chiều ZnS nhận được sau khi nuôi
Hình 3.3. Sơ đồ phân bố vùng nhiệt độ đặt đế trong lò và ảnh FESEM của các nano tinh thể ZnS một chiều tại các vùng nhiệt độ đặt đế khác nhau
Một ưu điểm nổi bật của công nghệ chế tạo các cấu trúc nano một chiều bằng phương pháp bốc bay nhiệt là khả năng tạo ra các hình thái cấu trúc một chiều khác nhau trong cùng một mẻ chế tạo. Tuỳ thuộc vào các điều kiện chế tạo cụ thể như nhiệt độ bốc bay, nhiệt độ đế, lưu lượng khí mang, loại đế sử dụng…các cấu trúc một chiều như dây, đai, thanh nano…có thể được chế tạo.
Trong nghiên cứu này, để nghiên cứu sự hình thành các cấu trúc nano một chiều, chúng tôi đã tiến hành bốc bay bột ZnS và khảo sát sự phụ thuộc của hình thái cấu trúc vào nhiệt độ đế tại các vùng nhiệt độ khác nhau của các cấu trúc nano tinh thể ZnS một chiều, theo sơ đồ phân bố nhiệt độ minh hoạ trên hình 3.3. Trong sơ đồ này:
Vùng I (nhiệt độ đế 900 - 1100 oC): là vùng đế Si/Au được đặt cách nguồn vật liệu khoảng ~ 5 cm.
Vùng II (nhiệt độ đế 800 - 900 oC): là vùng đế Si/Au được đặt cách nguồn vật liệu khoảng ~ 7 cm.
Vùng III (nhiệt độ đế 750 - 800 oC): là vùng đế Si/Au được đặt cách nguồn vật liệu khoảng ~9 cm.
66
Kết quả quan sát ảnh FESEM của các mẫu nhận tương ứng với các vùng nhiệt độ (hình 3.3) cho thấy: tại Vùng I - vùng gần nguồn bốc bay nhất, các cấu trúc một chiều hình thành là các đai nano với kích thước bề rộng vài micromét, bề ngang từ cỡ vài nanomét đến vài chục nanomét và chiều dài lên tới vài chục cho đến vài trăm micromét. Tại vùng II, cấu trúc một chiều nhận được là các đai nano, xen lẫn các dây nano. Các dây nano có đường kính từ vài chục đến vài trăm nm và chiều dài cỡ hàng chục micromét. Tại vùng nhiệt độ đế thấp nhất (Vùng III), sản phẩm nhận được là các dây nano, được phân bố theo lớp khác nhau, phía trên là các dây nano dài đến vài chục micromét và đường kính dây kích thước từ 50 – 300 nm, trong khi lớp bên dưới là các dây ngắn, kích thước lớn và bề mặt gồ ghề. Khi quan sát ở độ phân giải cao hơn, hình chèn trong các hình 3.3 (I, III), kết quả cho thấy trên đỉnh/ở đầu các đai hoặc dây nano đều xuất hiện các hạt kim loại xúc tác vàng. Điều này, chứng tỏ cơ chế mọc các cấu trúc nano một chiều ZnS trong nghiên cứu của chúng tôi là theo cơ chế VLS.
Hình 3.4. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi
Hình 3.4 là kết quả khảo sát phổ nhiễu xạ tia X của đai nano nhận được tại vùng I. Phổ được đặc trưng bởi các đỉnh nhiễu xạ sắc nét, có cường độ cao hoàn toàn tương ứng với các đỉnh nhiễu xạ trên các mặt phẳng tinh thể của tinh thể ZnS lục giác (theo thẻ chuẩn số 98-007-1748). Ngoài ra, trên phổ chỉ quan sát được các đỉnh nhiễu xạ liên quan đến kim loại xúc tác vàng. Từ kết quả phân tích phổ XRD, có thể nhận thấy các cấu trúc nano tinh thể một chiều ZnS nhận được sau khi nuôi bằng phương pháp bốc bay nhiệt theo cơ chế VLS, là đơn pha và có chất lượng tinh thể cao.
67
Hình 3.5. Ảnh FESEM (a) và phổ EDS (b) của đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi
Để kiểm tra một lần nữa thông số về thành phần hoá học của các cấu trúc nano mộ chiều ZnS chế tạo được. Chúng tôi đã chụp ảnh FESEM kết hợp với phân tích thành phần hoá học sử dụng thiết bị đo phổ tán sắc năng lượng (EDS) tích hợp trong kính hiển vi điện tử quét có độ phân giải siêu cao Jeol JSM-7600F. Kết quả nhận được được minh hoạ trên hình 3.5 (a) và 3.5 (b). Kết quả cho thấy thành phần hoá họ c chủ yếu của đai và dây nano quan sát tương ứng trên hình 5 (a) là Zn, S và một lượng nhỏ O (chiếm 5.1 % về nguyên tử). Kết quả cũng cho thấy có tồn tại một lượng nhỏ Si trong kết quả phân tích. Lượng Si này theo chúng tôi, là thành phần của đế Si. Với tỷ lệ 49.1 nguyên tử % Zn, và 45.2 % nguyên tử S, có thể kết luận dây và đai nhận được là ZnS. Sự xuất hiện của O trong kết quả phân tích chứng tỏ các dây nano, đai nano ZnS nhận được có thể đã bị ôxy hóa tự nhiên tại nhiệt độ phòng hoặc bị ôxy hóa một phần trong quá trình nuôi do ôxy dư trong buồng bốc bay. Ngoài ra, sự tồn tại của O trong lớp SiO2 tự nhiên hình thành trên đế Si, cũng có thể có đóng góp vào kết quả phân tích ở trên. Kết quả nhận được ở trên là khá phù hợp với các công bố gần đây về các cấu trúc một chiều ZnS, trong đó dường như luôn tồn tại một lượng ôxy (ZnO) trong các cấu trúc nano ZnS chế tạo được [139]. Sự tồn tại của O vì thế chắc chắn sẽ ảnh hưởng ít nhiều đến các tính chất của dây/đai nano ZnS và do đó cần phải được nghiên cứu một cách hệ thống và sâu sắc hơn.