lệ thể tích ZnS:Mn/PVP

Hằng số mạng a = b = c (Ao)

Kích thước hạt D (nm)

D(111) D(220) D

5:0 5.3873 2.8 3.6 3.1  0.7

5:1 5.3888 2.4 3.5 3.0  0.5

5:3 5.3685 2.4 3.4 2.9 0.0

5:5 5.3683 2.5 3.6 3.0  0.5

5:7 5.3451 2.4 3.5 3.0  0.4

5:10 5.3463 2.4 3.5 3.0  0.5

*Ảnh TEM của hạt nano ZnS:Mn

Hình 3.3 là ảnh TEM của hạt nano ZnS:Mn và ZnS:Mn/PVP (CMn= 8 mol %, tỉ lệ 5:0 v à 5:5) . Từ ảnh TEM cho thấy các hạt nano ZnS:Mn chưa bọc phủ PVP có kích thước hạt khoảng 4-5 nm. Các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP phân bố khá đồng đều, có sự phân tách giữa các hạt nên cho kích thước hạt nhỏ hơn khoảng 3 nm. Giá trị này khá phù hợp với kết quả thu được từ giản đồ nhiễu xạ tia X(XRD)

Hình 3.3: Ảnh TEM a) Hạt nano ZnS:Mn, b) Hạt nano ZnS:Mn/PVP với tỉ lệ 5:5 3.3.2. Cấu trúc và hình thái học của màng mỏng ZnS:Mn bọc phủ PVP

* Giản đồ nhiễu xạ XRD của các màng mỏng ZnS:Mn bọc phủ PVP

Hình 3.4 là giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của các màng mỏng ZnS:Mn(CMn

= 8mol/%)bọc phủ PVP (tỷ lệ thể tích 5:5) với các số lớp khác nhau

2 0 4 0 6 0 8 0 0

3 0 0 6 0 0 9 0 0

I(a.u)

2

a . 1 lo p b . 5 lo p c . 1 0 lo p d . 1 5 lo p

a b c d (1 1 1 )

(2 2 0 ) (3 1 1 )

Hình 3.4: Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của màng mỏng ZnS:Mn(CMn = 8mol/%

tỷ lệ thể tích 5:5)bọc phủ PVP với các số lớp khác nhau

Trong phổ xuất hiện các vạch nhiễu xạ ứng với các mặt phản xạ chính (111), (220) và (311), trong đó vạch (111) có cường độ mạnh nhất Từ phổ XRD cho thấy các màng mỏng ZnS:Mn(CMn=8mol/%) bọc phủ PVP với các số lớp khác nhau đều có cấu trúc Cubic thuộc nhóm không gian Td2- F43m. Từ phổ nhiễu xạ tia X chúng tôi tính được hằng số mạng, kích thước hạt, ngoài hằng số mạng, kích thước hạt, độ dày cũng là một thông số quan trọng của màng mỏng. Kết quả được dẫn ra ở bảng 3.4. Để đo độ dày của các màng mỏng chúng tôi sử dụng máy so Abbe của hãng CARLZELS JENA, máy này cho phép đo độ dày của màng mỏng với độ chính xác tới 0.1m. Kết quả cho thấy, khi tăng số lớp từ 1 đến 15 lớp thì độ dày của màng mỏng, cường độ các vạch nhiễu xạ đều tăng, hằng số mạng và kích thước hạt hầu như không thay đổi. Các kết quả độ dày màng, hằng số mạng, kích thước hạt được dẫn ra ở bảng 3.4.

Bảng 3.4: Độ dày màng, hằng số mạng và kích thước hạt của màng mỏng ZnS chế tạo bằng phương pháp Spincoating.

Số lớp

Độ dày màng l(m)

Hằng số mạng a = b = c (Å)

Kích thước hạt D(nm)

1 3 5.3865 2.4

5 15 5.3897 2.4

10 26 5.3979 2.5

15 35 5.3989 2.4

Hình 3.5 là ảnh quang học của các màng mỏng ZnS:Mn (CMn = 8mol%) bọc phủ PVP tỷ lệ 5:5 với các số lớp khác nhau được chụp qua kính hiển vi quang học của máy so Abbe của hãng CARLZELS JENA.

1 lớp

5 lớp 10 lớp

15 lớp

Hình 3.5: Ảnh quang học của các màng mỏng ZnS:Mn (CMn = 8mol%)bọc phủ PVP với số lớp khác nhau