Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu nghiên cứu chế tạo tính chất quang của các chấm lượng tử cdse với cấu trúc lõivỏ và định hướng ứng dụng

186 497 0
Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu nghiên cứu chế tạo tính chất quang của các chấm lượng tử cdse với cấu trúc lõivỏ và định hướng ứng dụng

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU Vũ Đức Chính NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe VỚI CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội- 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU Vũ Đức Chính NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe VỚI CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử quang tử Mã số: 62 44 50 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: TS Phan Tiến Dũng 2: PGS.TS Phạm Thu Nga Hà Nội- 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Thu Nga TS Phan Tiến Dũng, người thầy nhiệt tình hướng dẫn tơi suốt thời gian tơi làm nghiên cứu khoa học, hết lịng giúp đỡ tơi vật chất tinh thần thời gian làm nghiên cứu sinh để tơi hồn thành luận án Xin trân trọng cảm ơn Bộ Giáo dục Đào tạo, Viện Khoa học Vật liệu Phòng Đào tạo tạo điều kiện thuận lợi cho làm luận án, đặc biệt PGS.TS Viện trưởng Nguyễn Quang Liêm tạo điều kiện giai đoạn cuối, để tơi hồn thành nội dung luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến GS.TS Đào Trần Cao Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Xuân Nghĩa, thuộc Viện Khoa học Vật liệu; TS Carlos Barthou GS Paul Benalloul, thuộc Viện khoa học Nano Paris, trường Đại học Pierre Marie Curie, Paris, Pháp; PGS.TS Lê Văn Vũ, Giám đốc Trung tâm Khoa học Vật liệu, thuộc Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên; ThS Đỗ Hùng Mạnh ThS Phạm Thanh Bình, thuộc Viện Khoa học Vật liệu; PGS.TS Nguyễn Văn Hùng, thuộc Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, giúp thực phép đo để nghiên cứu tính chất vật lý mẫu chấm lượng tử Tôi xin cảm ơn GS.TS Nguyễn Đại Hưng PGS.TS Vũ Thị Bích tạo điều kiện để tơi tham gia thực đề tài độc lập cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam (năm 2007-2008) “Phát triển ứng dụng k thuật nano quang tử cho đánh dấu nghiệp vụ , đóng góp vào kết luận án Tôi xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Ngọc Long ThS Lưu Mạnh Quỳnh, thuộc Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên; TS Kim Thị Phương Oanh, thuộc Viện Công nghệ sinh học, ứng dụng mẫu chấm lượng tử chúng tơi để phát có mặt virus viêm gan B Tôi xin chân thành cảm ơn NCS Vũ Thị Hồng Hạnh, NCS Khổng Cát Cương, KS Phạm Thùy Linh, CN Đỗ Văn Dũng CN Lê Văn Quỳnh tiến hành thí nghiệm chế tạo mẫu nghiên cứu tính chất quang chúng Sau cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè tơi, dù có làm khoa học hay khơng, ủng hộ làm nghiên cứu sinh Tác giả luận án Vũ Đức Chính LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi dƣới hƣớng dẫn TS Phan Tiến Dũng PGS.TS Phạm Thu Nga Các số liệu, kết luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận án Vũ Đức Chính MỤC LỤC Trang Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ bảng MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÁC CHẤM 12 LƢỢNG TỬ CdSe 1.1 Giới thiệu chấm lƣợng tử huyền phù 12 1.2 Cấu trúc điện tử chấm lƣợng tử 16 1.2.1 Chế độ giam giữ yếu 18 1.2.2 Chế độ giam giữ trung gian 18 1.2.3 Chế độ giam giữ mạnh 19 1.2.4 Phép gần khối lƣợng hiệu dụng ứng dụng cho mơ hình 19 nhiều dải 1.3 Các chuyển dời quang học 24 1.4 Cấu trúc tinh tế exciton biên dải 25 1.5 Phổ quang học chấm lƣợng tử CdSe 27 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC CHẤM LƢỢNG 30 TỬ CdSe/ZnS CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ CÁC K THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Phƣơng pháp chế tạo chấm lƣợng tử CdSe với cấu trúc l i v 30 với v dày nhiều lớp v 2.1.1 Giới thiệu phƣơng pháp chế tạo chấm lƣợng tử 30 CdSe 2.1.2 Quy trình chế tạo chấm lƣợng tử CdSe CdSe ZnS 35 2.1.3 Quy trình chế tạo chấm lƣợng tử l i v với v dày cấu 40 trúc nhiều lớp v CdSe ZnSe ZnS CdSe CdS ZnS 2.2 Biến đổi bề m t chức n ng hoá chấm lƣợng tử 43 2.2.1 Trao đổi ligand 45 2.2.2 Phƣơng pháp biến đổi bề m t chấm lƣợng tử CdSe cấu 46 trúc l i v b ng nh m amine -NH2), silanol (-Si-OH) carboxyl (-COOH) 2.2.2.1 Amin h a chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v 46 nhiều lớp v b ng 2-aminoethanethiol 2.2.2.2 Silan h a chấm lƣợng tử b ng mercaptopropyl- 47 tris(methyloxy)silane 2.2.2.3 Carboxyl h a chấm lƣợng tử b ng 3-mercapto- 47 propionic acid 2.2.3 Bọc nano tinh thể b ng lớp v SiO2 48 2.2.4 Đƣa nano tinh thể vào hạt cầu SiO2 49 2.3 Các k thuật thực nghiệm dùng để nghiên cứu chấm lƣợng tử CdSe 49 2.3.1 Kính hiển vi điện tử truyền qua 49 2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng 50 2.3.3 Nhiễu xạ tia X 51 2.3.4 Phƣơng pháp đo phổ hấp thụ quang học 53 2.3.5 Phƣơng pháp phổ huỳnh quang 55 2.3.6 Phƣơng pháp đo hiệu suất lƣợng tử chấm lƣợng tử 56 CHƢƠNG KẾT QUẢ VỀ CHẾ TẠO, ĐẶC TRƢNG HÌNH 58 THÁI CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ NHIỀU LỚP VỎ 3.1 Kết chế tạo chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v v dày: 58 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS, CdSe/CdS/ZnS 3.1.1 Chế tạo chấm lƣợng tử CdSe 58 3.1.2 Bọc v ZnS cho chấm lƣợng tử CdSe 66 3.2 Quá trình chuyển chấm lƣợng tử thành dạng bột nano 75 3.3 Kết luận 75 CHƢƠNG CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM 77 LƢỢNG TỬ CdSe CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ NHIỀU LỚP VỎ 4.1 Phổ hấp thụ chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc khác nhau, 77 cấu trúc l i v dày CdSe ZnS nhiều lớp 4.1.1 Phổ hấp thụ chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc khác 77 4.1.2 Phổ hấp thụ chấm lƣợng tử CdSe ZnS với lớp v c 81 độ dày thay đổi 4.1.3 Phổ hấp thụ chấm lƣợng tử nhiều lớp với v dày 84 4.2 Phổ huỳnh quang chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc khác 87 nhau, cấu trúc l i v dày CdSe ZnS nhiều lớp 4.2.1 Phổ huỳnh quang chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc 87 khác 4.2.2 Phổ huỳnh quang chấm lƣợng tử CdSe ZnS cấu trúc 91 l i v dày 4.2.3 Phổ huỳnh quang chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc nhiều 93 lớp v 4.3 Phổ huỳnh quang nhiệt độ từ K tới 300 K chấm lƣợng 98 tử CdSe CdSe ZnS 4.4 Phổ huỳnh quang chấm lƣợng tử CdSe nhiều lớp v dày 107 nhiệt độ thấp đến K 4.5 Huỳnh quang tắt dần thời gian sống τ nhiệt độ từ K 111 đến nhiệt độ ph ng 4.6 Kết luận 119 CHƢƠNG TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG 121 TỬ CdSe VỚI CẤU TRÚC LÕI/VỎ ĐÃ ĐƢỢC IẾN ĐỔI Ề MẶT VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG 5.1 Biến đổi bề m t chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v với nhóm amine 124 5.1.1 Phổ hấp thụ chấm lƣợng tử đƣợc amine h a 125 5.1.2 Phổ huỳnh quang chấm lƣợng tử đƣợc amine h a 126 5.2 Biến đổi bề m t chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v với 128 nhóm silanol (-Si-OH) 5.3 Biến đổi bề m t chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v với 130 nhóm carboxyl 5.4 Bọc chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v b ng lớp v SiO2 132 5.5 Đƣa nano tinh thể CdSe cấu trúc l i v vào bề m t hạt cầu 134 vi xốp SiO2 5.6 Ghép chấm lƣợng tử tan nƣớc với phân tử hoạt tính 136 thuốc trừ sâu 5.7 Định hƣớng ứng dụng chấm lƣợng tử CdSe ZnS làm cảm biến 137 sinh học cho việc phát thuốc trừ sâu phốt phát hữu 5.7.1 Chế tạo Acetylthiocholine 140 5.7.2 Chế tạo tổ hợp đế chấm lƣợng tử-ATCh-AChE 140 5.7.3 Chuẩn bị mẫu tổ hợp đế: chấm lƣợng tử-ATCh-AChE 140 với lƣợng thuốc trừ sâu Parathion methyl khác 5.7.4 Kết 140 5.8 Kết luận 143 KẾT LUẬN 145 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN VỚI ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIÊT TẮT nm nano mét HQ Huỳnh quang TOP Trioctylphosphine TOPO Trioctylphosphine oxide HDA Hexadecylamine CHĐBM Chất hoạt động bề m t Cd(CH3COO)2 Cadmium acetate Cd(CH3)3 Dimethylcadmium Se Selen TOP-Se Trioctylphosphine selenide Zn Kẽm Zn(CH3COO)2 Kẽm acetate (TMS)2S Hexamethyl disilthiane N2 Nitơ Cd Cadmium S Lƣu huỳnh CHCl3 Chloroform CH3OH Methanol TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua HR-TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao FE-SEM Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng FWHM Độ bán rộng phổ huỳnh quang  Thời gian sống phát xạ QY Hiệu suất lƣợng tử huỳnh quang -NH2 Nh m amine -COOH Nh m carboxyl ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU Vũ Đức Chính NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe VỚI CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG... chúng s tạo thành chấm lượng tử với ligand Mũi tên thời gian q trình ni chấm lượng tử Hình 2.2 Mơ hình cấu trúc lớp vỏ chấm lượng tử CdSe s nghiên cứu chế tạo Hình 2.3 Mơ hình chấm lượng tử CdSe. .. Phƣơng pháp chế tạo chấm lƣợng tử CdSe với cấu trúc l i v 30 với v dày nhiều lớp v 2.1.1 Giới thiệu phƣơng pháp chế tạo chấm lƣợng tử 30 CdSe 2.1.2 Quy trình chế tạo chấm lƣợng tử CdSe CdSe ZnS

Ngày đăng: 22/07/2014, 14:02

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan