Hỡnh 4.22 là ảnh SEM cỏc mẫu, đều được chế tạo trong thời gian 60 phỳt, nhưng trờn cỏc đế Si cú phủ lớp Au với độ dầy khỏc nhau. Hỡnh 4.22 a cho thấy: khi độ dày của lớp Au phủ trờn đế Si là 25 nm, cỏc dõy nano ZnO được hỡnh thành với mật độ cao. Đường kớnh của cỏc dõy nano biến đổi trong khoảng 50 - 100 nm, chiều dài cỡ vài àm.
Hỡnh 4.22. Ảnh SEM của cỏc cấu trỳc nano ZnO trờn cỏc đế Si cú phủ lớp Au với cỏc độ dày khỏc nhau, (a) 25 nm, (b) 50 nm, (c) 100 nm
Khi độ dày của lớp Au vào cỡ 50 nm, trờn đế khụng hỡnh thành cỏc dõy nano, mà hỡnh thành cỏc thanh nano cú đường kớnh biến đổi từ 100 đến 250 nm, chiều dài cỡ vài àm (Hỡnh 4.22b). Khi độ dày của lớp Au cỡ 100 nm, cấu trỳc nano một chiều hầu như khụng hỡnh thành, sản phẩm thu được chủ yếu bao gồm cỏc hạt tinh thể nhỏ (Hỡnh 4.22c). Như vậy, độ dày lớp Au xỳc tỏc quỏ lớn sẽ khụng tạo điều kiện thuận lợi cho sự phỏt triển của cấu trỳc nano một chiều ZnO.
Hỡnh 4.23. Ảnh SEM của dõy nano ZnO được chế tạo trong mụi trường khớ Ar
1 àm (a) (b) 5 àm (c) 5 àm 2 àm (b) 2 àm (a)
Từ cỏc ảnh SEM với độ phúng đại cao hơn (Hỡnh 4.23), cú thể thấy rằng cỏc dõy nano ZnO đều tận cựng bằng một giọt cú dạng gần hỡnh cầu. Sự cú mặt cỏc giọt hỡnh cầu ở đầu mỗi dõy nano là một bằng chứng tin cậy về cơ chế hơi-lỏng-rắn (vapor-liquid-solid: VLS) trong quỏ trỡnh hỡnh thành và phỏt triển dõy nano ZnO.
Cơ chế VLS nờu trờn cú thể chia thành ba giai đoạn (Hỡnh 4.24). Trong giai đoạn đầu, ZnO thể rắn bị khử oxy bởi cacbon hoạt tớnh và ở nhiệt độ cao biến thành Zn và ZnO1-x ở thể hơi. Đồng thời trong giai đoạn này, trờn đế Si cú phủ vàng cú thể xảy ra cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành cỏc chấm vàng với kớch thước khỏc nhau tựy thuộc vào độ dày màng. Màng càng dày kớch thước của cỏc chấm vàng càng lớn.
Hỡnh 4.24. Cơ chế hỡnh thành dõy nano, thanh nano ZnO
Trong giai đoạn thứ hai, hơi Zn và ZnO1-x ngưng đọng trờn đế Si cú phủ Au, thực hiện phản ứng với cỏc đỏm Au, tạo thành cỏc giọt chất lỏng hợp kim Au-Zn. Trong giai đoạn thứ ba, cỏc giọt chất lỏng Au-Zn hấp thụ hơi Zn và ZnO1-x tạo thành cỏc hạt nano phức hợp (nanocomposite) Au-ZnO. Khi cỏc hạt nano phức hợp này trở nờn quỏ bóo hoà, thỡ quỏ trỡnh phỏt triển dõy nano ZnO bắt đầu, quỏ trỡnh này sẽ tiếp tục chừng nào giọt hợp kim Au-Zn cũn tồn tại ở thể lỏng. Rừ ràng là kớch thước của cỏc hạt nano phức hợp Au-ZnO sẽ quyết định kớch thước của cấu trỳc nano một chiều. Độ dày của lớp Au phủ trờn mặt đế Si sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kớch thước của cỏc hạt nano phức hợp Au-ZnO thụng qua việc ảnh hưởng đến kớch thước cỏc chấm vàng trờn đế và do đú ảnh hưởng đến sự hỡnh thành và kớch thước của cỏc cấu trỳc nano của vật liệu như đó quan sỏt thấy trong thực nghiệm. Ta cũng thấy khi đường kớnh của cỏc dõy và thanh nano tăng lờn thỡ chiều dài của nú cũng giảm đi, điều này phự hợp với cụng thức (2.5) trong phần lý thuyết.