Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính chất quang của ZnS pha tạp

83 54 0
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính chất quang của ZnS pha tạp

Đang tải... (xem toàn văn)

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

Thông tin tài liệu

Mục đích của đề tài là chế tạo vật liệu nano ZnS, ZnS pha tạp Cu và ZnS pha tạp Co. Nghiên cứu tính quang và cấu trúc của vật liệu nano ZnS, ZnS pha tạp với nồng độ tạp chất thay đổi. Nghiên cứu tính chất quang và cấu trúc của vật liệu nano ZnS và ZnS pha tạp với thời gian bọc TG (thioglycelrol) khác nhau.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Nguyễn Thị Hoa TÍNH CHẤT QUANG CỦA ZnS PHA TẠP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội ­ 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Nguyễn Thị Hoa TÍNH CHẤT QUANG CỦA ZnS PHA TẠP Chun ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60 44 07 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC                                                        NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ THỊ THANH BÌNH Hà Nội ­ 2012 LỜI CẢM ƠN Đầu   tiên,     xin   bày   tỏ   lòng   cảm   ơn   chân   thành     sâu   sắc     đến  PGS.TS. Lê Thị  Thanh Bình, ngườ i đã tận tình chỉ  bảo, hướ ng dẫn và tạ o mọi   điều kiện thu ận l ợi nh ất để tơi hồn thành luận văn này Tơi xin chân thành cảm  ơn các thầy cơ trong Khoa Vật lý, Bộ  mơn Vật lý  Chất rắn, Bộ mơn Vật lý đại cương, đã truyền đạt, dìu dắt tơi trong suốt thời gian  học ở trường và đã tạo điều kiện tốt cho tơi học tập,  nghiên cứu khoa học Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đến TS.Trần Thị Quỳnh Hoa, người ln giúp đỡ  tơi trong q trình làm thí nghiệm, góp phần giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, tơi xin cảm ơn, gia đình bạn bè. Những người ln gần gũi, động   viên, giúp đỡ, chia sẻ  những khó khăn trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn   thiện luận văn Tác giả Nguyễn Thị Hoa i MỤC LỤC  DANH MỤC HÌNH VẼ                                                                                                       v  MỞ ĐẦU                                                                                                                              1  1.1. Vật liệu nano các hiệu ứng và những ứng dụng [6]                                               3  1.1.1. Vật liệu nano                                                                                                                  3  1.1.2. Các hiệu ứng                                                                                                                  4  1.1.3. Ứng dụng                                                                                                                       5  1.2. Cấu trúc của ZnS                                                                                                         6  1.2.1. Cấu trúc tinh thể của ZnS [2]                                                                                           6  1.2.2. Cấu trúc vùng năng lượng của ZnS                                                                                  8  1.2.2.1. Cấu trúc vùng năng lượng của mạng lập phương giả kẽm [4]                                         8  1.2.2.2. Cấu trúc vùng năng lượng của mạng wurtzite [4]                                                               9  1.3. Tính chất quang của ZnS và ZnS pha tạp                                                                10  1.3.1. Tổng quan về các cơ chế hấp thụ ánh sáng                                                                     10  1.3.3. Tính chất huỳnh quang của bán dẫn [1]                                                                          17  1.3.4. Một số kết quả nghiên cứu tính chất huỳnh quang của ZnS cấu trúc nano pha tạp  .  19       1.4. Một số phương pháp chế tạo                                                                                   25  1.4.1. Phương pháp thủy nhiệt [3]                                                                                            25  1.4.2. Phương pháp Sol­gel [3]                                                                                                 28  1.4.3. Phương pháp hóa học [17]                                                                                              28  CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM                                                                                        30  2.1. Tổng hợp ZnS và ZnS pha tạp Cu bằng phương pháp hóa học                           30  2.1.1. Dụng cụ cần thiết                                                                                                          30   ­ Lò nung cửa ngang có hẹn giờ                                                                                             30 ii  2.1.2. Hóa chất                                                                                                                        30  2.1.3. Cân khối lượng các chất                                                                                                 30  2.1.4. Tiến hành thí nghiệm                                                                                                     31  2.2. Tổng hợp ZnS và ZnS pha tạp Co bằng phương pháp thủy nhiệt                      32  2.2.1. Dụng cụ thí nghiệm                                                                                                       32  2.2.2. Hóa chất                                                                                                                        33  2.2.3. Tiến hành thí nghiệm                                                                                                     33  2.2. Các phép đo khảo sát tính chất của mẫu                                                                 34  2.2.1. Phép đo phổ nhiễu xạ tia X                                                                                            35  2.2.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua                                                                                      36  2.2.3. Phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang                                                                   38  2.2.4. Phổ hấp thụ                                                                                                                   40  CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN                                                                    42  3.1. Kết quả của mẫu ZnS pha tạp Cu                                                                           42  3.1.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Cu                                 42  3.1.2. Tính hấp thụ của ZnS và ZnS pha tạp Cu                                                                        47  3.1.3. Tính chất huỳnh quang của ZnS và ZnS pha tạp Cu                                                         52  3.1.3.1. Khảo sát tính chất huỳnh quang theo thời gian bọc TG                                                     52  3.1.3.2. Khảo sát tính chất huỳnh quang của mẫu ZnS pha tạp Cu theo nồng độ tạp                  56  3.2. Kết quả của mẫu ZnS pha tạp Co                                                                           59  3.2.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học của mẫu ZnS pha tạp Co                                             59  3.2.2. Tính chất hấp thụ của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co                                                        60  3.2.3. Tính chất huỳnh quang của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co                                                 63  KẾT LUẬN                                                                                                                         68  TÀI LIỆU THAM KHẢO                                                                                                  69 iii iv DANH MỤC HÌNH VẼ  Hình 1.1. Cấu trúc lập phương giả kẽm (zinc blende)[2]                                              7  Hình 1.2. Cấu trúc hexagonal wurtzite [2]                                                                        8 Hình 1.3. Cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể ZnS dạng lập phương giả   kẽm [4]                                                                                                                                 9  Hình 1.4. Cấu trúc vùng năng lượng của ZnS dạng Wurtzite [4]                                10  Hình 1.5. Các chuyển mức điện tử vẽ trong khơng gian [2]                                         12  Hình 1.6. Sơ đồ chuyển mức điện tử khi hấp thụ ánh sáng [2]                                  13  Hình 1.7. Phổ hấp thụ của các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co                                       16  của nhóm P.kumbhakar[13]                                                                                              16 Hình 1.8. Phổ hấp thụ của mẫu ZnS pha tạp Co 0,4%, do nhóm Dezhin Qin   nghiên cứu [10]                                                                                                                   17  Hình 1.9. Mơ tả các q trình tái hợp [1]                                                                         18  Hình 1.10. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS:Cu,Cl/ZnS                                          19  khi nồng độ tạp thay đổi [7]                                                                                            20  Hình 1.11. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS:Cu và ZnS:Cu,Al [16]                       21 Hình 1.12. Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS:Cu,Al với mẫu Cu,Al 0,1% mol [16]                                                                                                                                       21       Hình 1.13. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS:Co với nồng độ Co                           22  lần lượt là a­0,02%, b­ 0,04%, c­ 0,2%, d­ 0,4%, e­ 0,8% [10]                                      22  Hình 1.14. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co                            23  đỉnh huỳnh quang bị dập tắt 96% [13]                                                                           23 v Hình 1.15. Phổ huỳnh quang và huỳnh quang kích thích của mẫu ZnS pha tạp   Co với nồng độ tạp là 5% [18]                                                                                         24  Hình 1.16. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS pha tạp Co với nồng độ tạp    25   lần lượt là 1%, 3%, 5%, 6% [18].                                                                                    25  Hình 1.17. Sự phụ thuộc áp suất hơi vào nhiệt độ trong phòng điều kiện          27      đẳng tích (Đường chấm chấm chỉ áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ khi nồi hấp   đựng một lượng nước ứng với phần trăm thể tích nồi)[3]                                         27  Hình 1.18. Bình thép dùng để tổng hợp thủy nhiệt                                                       27  (nồi hấp dùng để nuôi đơn tinh thể)[3]                                                                          27  Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo mẫu ZnS:Cu bẳng phương pháp hóa học                           32 Hình 2.2. Sơ đồ q trình chế tạo mẫu ZnS:Co bằng phương pháp thủy nhiệt                                                                                                                                       34       Hình 2.3. Máy đo phổ nhiễu xạ tia X                                                                               36 Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL). Ảnh: Quang Huy                                                                                                                                       38       Hình 2.5. Hệ đo phổ huỳnh quang FL3­22 tại Trung tâm Khoa học Vật liệu  .  39   Hình 2.6. Hệ đo phổ hấp thụ UV­VIS 2450 của hãng Shimadzu tại                           40  Trung tâm Khoa học Vật liệu                                                                                          41  Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ  tia X của các mẫu ZnS pha tạp Cu                                        42  với nồng độ khác nhau                                                                                                      42  Hình 3.2. Ảnh TEM của mẫu ZnS pha tạp Cu khơng bọc TG                                     45  với nồng độ tạp Cu là 2%                                                                                                45 Hình 3.3. Ảnh TEM của mẫu ZnS pha tạp Cu, nồng độ tạp Cu là 2%, thời gian   bọc TG là 60 phút                                                                                                               46 vi Từ kết quả chụp ảnh TEM cho thấy mẫu ZnS pha tạp Cu của chúng tơi tổng  hợp bằng phương pháp hóa học có đặc điểm sau: các hạt kết thành đám, điều  này có thể do dung dịch mang đi chụp ảnh TEM đặc. Thứ hai, các hạt có kích  thước siêu nhỏ cỡ vài nm, điều đó chứng tỏ các tính tốn kích thước hạt từ   phổ nhiễu xạ tia X là phù hợp với kết quả chụp ảnh TEM.                                      46  Hình 3.4. Phổ hấp thụ của các mẫu ZnS với thời gian bọc TG khác nhau           47       Hình 3.5. Đồ thị sự phụ thuộc của (     h     )2 theo h      đối với mẫu ZnS khơng bọc    TG và ZnS có bọc TG                                                                                                        48  Hình 3.6. Phổ hấp thụ của mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ Cu 1,5%                   49  và thời gian bọc TG thay đổi                                                                                            49  Hình 3.7. Đồ thị sự phụ thuộc của hàm (     h     )2 theo h      đối với mẫu ZnS pha    tạp 1,5% Cu với thời gian bọc TG thay đổi                                                                   50  Hình 3.8. Phổ hấp thụ của mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ tạp khác nhau 50      Hình 3.9. Đồ thị sự phụ thuộc của (     h     )2 theo h      của các mẫu ZnS:Cu/TG    51   với nồng độ tạp khác nhau                                                                                              51 Hình 3.10. Phổ huỳnh quang được kích thích tại bước sóng λ exc= 402 nm và  phổ kích thích huỳnh quang tại bước sóng đỉnh phát xạ λ em= 509 nm của mẫu   ZnS                                                                                                                                       53 Hình 3.11. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS, thời gian bọc TG khác nhau,   kích thích ở bước sóng 402 nm                                                                                         53  Hình 3.12. Phổ huỳnh quang với λ exc=362 và phổ huỳnh quang kích thích         54       tương ứng của mẫu ZnS pha tạp Cu 1,5% thời gian bọc TG là 30 phút                   54 Hình 3.13. Phổ huỳnh quang với bước sóng kích thích 362 nm của mẫu ZnS   pha tạp Cu với thời gian bọc TG khác nhau                                                                  55 vii Từ  phổ  các huỳnh quang trên hình 3.14 có thể  thấy rằng khi nồng độ  tạp tăng  lên thì đỉnh huỳnh quang dịch về  phía bước sóng dài. Trong phổ  huỳnh quang của  mẫu ZnS khơng pha tạp xuất hiện đỉnh 445 nm và một gờ ở vị trí 482 nm. Cường độ  huỳnh quang tại vị trí 482 nm này tăng lên thành đỉnh đối với mẫu ZnS:Cu 0,5%. Khi   nồng độ tạp Cu thay đổi từ 1,5% đến 2,5% thì phổ phát xạ có đỉnh tại 445 nm và các   đỉnh xung quanh vị  trí 571 nm. Các đỉnh xung quanh vị trí 571 nm có thể  do tạp Cu   gây ra. Mẫu ZnS:Cu với nồng độ tạp Cu 2%, thời gian bọc TG là 60 phút thì có khả  năng phát quang mạnh nhất Để phân tích xem khi nồng độ tạp Cu thay đổi thì tạp Cu đóng vai trò như  thế  nào nên chúng tơi sử  dụng phép phân tích phổ  huỳnh quang bằng phép fit theo hàm  Gauss 2.0x10 1.8x10 cuong (pcs) 1.6x10 483 nm 1.4x10 1.2x10 433 nm 1.0x10 8.0x10 6.0x10 4.0x10 2.0x10 0.0 400 450 500 550 600 650 700 buoc song (nm) Hình 3.15. Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS thời gian bọc TG là 60 phút,  với bước sóng kích thích huỳnh quang là 362 nm 57 3.0x10 492 nm cuong (pcs) 2.5x10 2.0x10 441 nm 1.5x10 574 nm 1.0x10 5.0x10 0.0 400 450 500 550 600 650 700 buoc song (nm) Hình 3.16. Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ tạp 0,5% và   thời gian bọc TG là 60 phút, với bước sóng kích thích huỳnh quang là 362 nm 572 nm 3.5x10 cuong (cps) 3.0x10 2.5x10 2.0x10 1.5x10 1.0x10 440 nm 469 nm 5.0x10 0.0 400 450 500 550 600 650 700 Buoc song (nm) Hình 3.17. Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ tạp 2% và   thời gian bọc TG là 60 phút, với bước sóng kích thích huỳnh quang là 362 nm Từ các phép phân tích phổ ở trên ta thấy rằng: cả mẫu ZnS và ZnS pha tạp Cu   đều xuất hiện các đỉnh xung quanh hai vị  trí 440 nm và 480 nm. Tuy nhiên, đối với  hai mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ  tạp là 0,5% và 2% thì thấy xuất hiện thêm   đỉnh 572 nm và 574 nm. Điều này chứng tỏ  rằng 2 đỉnh này do tạp Cu gây ra. Các   58 đỉnh xung quanh vị  trí 440 nm thường được quy cho các sai hỏng bề  mặt của kẽm  hoặc lưu huỳnh gây ra [16].  So sánh với các nghiên cứu trên thế  giới ta thấy: Đối với mẫu ZnS khơng tạp  nhóm Jin Z.Zhang [7] cũng quan sát thấy đỉnh huỳnh quang ở xung quanh bước sóng  445 nm. Nhóm Zhang Yun Hui [20] cũng quan sát thấy đỉnh mẫu ZnS:Cu cũng xuất   hiện đỉnh 482 nm, đỉnh này được quy cho do hiệu ứng giam giữ lượng tử. Còn đỉnh   xung quanh vị  trí 571 nm thì nhóm nghiên cứu Nguyễn Trí Tuấn và đồng tác giả  cũng quan sát thấy đỉnh 570 nm trong mẫu ZnS pha tạp Cu 3.2. Kết quả của mẫu ZnS pha tạp Co 3.2.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học của mẫu ZnS pha tạp Co   1300 % Co % Co 1200 1100 1000 800 700 600   cuong 900 500 400 300 200 100 10 20 30 40 50 60 70 theta (do) Hình 3.18. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co  với nồng độ tạp là 1% Từ phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co 1%  thấy rằng: tinh   thể  tạo thành có cấu trúc mạng lục giác wurtzite. Các cực đại nhiễu xạ  xuất hiện  tương ứng với vị trí góc 2θ lần lượt là: 28,62 o, 47,72 o, 56,62 o. Từ  đó, chúng tơi có  59 thể  tính được kích thước tinh thể  và hằng số  mạng của ZnS và ZnS pha tạp Co  tương tự như hệ mẫu ZnS pha tạp Cu trong bảng dưới đây: Bảng 3.2: Các kết quả tính tốn được từ phổ nhiễu xạ tia X Vị trí đỉnh FWHM dhkl A L (độ) (độ) (Å) (Å) (nm) 111 28,62 0,72 3,12 5,40 11.45 220 47,72 0,77 1,90 5,39 11,25 311 56,63 0,67 1,62 5,39 13,38 111 28,65 0,70 3,11 5,40 11,70 220 47,74 0,76 1,90 5,38 11,40 311 56,64 0,73 1,62 5,39 12,33 Mẫu Mặt 0% Co 1% Co 3.2.2. Tính chất hấp thụ của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co Để nghiên cứu tính hấp thụ của vật liệu ZnS pha tạp Co chúng tơi tiến hành đo  phổ hấp thụ của các mẫu trên, sau đó tính năng lượng vùng cấm của mẫu này tương  tự như đối với ZnS pha tạp Cu 0% 0,5% 1% cuong (a.u) 200 300 400 500 600 nang luong (eV) 60 700 800 Hình 3.19. Phổ hấp thụ của các mẫu ZnS:Co bọc TG trong 30 phút  với nồng độ tạp Co lần lượt là 0%, 0,5%, 1% Từ phổ hấp thụ trên hình 3.19 chúng tơi có thể tính được năng lượng vùng cấm  của các mẫu bằng việc vẽ đồ thị sự phụ thuộc của (αhν)2 theo (hν) chúng ta có thể  tính được năng lượng vùng cấm như các đồ thị dưới đây: 100 80 ( h 60 40 20 3, 754  e V nang luong (eV) Hình 3.20. Đồ thị sự phụ thuộc của (αhν)2 theo (hν), của mẫu ZnS bọc TG   trong 30 phút 61 140 120 100 ( h 80 60 40 20 , 74  e V nang luong Hình 3.21. Đồ thị sự phụ thuộc của (αhν)2 theo (hν), của mẫu ZnS với nồng độ   tạp Co là 0,5% bọc TG trong 30 phút 150 ( h 100 50 3, 78  e V 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 nang luong (eV) Hình 3.22. Đồ thị sự phụ thuộc của (αhν)2 theo (hν), của mẫu ZnS với nồng độ   tạp Co là 1% bọc TG trong 30 phút 62 Như  vậy, ta có thể  thấy rằng năng lượng vùng cấm của các mẫu ZnS pha tạp   Co khoảng 3,75 eV, giá trị này lớn hơn so với bán dẫn khối khoảng 0,5 eV. Điều này  có thể do hiệu ứng kích thước lượng tử 3.2.3. Tính chất huỳnh quang của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co Chúng tơi nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ tạp và thời gian bọc TG lên tính   chất huỳnh quang của vật liệu nano ZnS pha tạp Co. Đầu tiên giống với hệ  mẫu   ZnS pha tạp Cu, chúng tơi cũng xét  ảnh hưởng của thời gian bọc TG lên tính chất   huỳnh quang của ZnS. Dưới đây phổ  huỳnh quang của ZnS với thời gian bọc TG   thay đổi   5x10 421  nm phút phút 120 phút 5 3x10   cuong (pcs) 4x10 2x10 1x10 350 400 450 500 550 600 buoc song (nm) Hình 3.23. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS với thời gian bọc TG thay đổi   với bước sóng kích thích 296 nm Từ  đồ  thị  ta thấy đối với mẫu ZnS khơng pha tạp có đặc điểm như  sau: xuất   hiện đỉnh huỳnh quang ở vị trí 421 nm, thời gian bọc TG tăng 0 phút đến 120 phút thì  cường độ huỳnh quang tăng.  63 60000 42 2  nm 0% Co 1% Co cuong do(pcs) 50000 40000 30000 20000 10000 300 350 400 450 500 550 buoc song (nm) Hình 3.24. Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co với nồng độ tạp   1%, bọc TG trong 120 phút, kích thích ở bước sóng 296 nm 3.5x10 3.0x10 2.5x10 2.0x10 1.5x10 1.0x10 5.0x10 43 5  n m 0% 0,5% 1% 41 5  nm 5  nm   cuong (pcs)   4.0x10 0.0 300 350 400 450 500 550 buoc song (nm) Hình 3.25. Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS pha tạp Co với nồng độ tạp lần lượt   là 0%, 0,5%, và 1%, khơng bọc TG, kích thích ở bước sóng 276 nm Từ  đồ  thị  trên ta thấy xuất hiện các đỉnh ở  các vị  trí 422 nm, 415 nm, 435 nm   khi nồng độ tạp tăng từ 0 đến 1% thì cường độ huỳnh quang giảm. Trong đó đối với  64 mẫu khơng bọc TG khi nồng độ tạp tăng nên thì vị trí đỉnh huỳnh quang dịch về phía  bước sóng ngắn. Còn đối với mẫu bọc TG trong thời gian 120 phút vị trí đỉnh huỳnh  quang gần như  khơng thay đổi. Điều đó chứng tỏ  tạp Co và TG đã  ảnh hưởng nên  tinh chất huỳnh quang của ZnS Chúng tơi cũng quan sát thấy đỉnh ở vị  trí 490 nm đối với mẫu ZnS pha tạp Co  1% như hình vẽ dưới đây:   4.0x10 490 nm 3.5x10 6 2.5x10 2.0x10   cuong (pcs) 3.0x10 1.5x10 1.0x10 5.0x10 0.0 400 450 500 550 600 650 700 buoc song (nm) Hình 3.26. Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS với nồng độ tạp Co là 1%,  kích thích ở bước sóng 379 nm Ngồi các đỉnh huỳnh quang quan sát thấy ở trên thì chúng tơi cũng đã quan sát   thấy hai đỉnh nhỏ ở các vị trí 684 nm, 690 nm lần lượt tương ứng với hai mẫu ZnS   pha tạp Co 0,5% và 1% khi kích thích ở bước sóng 549 nm. Như hình vẽ dưới đây: 65 50000 cuong (pcs) kich thich huynh quang huynh quang 539 nm 690 nm 450 500 550 600 650 700 750 buoc song (nm) Hình 3.27. Phổ huỳnh quang với bước sóng kích thích huỳnh quang 539 và phổ   kích thích huỳnh quang với bước sóng huỳnh quang là 690 nm của mẫu ZnS pha tạp   Co với nồng độ tạp Co là 1% + 50000 50000 0,5% Co % Co cuong (pcs) 684 nm 690 nm 640 660 680 700 720 740 buoc song (nm) Hình 3.28. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS pha tạp Co với nồng độ tạp Co   là 0,5% và 1%, kích thích ở bước sóng 539 nm 66 Ta thấy rằng, hai đỉnh 684 nm và 690 nm khơng thấy xuất hiện   mẫu ZnS và  mẫu ZnS pha tạp Cu. Điều đó chứng tỏ  rằng đỉnh này có thể  do Co gây ra với   chuyển mức trong nội bộ tâm Co2+ trong mạng nền ZnS 67 KẾT LUẬN 1. Đã thành cơng trong việc chế tạo các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Cu bọc TG   bằng phương pháp hóa học tại nhiệt độ phòng ­ Các hạt ZnS:Cu/TG có kích thước thay đổi từ 1,01­ 3,34 nm ­ Đối với mẫu ZnS pha tạp Cu khi nồng độ tạp Cu tăng thì bờ hấp thụ dịch về  phía bước sóng dài. Giá trị năng lượng vùng cấm của các mẫu ZnS:Cu/TG 0%, 1,5%,   2,5% lần lượt là: 4,26 eV, 4 eV, 3,72 eV. Các giá trị  này đều lớn hơn năng lượng   vùng cấm của ZnS khối (3,7 eV).  ­ Bờ hấp thụ của các mẫu ZnS và ZnS:Cu đều dịch về phía sóng dài khi được  bọc TG Thời gian bọc TG khác nhau thì năng lượng vùng cấm gần như  khơng thay   đổi ­ Huỳnh quang của các mẫu ZnS khơng pha tạp có đỉnh miền 450 nm  ứng với   cơ chế tái hợp cặp donor ­ acceptor ­ Huỳnh quang của các mẫu ZnS pha tạp Cu có đỉnh miền 570 nm  ứng với cơ  chế tái hợp vùng ­ tạp chất ­ Cường độ huỳnh quang tăng khi thời gian bọc TG thay đổi từ 0 đến 60 phút và  khi nồng độ tạp chất tăng từ 0 đến 2% 2. Đã chế  tạo được các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co bằng phương pháp thủy   nhiệt với chế độ ủ thủy nhiệt 200oC trong 24 giờ ­ Các hạt nano tinh thể ZnS:Co có cấu trúc mạng lục giác wurtzite tuy nhiên pha  tinh thể của ZnO có xuất hiện trong các mẫu.  ­ Năng lượng vùng cấm của mẫu ZnS pha tạp Co được xác định vào khoảng  3,75 eV ­ Các mẫu ZnS:Co phát huỳnh quang  ở dải 420 ÷ 435 nm khi nồng độ  tạp Co  thay đổi từ 0 đến 2%. Dải huỳnh quang này liên quan đến các trạng thái bề mặt hạt   68 nano. Ngồi ra đỉnh 690 nm cũng quan sát được trong các mẫu ZnS:Co. Đỉnh này có   thể liên quan đến chuyển mức trong nội bộ tâm Co2+ trong mạng nền ZnS TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Lê Thị  Thanh Bình, (1996),  Chế  tạo và nghiên cứu một số  tính chất của   màng mỏng bán dẫn dung dịch rắn A2B6,  Luận án Phó Tiến Sĩ Khoa học Tốn ­ Lý,  Hà Nội 2. Phùng Hồ, Phan Quốc Phơ, (2001), Giáo trình vật lý bán dẫn, NXB Khoa học  và Kỹ thuật, tr 311 ­ 348, tr 459 ­ 464 3. Phan Văn Tường, (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại  học Quốc gia Hà Nội, tr 58 ­ 62 4. Hồng Anh Tuấn (2009), Nghiên cứu và chế tạo một số tính chất quang của   vật liệu nano bột và màng ZnS:Ni, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Sư phạm Hà  Nội 5. http://e mlab­nihe.blogspot.com­ Trần Quang Huy, Nguyễn Thanh Thủy, khái  quát về vi điện tử trong nghiên cứu 6. http://vi.wikipedia.org/wiki­ Công nghệ nano Tài liệu tiếng Anh 7. Carley Corrado, a Morgan Hawker,a Grant Livingston, a Scott Medling, b Frank  Bridgesb  and   Jin   Z   Zhang*a,   ”Enhenced   Cu   emission   in   ZnS:Cu,Cl/ZnS   core­shell  nanocrystals”, Nanoscale, 2(2010), 1213­1221.    Jeong­mi   Hwang,   Mi­Ok   Oh,   I1   Kim,   Jin­kooklee,   Chang­sik   Ha   (2005),  ”Prepairation and characterization of ZnS based nano­crystalline perticles for polymer  light­emitting diodes”, ScienceDirect, Current Applied Physics 5 (2005) 31­34 69 9. Landolt ­ Bornstein (1987),  Numerical data and functional relationships on   science technology, Springer ­ Verlag, Berlin, New York 10. Li Zhang, DeZhi Qin*, Guang Yui Yang, QiuXia Zhang (2012),”In vestigation  on   synthesis   and   optical   properties   of   ZnS:Co   nanocrystals   by   using   hydrothermal  method”, Chalcogenide letters,vol.9, No.3, p93­98 11   Lun   Ma   and   Wei   Chen (2010),”   ZnS:Cu,Co   water­soluble   afterglow  nanoparticles:  synthesis,   luminescence   and  potential  applications”,  Nanotechnology,   (21) 385604 12. P. Peka, HJ Schulz, Physica B, vol 193, issue 1, (1994), 57­65 13   P.Kumbhakar*,   R.Sarkar   and   A.K   Mitra   (2010),   “Synthesis   and   optical  properties of L ­ cystine capped ZnS:Co Nanoparticles” NSTI­ Nanotech 2010, ISBN  978­1­4398­3401­5 Vol. 1, 2010, pp. 530­533 14   Ping   Yang,   Mengkai   Lua,   Guangjun   Zhoub,   DuoRong   Yuana,   Dong   Xua  (2001),   “Photoluminescence   characteristics   of   ZnS   nanocrystallites   co­doped   with  Co2+ and Cu2+ ”, Inorganic Chemistry Communication, Volume 4, Issue 12, Page 734­ 737 15   S.J.Xua   and   S.J.Chua,   B.Lin,   L.M.Gan,   Ctt.chen,   and   G.Q.Xu,(1998),  “Luminescence characteristics of imparities ­ activated ZnS nanocrystals prepared in  micro emulsion with hydrother mol treatment, applied physics letters, vol.73, 478 ­ 480  (đỉnh 507 nm) 16   Tri   Tuan   Nguyen1,   Xuan   Anh   Trinh2,   Le   Hung   Nguyen1  and   Thanh   Huy  Pham2  (2011),   “Photonuminescence   characteristics   of   as­   synthesized   and   annealed  ZnS:Cu,Al crystals”, Advances In Natural Science and Technology, 2(2011) 035008  (4pp), p.1­4 70 17   W.Q.Peng,   G.WCong,   S.C.Qu,   Z.G   Wang   (2006),   “Synthesis   and  photonuminescence   of   ZnS:Cu   nanoparticles”,   ScienceDirect,   Optical   materials   29  (2006), 313­317 18   Yang   Xu,   Shou   Hong,   Shen   Bin,   Zhang   Ling   (2010),   “Synthesis   and  optoelectrochemical properties of ZnS:Co Semiconductor quantum dots”, Actas Phys.­ chim, 26(1), 244­248 19   Yang   Xu1,   Zhou   Hong   Shen   Pin1*,   Zhang   Ling   (2010),   “Synthesis   and  optoelectrochemical properties of ZnS:Co Semi conductor Quantum dots, acta phys –  chim”, 26(1), 244 ­ 248 20   Zhang   Yun­hui,   Li   Lei   (2002),   “Prepairation   and   Optical   properities   of  copper­Doped   ZnS   Nanoparticles”,Transactions   of   Tianjin   University,   vol     No   3  2002, p. 153­155 71 ... Mục đích của đề tài là chế  tạo vật liệu nano ZnS, ZnS pha tạp Cu và ZnS pha tạp Co. Nghiên cứu tính quang và cấu trúc của vật liệu nano ZnS, ZnS pha tạp với   nồng độ tạp chất thay đổi. Nghiên cứu tính chất quang và cấu trúc của vật liệu nano ... sensor quang học  Do đó, tính chất quang của chúng được đặc biệt chú ý. Vì thế  chúng tơi quyết định chọn đề tài:  Tính chất quang của ZnS pha tạp Để  chế  tạo vật liệu nano ZnS và ZnS pha tạp,  có thể  dùng rất nhiều phương... ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Nguyễn Thị Hoa TÍNH CHẤT QUANG CỦA ZnS PHA TẠP Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60 44 07 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC                                                       

Ngày đăng: 18/01/2020, 16:48

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • DANH MỤC HÌNH VẼ

  • MỞ ĐẦU

  • 1.1. Vật liệu nano các hiệu ứng và những ứng dụng [6]

    • 1.1.1. Vật liệu nano

    • 1.1.2. Các hiệu ứng

    • 1.1.3. Ứng dụng

    • 1.2. Cấu trúc của ZnS

      • 1.2.1. Cấu trúc tinh thể của ZnS [2]

      • 1.2.2. Cấu trúc vùng năng lượng của ZnS

        • 1.2.2.1. Cấu trúc vùng năng lượng của mạng lập phương giả kẽm [4]

        • 1.2.2.2. Cấu trúc vùng năng lượng của mạng wurtzite [4]

        • 1.3. Tính chất quang của ZnS và ZnS pha tạp

          • 1.3.1. Tổng quan về các cơ chế hấp thụ ánh sáng

          • 1.3.3. Tính chất huỳnh quang của bán dẫn [1]

          • 1.3.4. Một số kết quả nghiên cứu tính chất huỳnh quang của ZnS cấu trúc nano pha tạp

          • 1.4. Một số phương pháp chế tạo

            • 1.4.1. Phương pháp thủy nhiệt [3]

            • 1.4.2. Phương pháp Sol-gel [3]

            • 1.4.3. Phương pháp hóa học [17]

            • CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

            • 2.1. Tổng hợp ZnS và ZnS pha tạp Cu bằng phương pháp hóa học

              • 2.1.1. Dụng cụ cần thiết

              • - Lò nung cửa ngang có hẹn giờ.

              • 2.1.2. Hóa chất

              • 2.1.3. Cân khối lượng các chất

              • 2.1.4. Tiến hành thí nghiệm

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan