: 0.03M Tỉ lệ Zn 2+ /HTMA 1/
5.2. Khảo sát hình thái và cấu trúc tinh thể của ZnO nanorods phát triển trên lớp điện cực graphene:
trên lớp điện cực graphene:
Trong cấu trúc PMT dị thể vô cơ hữu cơ (hình 5.18 ), ZnO NRs được phát triển trên một lớp điện cực. Do đó để hướng tới mục tiêu ứng dụng ZnO NRs trong cấu trúc PMT, đề tài tiếp tục khảo sát sự phát triển ZnO NRs trên lớp điện cực graphene.
Hình 5.18. Cấu trúc PMT dị thể vô cơ/ hữu cơ [5].
Như đã biết, graphene là một đơn lớp của graphite có độ dày ở mức độ một nguyên tử. Graphene là vật liệu mỏng nhất trên hành tinh nhưng lại có độ bền cơ và độ bền nhiệt rất cao, có độ truyền qua tốt ở cả vùng khả kiến và vùng hồng ngoại gần, và độ dẫn điện tuyệt vời. Hơn nữa, graphene mềm dẻo, linh hoạt và giá thành rẻ hơn ITO nhưng công thoát điện tử của graphene (4,6 eV) gần với ITO (4,8 eV) nên ngày nay graphene là một trong vật liệu đầy hứa hẹn cho ứng dụng trong thiết bị quang điện tử có kích thước nano đặc biệt là làm điện cực trong PMT hữu cơ thay thế cho ITO [22].
Biên cạnh đó, việc phát triển vật liệu bán dẫn có cấu trúc nano trên Gr còn đang được quan tâm đặc biệt là do cấu trúc nano có thể làm tăng thêm chức năng hóa của Gr như độ dẫn điện và độ truyền qua tăng [28].
Vật liệu graphene ban đầu được tạo trên đế Cu bằng phương pháp CVD, sau đó chúng tôi thực hiện qui trình transfer graphene lên đế thủy tinh theo các bước trình bày trong phần thực nghiệm.
76
Sau đó, chúng tôi phủ mầm ZnO bằng phương pháp solgel (ZSs/Gr/glass) và tổng hợp ZnO NRs bằng phương pháp thủy nhiệt trên ZSs/Gr/glass (ZNR/ZSs/Gr/glass) với các bước và thông số chế tạo như mục trên.
Đầu tiên, chúng tôi thực hiện phủ màng ZnO làm lớp mầm lên Gr và khảo sát hình thái lớp mầm ZnO trên Gr qua phân tích SEM.
Hình 5.19. Ảnh SEM của lớp mầm ZnO solgel trên Gr (ZSs/Gr/glass).
Hình 5.20. Ảnh SEM của ZnO NRs mọc trên ZSs/Gr/glass (ZNR/ZSs/Gr/glass)
với thời gian thủy nhiệt 60 phút (a) và 180 phút (b)
Với kết quả hình SEM của lớp mầm ZnO trên Gr từ hình 5.19, chúng tôi nhận thấy rằng, bề mặt của màng ZnO trên Gr có cấu trúc xốp đồng đều. Sau khi phủ lớp mầm ZnO lên Gr, chúng tôi tiến hành phát triển ZnO nanorods lên lớp mầm đã tạo trước đó, ở đây chúng tôi thực hiện thủy nhiệt trong vòng 60 phút và180 phút. Theo một số công trình trên thế giới thì việc phát triển ZnO trên Gr không dễ dàng như phát triển trên đế thủy tinh do bản chất của Gr kém dính ướt nên mầm ZnO lắng đọng trên Gr không đều dẫn đến mật độ thanh thấp, độ định hướng không cao. Tuy nhiên theo quy trình và điều kiện chế tạo trong đề tài này, chúng tôi đã chế
77
tạo thành công ZnO nanorods trên nền Gr với đường kính mỗi thanh khoảng 50nm (thủy nhiệt 60 phút), 100 nm (thủy nhiệt 180 phút), các thanh có hình dạng lục giác rõ nét, mọc thẳng đều và định hướng tốt như thấy trên hình 5.20.
Hình 5.21. Phổ XRD của ZnO NRs khi có lớp điện cực Gr (ZNR/ZSs/Gr/glass) với thời gian thủy nhiệt 60 phút.
Hình 5.22. Phổ XRD của ZnO NRs không có lớp điện cực Gr (ZNR/ZSs/glass) với thời gian thủy nhiệt 60 phút.
78
Hình 5.23. Ảnh SEM của ZnO NRs với thời gian thủy nhiệt 60 phút: (a) không có lớp điện cực Gr (ZNR/ZSs/glass), (b) có lớp điện cực Gr (ZNR/ZSs/Gr/glass).
Tiếp theo để khảo sát cấu trúc tinh thể ZnO NRs trên Gr, chúng tôi thực hiện phân tích XRD. Kết quả hình 5.21 cho thấy, ZnO NRs phát triển trên nền Gr có cấu trúc lục giác xếp chặt với cường độ đỉnh (002) ứng với góc nhiễu xạ 2θ=34.5o rất cao, chứng tỏ ZnO NRs có độ kết tinh tốt, định hướng tinh thể cao, ưu tiên phát triển theo trục c vuông góc với mặt mạng (002). Hơn nữa, khi so sánh phổ XRD của mẫu ZnO NRs mọc trên đế thủy tinh không có lớp Gr (hình 5.22 ) với cùng các điều kiện chế tạo tại thời gian thủy nhiệt 60 phút cho thấy, mẫu ZnO NRs phát triển trên đế có lớp Gr có cường độ nhiễu xạ (002) gấp hơn 3 lần, chứng tỏ khi có lớp Gr các thanh ZnO kết tinh tốt hơn, định hướng tinh thể cao hơn. Kết quả này có thể giải thích là do lớp Gr và ZnO đều có cấu lục giác nên ZnO phát triển trên Gr sẽ có định hướng và cấu trúc tốt hơn khi ZnO phát triển trên đế thủy tinh vô định hình. Chính vì vậy khi so sánh ảnh SEM của các mẫu ZnO NRs có và không có lớp Gr (hình 5.23) cho thấy khi có lớp Gr bề mặt mẫu mịn và ít khuyết tật hơn khi không có lớp Gr.
Như vậy, với qui trình và thông số chế tạo trong công trình này, chúng tôi đã chế tạo được ZnO NRs không những trên đế thủy tinh mà cả trên nền Gr với cấu trúc tinh thể tốt, định hướng ngay ngắn thẳng hàng và có kích thước phù hợp ứng dụng trong PMT.