Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤM NANO CARBON
1.4. Các tính chất của chấm nano carbon
1.4.4. Tính chất huỳnh quang
1.4.4.7. Ảnh hưởng của nồng độ ion
Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ ion lên cường độ huỳnh quang, 2 mL dung dịch NaCl với nồng độ từ 0 đến 2 M đã đƣợc pha trộn với của Cdots chiết xuất từ tỏi [5]. Hình 1.9 cho thấy hầu như không có sự thay đổi về cường độ cũng như vị trí phát xạ cực đại. Hiện tượng này cũng quan sát thấy ở Cdots được chế tạo từ nước ép cà rốt [45], tóc người [43].
Hình 1.9 (a) Phổ huỳnh quang của Cdots trong dung dịch NaCl với các nồng độ khác nhau;
(b) sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang vào nồng độ muối[5].
4.4.4.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhóm của Sun đã khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng lên tính chất quang của ba mẫu Cdots đƣợc chế tạo từ tóc ở 40 oC (S-N-Cdots-40), 100 oC (S-N- Cdots-100) và 140 oC (S-N-Cdots-140)[43]. S-N-Cdots-40 có bước sóng kích thích và phát xạ tối ưu tương ứng là 330 và 383 nm; của S-N-Cdots-100 là 353 và 450 nm;
của S-N-Cdots-140 là 369 và 470 nm. Ngoài việc làm giảm kích thước của Cdots sự gia tăng nhiệt độ phản ứng cũng có thể dẫn đến sự dịch chuyển đỏ của bước sóng kích thích và phát xạ cực đại.
Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các tính chất huỳnh quang của B-Cdots (phát xạ một màu xanh dương) và F- Cdots (phát xạ đa màu) với tiền chất là CHCl3 và DEA đã được nghiên cứu trong dung dịch nước từ 278 đến 348 K [48]. Đầu tiên cường độ của B-Cdots giảm trong khoảng nhiệt độ 278 đến 298 K, sau đó nó hầu nhƣ không thay đổi ở nhiệt độ cao. Đối với F-Cdots cường độ phát xạ ở các vị trí khác nhau cũng giảm tuyến tính với nhiệt độ. Đồ thị Arrhenius của các đỉnh này cho thấy cường độ huỳnh quang ở vùng xanh lá cây và đỏ giảm nhanh hơn nhiều so với vùng xanh dương. Điều này chứng tỏ sự phát xạ trong các vùng này xuất phát từ sự chuyển dịch điện tử khác nhau. Sự dập tắt huỳnh quang gây ra bởi nhiệt độ có thể liên quan chặt chẽ đến sự phục hồi không phát xạ.
Hình 1.10 Cường độ huỳnh quang của (a) B-Cdots trong nước khi bị kích thích bởi ánh sáng 439 nm; (b) F-Cdots trong nước (kích thích ở bước sóng 470, 553 và 655 nm. Hình chèn vào là đồ thị Arrhenius sự dập tắt huỳnh quang của B-Cdots do nhiệt độ, Io, I là cường độ
huỳnh quang ở 278 K và nhiệt độ cao hơn [48].
1.4.4.9. Hiệu suất lượng tử của chấm nano carbon
Để có thể đƣa Cdots vào ứng dụng thì độ sáng và tính ổn định quang là hai điểm chính cần quan tâm. Nhƣ đã trình bày ở trên đa số Cdots có độ bền quang cao.
Do đó các nhà khoa học tập trung vào việc phát triển các Cdots có hiệu suất lƣợng tử cao hơn. Hiệu suất lƣợng tử (QY) là một tham số thiết yếu cho vật liệu nano phát quang. Hiệu suất lƣợng tử đƣợc định nghĩa là tỷ lệ giữa số lƣợng photon phát xạ Nem(λex) và số lƣợng photon hấp thụ Nabs(λe) [49]:
ex ex
( ) ( )
em abs
QY N N
(1.1)
Việc xác định hiệu suất lượng tử của chất huỳnh quang bằng phương pháp quang học tương đối bao gồm các bước sau: (i) lựa chọn chất huỳnh quang phù hợp đã biết QY có phổ hấp thụ và phát xạ nằm trong vùng tương tự như mẫu cần đo QY;
(ii) lựa chọn điều kiện đo (bước sóng kích thích λex, hấp thụ ở λex, chế độ đo của mẫu và chất chuẩn giống nhau); (iii) đo phổ hấp thụ và phát xạ của dung môi, mẫu, chất chuẩn với 5 nồng độ khác nhau. Sau đó phải trừ từ phổ phát xạ của mẫu và chất chuẩn cho phổ phát xạ của dung môi để loại trừ tín hiệu nền có thể (tán xạ và phát xạ từ dung môi, điểm tối của máy dò); (iv) vẽ đường phụ thuộc tuyến tính giữa cường độ huỳnh quang tích phân và độ hấp thụ; tính QY theo công thức (1.2) [50]:
2
. 2
x x
x st
st st
m n QY QY
m n
(1.2)
Chỉ số “x” và “st” biểu thị cho mẫu và chất chuẩn. m là độ dốc, n là hệ số khúc xạ của dung môi.
Để giảm tối đa sự tái hấp thụ độ hấp thụ ở bước sóng kích thích trong cu vét huỳnh quang 10 mm không bao giờ vƣợt quá 0,1. Wu và cộng sự đã chọn sodium fluorescein làm chất chuẩn để tính QY của Cdots đƣợc chế tạo từ tơ tằm [50].
Sodium fluorescein (SF) (QY = 79%) đƣợc pha trong dung dịch NaOH 0,1 M (hệ số khúc xạ 1,33) trong khi Cdots được pha trong nước (n = 1,33). Để tính QY mỗi chất pha với năm nồng độ khác nhau. Tất cả chúng đều có độ hấp thụ nhỏ hơn 0,1 ở 370 nm. Sau đó hiệu suất lượng tử của Cdots được tính bằng cách so sánh cường độ huỳnh quang tích phân (kích thích ở 370 nm) và giá trị hấp thụ (ở 370 nm) của Cdots với sodium fluorescein. Vẽ đồ thị của cường độ huỳnh quang tích phân phụ