Để mọc ngay ngắn thẳng đứng trên đế, ZnO NRs phải được phát triển trên đế tinh thể, đó là sự tăng trưởng epitaxy (epitaxy là hiệu ứng có tầm quan trọng trong khoa học và công nghệ ứng dụng đặc biệt là chế tạo linh kiện màng mỏng bán dẫn). Do mối quan hệ epitaxy giữa ZnO và đế mà ZnO sẽ có cấu trúc tinh thể định hướng cùng phương với đế để khớp với liên kết đối xứng của đế và đảm bảo tính tuần hoàn, khi đó các thanh ZnO sẽ mọc ngay ngắn thẳng hàng. Đặc biệt, đối với đế đơn tinh thể năng lượng mặt tiếp giáp giữa lớp ZnO và đế sẽ có giá trị cực tiểu vì mật độ mối liên kết có độ dài và góc thích hợp ngang qua mặt tiếp giáp đạt đến giá trị cực đại – chúng hợp nhất đối xứng của 2 tinh thể. Do đó, hiện nay có nhiều nghiên cứu tổng hợp ZnO NRs trên đế đơn tinh thể (sapphire - Al2O3, titanium nitride – TiN, gallium nitride – GaN)…để phát triển epitaxy hơn những nghiên cứu trên đế vô định hình (thủy tinh). Tuy nhiên, những nghiên cứu về sự tăng trưởng epitaxy trên đế đơn tinh thể bị giới hạn về kinh tế và ứng dụng, do vật liệu đế đắt tiền và cách điện. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ trình bày phương pháp chế tạo ZnO NR có cấu trúc tinh thể tốt mọc thẳng đứng ngay ngắn trên đế vô định hình – đế thủy tinh với kỹ thuật tăng trưởng hai bước (two – step growth technique), bước 1: phủ lớp màng mỏng ZnO làm lớp mầm lên đế thủy tinh, bước 2: phát triển ZnO NRs trên lớp mầm ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt [24-27]. Kích thước và mật độ của các thanh có thể điều kiển dễ dàng bằng cách thay đổi các thông số chế tạo. Với kỹ thuật này, không những tiết kiệm về kinh tế, linh hoạt, mà còn có thể tổng hợp ZnO NRs trên nhiều loại bề mặt đế khác nhau như ITO, graphene tạo điều kiện cho phát triển các linh kiện quang điện tử kích thước nano đặc biệt là PMT vô cơ – hữu cơ có hiệu suất cao ở quy mô rộng.
Trong phần này, chúng tôi trình bày những kết quả nghiên cứu về ZnO nanorods (NRs) nhằm cung cấp những dữ liệu thực nghiệm về cấu trúc tinh thể, hình thái học và tính chất của ZnO NRs được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt. Trước tiên chúng sẽ tổng hợp ZnO NRs trên đế thủy tinh thuần và đế thủy tinh có phủ một lớp mầm ZnO, nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của lớp mầm lên sự
53
phát triển, hình thái học và cấu trúc tinh thể của ZnO NRs. Trên cơ sở đó, chúng tôi sẽ cho phát triển ZnO NRs trên đế thủy tinh có lớp điện cực Graphene nhằm khảo sát khả năng ứng dụng của ZnO NRs trong cấu trúc PMT.
5.1. Khảo sát hình thái học và cấu trúc tinh thể của ZnO NRs:
5.1.1. Ảnh hưởng của lớp mầm ZnO:
Để khảo sát ảnh hưởng của lớp mầm ZnO lên hình thái học và cấu trúc tinh thể của ZnO NRs được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt, chúng tôi tổng hợp ZnO NRs trên đế thủy tinh không có lớp mầm và trên đế thủy tinh có phủ 1 lớp mầm ZnO. Lớp mầm ZnO được phủ bằng phương pháp solgel với độ dày khoảng 100nm. Trong cả hai trường hợp có và không có lớp mầm, ZnO NRs được tổng hợp với cùng điều kiện thủy nhiệt:
- Nồng độ kẽm nitrat Zn2+
: 0.03M - Tỉ lệ Zn2+/HTMA: 1/1