Tớnh chất quang của cỏc hạt nano ZnO được khảo sỏt dựa trờn phổ huỳnh quang. Phổ huỳnh quang của cỏc mẫu đều được đo với bước súng kớch thớch là 325 nm (Hỡnh 4.17). Hạt nano ZnO thường cú 2 đỉnh phỏt xạ khi được kớch thớch bằng ỏnh sỏng tử ngoại. Một là vựng bước súng 370 nm (được gọi là vựng huỳnh quang tử ngoại) do tỏi hợp cặp electron và lỗ trống của ZnO và một đỉnh khỏc gần 525 nm (được gọi là vựng xanh lỏ cõy) mà cơ chế phỏt xạ vựng này phức tạp hơn.
Dải huỳnh quang xanh da trời – xanh lỏ cõy thường được gắn với cơ chế tỏi hợp bức xạ qua cỏc mức sõu (nỳt khuyết oxy, nguyờn tử kẽm điền kẽ), cỏc trạng thỏi
bẫy hoặc cỏc trạng thỏi bề mặt. Cỏc giả thiết về cỏc cơ chế đú thường dựa trờn cơ sở ZnO là một oxit khụng hợp thức [56]. Cỏc mức năng lượng tạo ra bởi cỏc loại sai hỏng như nỳt khuyết oxy (Vo
0) và nguyờn tử kẽm điền kẽ Zni
0, nỳt khuyết oxy bị ion húa (Vo+), nguyờn tử kẽm điền kẽ bị ion húa Zni
+
, Zni2+… cú thể tồn tại trong vựng cấm của ZnO. Cú thể cho rằng đõy là tổ hợp của nhiều quỏ trỡnh chuyển mức như: VZn 2- VZn-, ứng với 2,2 eV, Zni + VZn- ứng với 2,32 eV, VZn2- VB ứng với 2,8 eV. 350 400 450 500 550 600 360 380 400 420 c d b C -ờng độ (đ.v .t.y.) B-ớc sóng (nm) a c d b B-ớc sóng (nm) a
Hỡnh 4.17. Phổ huỳnh quang của hạt nano ZnO (a) khụng bọc và bọc PVP với tỉ lệ R khỏc nhau, (b) R= 1,2; (c) 0,9 và (d) 0,6
Trong cỏc mẫu của chỳng tụi, cả 2 đỉnh phỏt xạ trờn đều xuất hiện, nhưng cường độ tương đối giữa cỏc đỉnh và vị trớ của chỳng cú sự thay đổi. Đối với vựng phỏt xạ màu xanh, cường độ của vựng phổ rộng này (Hỡnh 4.17) giảm đi khi cỏc hạt nano được bọc bằng PVP. Phổ huỳnh quang của hạt nano ZnO khụng bọc bằng PVP và bọc PVP với lượng khỏc nhau rừ ràng chỉ ra vai trũ của PVP trong việc làm giảm cỏc sai hỏng và mức bẫy. Cỏc sai hỏng hoặc bẫy này chủ yếu nằm ở bề mặt cỏc hạt nano, tại đú cỏc phõn tử PVP sẽ cú tỏc dụng trực tiếp và hiệu quả nhất trong việc thụ động húa cỏc sai hỏng này. Hơn nữa, đỉnh phỏt xạ vựng xanh thường được cho là cú liờn quan đến cỏc anion nỳt khuyết oxy ở bề mặt hạt nano ZnO. Dường như quỏ trỡnh thụ động húa bề mặt ớt nhất cũng loại trừ được một phần cỏc trạng thỏi bẫy bề
đỉnh xanh càng lớn thỡ bước súng của nú lại càng nhỏ. Như chỳng ta đó biết cỏc trạng thỏi bẫy là khụng đồng nhất. Rất khú để cú thể xảy ra việc tất cả cỏc mức bề mặt lại cú cựng xỏc suất loại bỏ bởi PVP. Một trường hợp khỏc dễ xảy ra hơn là những mức bẫy càng nụng thỡ chỳng càng dễ bị loại bỏ bởi PVP [33, 28]. Quan điểm này cú thể giải thớch một cỏch tự nhiờn sự dịch đỏ của vựng phỏt xạ màu xanh gõy nờn bởi PVP.
Trong khi đú, sự biến đổi của đỉnh UV cũng cho ta một số thụng tin hữu ớch. Cường độ tương đối của đỉnh UV so với đỉnh xanh của cỏc mẫu hạt nano ZnO bọc bằng PVP tăng lờn rừ rệt so với cỏc mẫu khụng bọc chứng tỏ PVP giỳp làm giảm sai hỏng bề mặt ở hạt nano như đó trỡnh bày ở trờn. Cựng với sự tăng cường độ của đỉnh UV, khi ta tăng nồng độ chất hoạt húa PVP thỡ cỏc đỉnh UV cũng dịch dần về phớa bước súng ngắn, điều này cú thể được giải thớch là do khi tăng lượng PVP, kớch thước của cỏc hạt giảm dần nờn đỉnh phỏt xạ tử ngoại sẽ dịch dần về phớa năng lượng cao.