Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng cấu trúc nano xốp ZnO

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THẢO NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG CẤU TRÚC NANO XỐP ZnO Chuyên ngành : Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI - 2017 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.
- Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1.
- Lý do chọn đề tài Nhân tố thúc đẩy khoa học tính toán vật liệu (VL) là KH&CN Nano, với tâm điểm là kích thước.
- Bởi vậy, có thể đưa thêm một chiều nữa cho bảng tuần hoàn các nguyên tố quy định tính chất VL ngoài nguyên tử lượng và số điện tử hoá trị - số lượng nguyên tử trong cấu trúc.
- Bên cạnh đó, đòi hỏi ngày càng tăng cho độ phân giải của thiết bị đẩy các phương pháp giảm kích cỡ truyền thống đến đối mặt với thách thức về vật lý cơ bản và giới hạn công nghệ.
- Để tiếp tục thu nhỏ đến kích cỡ nguyên tử, cần phải có các ý tưởng đột phá về thiết kế các cấu trúc/VL mới lạ, chẳng hạn cấu trúc đa lớp, xốp, lai-hữu cơ hay đưa thêm các bậc tự do mới như spin, valley.
- Mô hình hóa và mô phỏng lượng tử (ab-initio) là phương pháp lý thuyết sử dụng các mô hình dựa trên các nguyên lý ban đầu của cơ học lượng tử, cho phép tính toán các đặc tính của hệ ở cấp độ nguyên tử, bao gồm cả các hệ không đạt tới bằng thực nghiệm.
- Đây là một hướng nghiên cứu mô phỏng cấu trúc đang nổi lên và được phát triển bùng nổ trong vài năm trở lại đây có tên gọi chung là dự đoán cấu trúc tinh thể - (crystall structure prediction) [3].
- Một trong những đích hướng tới của KH&CN vật liệu hiện đại là tạo ra siêu vật liệu (metamaterial) là một loại vật chất nhân tạo, mà tính chất của nó phụ thuộc vào cấu trúc của VL nhiều hơn là thành phần VL cấu tạo nên chúng.
- Tên gọi này xuất phát từ μετά - gốc từ Hy Lạp, có nghĩa "siêu", "vượt cấp", và thường được sử dụng cho một VL 2 có tính chất khác thường có cấu trúc tuần hoàn và được thiết kế để tạo ra những đặc tính vật lý không có sẵn trong tự nhiên.
- Các zeolite nhân tạo, vật liệu khung kim loại hữu cơ (MOF) và các fullerite – mạng tinh thể nhân tạo cấu tạo từ các phân tử fullerence C60 là các thí dụ về siêu vật liệu nano nhân tạo.
- Vì những tính thời sự, tính liên ngành cao, khả năng kết hợp giữa nghiên cứu cơ bản với tiềm năng ứng dụng trong KH và CN nano, cộng với lợi thế của hướng nghiên cứu mới, cùng với điều kiện có thể tiếp cận và triển khai được ở Việt nam chúng tôi chọn đề tài của luận án là: “Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng cấu trúc nano xốp ZnO”.
- Mục tiêu nghiên cứu: là nghiên cứu dựa trên mô hình hóa và mô phỏng sử dụng đồng thời cả hai cách tiếp cận mô phỏng từ cách chế tạo vật liệu nano là từ trên xuống và từ dưới lên để thiết kế/dự đoán lý thuyết các đa hình nano xốp tinh thể mới từ vật liệu bán dẫn nhóm ZnO và nghiên cứu các đặc trưng vật lý mới lạ của chúng hướng tới các ứng dụng trong nano năng lượng, nano quang/spin điện tử và nano sinh học.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: do số lượng nguyên tử trong cấu trúc có thể rất lớn, do hạn chế về công suất tính toán và thời gian nghiên cứu các nghiên cứu của chúng tôi trong luận án này chỉ giới hạn trong các cấu trúc nano bán dẫn được tích hợp thành các mạng tuần hoàn tinh thể – các pha đa hình nano xốp từ bán dẫn nhóm ZnO.
- Phương pháp nghiên cứu chính của luận án: Việc thiết kế/dự đoán lý thuyết các cấu trúc mới lạ của chúng tôi dựa trên 2 cách tiếp cận (1) từ trên xuống (top-down design.
- xuất phát từ các cấu trúc khối gốc từng bước phân tách thành các nhóm cấu trúc con/thành phần.
- Về phương pháp tính toán chúng tôi sử dụng kỹ thuật mô phỏng động lực phân tử (MD) là kỹ thuật mô phỏng máy tính trong đó các nguyên hay phân tử hay lớn hơn nữa là các hạt/các tế bào, được cho tương tác với nhau trong một khoảng thời gian nhất định dựa trên các quy luật vật lý để đưa ra một bức tranh về động lực học của cấu trúc VL.
- Chúng tôi sử dụng nhánh mô phỏng MD từ các nguyên lý ban đầu (ab-initio) tức là chỉ sử dụng các quy luật của cơ lượng tử để giải phương trình Schrodinger hay Dirac và chỉ dựa vào một số rất ít các gần đúng và lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) kết hợp với các đặc trưng của hệ điện tử trong nguyên tử.
- Qua đó toàn bộ các đặc tính vật lý, hóa học như các liên kết hóa học hình thành các cấu hình của VL, cấu trúc vùng năng lượng, phổ quang học, phổ phonon, các đường phản ứng hóa học có thể được tính toán và mô phỏng.
- Do số nguyên tử trong cấu trúc cơ bản vẫn còn rất lớn chúng tôi sử dụng kết hợp thêm các gần đúng liên kết chặt dựa hoàn toàn trên cơ sở lý thuyết DFT – gọi là DFTB.
- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án: luận án nghiên cứu thiết kế/dự đoán các cấu trúc nano xốp mới từ vật liệu bán dẫn II-VI (ZnO) bằng mô hình hóa và mô phỏng trên máy tính.
- Về thực chất đó là các “thí nghiệm ảo” được tiến hành nhằm dự đoán về các cấu trúc và các siêu VL nano nhân tạo với những đặc trưng hóa-lý mới lạ chưa có được trong thực tế hoặc khó khai thác hay khó điều chỉnh được cùng với đó là rút ra các quy luật chung về đặc tính của cấu trúc vật liệu làm cơ sở cho dẫn dắt việc chế tạo trong thực tế.
- Kiến thức trong trong các quá trình thiết kế/dự đoán cấu trúc VL bằng mô hình hóa và mô phỏng này sẽ thúc đẩy mạnh mẽ các hiểu biết nền tảng của KH và CN Nano cũng như tăng cường cầu nối giữa các kỹ thuật thực nghiệm và lý thuyết cơ bản.
- Đã đề xuất ba pha đa hình nano xốp tinh thể dạng lồng rỗng mới (là AST, SAT và SBT) có tiềm năng ứng dụng cao từ VL ZnO, bằng dự đoán lý thuyết cấu trúc tinh thể cách tiếp cận từ dưới lên (bottom up), xuất phát từ các cụm nguyên tử "ma thuật" ZnkOk.
- Chúng khác 4 biệt hoàn toàn và sánh ngang độ bền vững với bảy cấu trúc tham chiếu đã đề xuất bởi các tác giả nước ngoài.
- Đã chỉ ra được các họ cấu trúc tinh thể nano xốp dạng kênh rỗng được thiết kế/dự đoán bằng cách tiếp cận từ trên xuống (tổng cộng 4 họ/119 cấu trúc) có thể tồn tại mà không làm sụp đổ cấu trúc và có khả năng điều chỉnh đặc tính vật lý chẳng hạn như module khối hay độ rộng vùng cấm theo kích thước, bề dày vách, hình học và dạng topo của kênh rỗng.
- Đưa ra được sự phụ thuộc không tuyến tính của mô đun khối - đại lượng phản ánh độ cứng của cấu trúc vào độ xốp, với xu thế giảm nhanh rồi tiến tới bão hòa khi độ xốp giảm.
- Đã chỉ ra được mỗi dạng topo của nano xốp kênh rỗng này lại tuân theo một quy luật biến đổi về độ cứng theo độ xốp.
- Chúng tôi gọi đó quy luật topo tổng quan và quy luật này lại khác nhau với các dạng topo khác nhau và với cùng độ xốp thì kênh lục giác là có độ cứng lớn nhất, tiếp sau là tam giác (B), thoi (A) và tam giác (C).
- Chương một là phần giới thiệu tổng quan về cấu trúc nano bán dẫn trong đó đưa ra các luận giải cho việc tại sao các quy luật lượng tử chi phối các đặc tính vật lý của hệ thấp chiều được đưa ra.
- Chúng tôi cũng đưa ra các cách phân loại vật liệu nano cũng như giới thiệu về VL bán dẫn khối nhóm II-VI là VL nền cho việc tạo thành các cấu trúc và VL nano bán dẫn sẽ đề cập đến của luận án.
- Giới thiệu sơ lược về các cấu trúc xốp được quan tâm chính của luận án - bao gồm phân loại, công nghệ chế tạo và các ứng dụng tiềm năng của nó.
- Chương hai giới thiệu tổng quan về các phương pháp tính toán được sử dụng - đó là phương pháp mô phỏng động lực học phân tử dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory – DFT) và tiếp sau đó là gần đúng liên kết chặt (TB) dựa trên cơ sở lý thuyết phiếm hàm mật độ.
- Chương ba là dự đoán lý thuyết các pha đa hình nano xốp dạng lồng rỗng bằng phương pháp tiếp cận từ dưới lên.
- Chúng tôi giới thiệu sơ lược nguyên tắc thiết kế/dự đoán từ dưới lên qua 10 trường hợp pha đa hình trong đó có ba pha mới mà chúng tôi dự đoán.
- Sau đó là các tính toán các đặc tính cấu trúc để kiểm định độ bền vững cũng như so sánh phân lập các pha này với nhau và với các pha đã được tìm thấy 5 bởi các tác giả khác.
- Chương bốn là thiết kế/dự đoán họ các pha nano xốp dạng kênh rỗng lục giác từ vật liệu ZnO.
- Chúng tôi giới thiệu tổng quan về các cách tiếp cận thiết kế/dự đoán từ trên xuống và từ dưới lên áp dụng vào thiết kế các pha nano xốp dạng kênh rỗng lục giác từ trên xuống.
- Chúng tôi đưa ra nguyên tắc cách phân loại và mô tả các pha nano xốp kênh rỗng.
- Các tính toán trên các cấu trúc được thiết kế này được thực hiên bằng cả hai phương pháp DFT và DFTB.
- Tiếp sau là biện luận của chúng tôi về sự phụ thuộc phi tuyến của module khối - đại lượng đặc trưng cho độ cứng vào độ xốp của cấu trúc và các kêt luận rút ra từ đây.
- Chương năm là mở rộng nghiên cứu sang ba họ pha đa hình nano xốp kênh rỗng với topo hình học của kênh rỗng khác nhau.
- Chúng tôi so sánh đánh giá độ bền vững của cả bốn họ pha phụ thuộc vào cấu hình lênh rỗng (kích thước, bề dày vách cũng như hình học đặc thù của kênh rỗng).
- Tiếp đó là các biện luận của chúng tôi về các quy luật topo tổng quan đặc trưng cho mỗi họ cấu trúc hình học được chúng tôi thiết kế.
- Chương 1: Tổng quan về các vật liệu và các cấu trúc nano bán dẫn thấp chiều 1.1.
- Tổng quan về vật liệu và cấu trúc nano thấp chiều KH & CN Nano dựa trên ba cơ sở Sự chuyển tiếp từ các đặc tính cổ điển sang lượng tử.
- Trong khi đó, cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn rất nhiều (từ một vài đến vài chục ngàn) nên các đặc tính lượng tử bộc lộ rất rõ.
- Chính vì vậy các hiệu ứng liên quan đến bề mặt xuất hiện do sự thiếu hụt hay khác biệt của các nguyên tử VL ở bên kia lớp bề mặt trở nên quan trọng làm thay đổi/chi phối các tính chất của vật liệu dẫn đến các khác biệt đáng kể so với VL khối.
- Do vậy bằng cách điều chỉnh kích thước, các cấu trúc VL nano có thể trở nên khác hẳn cấu trúc khối với cùng loại VL.
- Điều này mở ra một con đường mới cho sự sáng tạo những thế hệ VL nano với những tính chất mong muốn, không chỉ bằng cách thay đổi thành phần hóa học của các cấu tử, mà còn bởi sự điều chỉnh kích thước và hình dạng của cấu trúc.
- Hình 1.6: Sơ đồ chế tạo các vi cấu trúc nano [86,113].
- Một cách tổng quát công nghệ chế tạo các cấu trúc kích cỡ nano có thể được chia thành hai phương pháp chính: từ trên xuống (top down) và từ dưới lên (bottom up).
- Chế tạo từ trên xuống là phương pháp chế tạo có thể được so sánh với điêu khắc từ một khối đá.
- Trong đó khối vật liệu được làm xói mòn dần cho đến khi đạt được kích cỡ và hình dạng mong muốn.
- Kỹ thuật của công nghệ chế tạo nano từ trên xuống rất khác nhau, nhưng có thể được phân loại thành các kỹ thuật chế tạo cơ khí và hóa học.
- Trong quá trình này, các vật liệu được chế tạo cần được che phủ bởi một mặt nạ và các VL tiếp xúc được khắc đi.
- Tùy thuộc vào mức độ phân giải cần thiết cho các tính năng trong sản phẩm cuối cùng, việc chạm khắc vật liệu cơ sở có thể được thực hiện bằng phương pháp hóa học sử dụng axit hoặc bằng phương pháp cơ học sử dụng ánh sáng cực tím, 7 hoặc chùm tia X hay chùm hạt electron.
- Chế tạo từ dưới lên là phương pháp chế tạo có thể được so sánh với việc xây dựng một ngôi nhà gạch.
- Giống như đặt từng viên gạch mỗi lần để tạo ra một ngôi nhà, kỹ thuật chế tạo từ dưới lên đặt từng nguyên tử hay phân tử (hay khối thành tố xây dựng cơ bản) mỗi lần để xây dựng nên các cấu trúc nano mong muốn.
- Chẳng hạn việc sản xuất các chấm lượng tử bằng cách tự lắp ráp đã vượt qua kỹ thuật từ trên xuống bằng phương pháp in thạch bản cũ để chế tạo các chấm lượng tử bán dẫn.
- Xa hơn nữa phương pháp tiếp cận từ dưới lên lên thông qua việc tìm cách sắp xếp các thành phần nhỏ vào một thực thể phức tạp hơn được ứng dụng rỗng rãi trong công nghệ sinh học.
- Chẳng hạn công nghệ DNA nano sử dụng các đặc trưng của cơ sở kép Watson-Crick để xây dựng cấu trúc được xác định trước ở bên ngoài DNA và axit nucleic khác.
- Tổng quan về các vật liệu nghiên cứu Nếu điện trở suất/độ dẫn điện là đặc trưng vĩ mô quan trọng nhất của VL bán dẫn thuần (chưa pha tạp) thì đặc trưng vi mô quan trọng nhất của nó là độ rộng vùng cấm và hằng số mạng.
- Lý giải cho điều này là vì ZnO có thể được hiện thực hóa rất dễ dàng trong nhiều cấu trúc nano khác nhau, tính chất phát quang tuyệt vời và khả năng thay đổi độ rộng vùng cấm, chẳng hạn trong cấu trúc nano dị chất vỏ-lõi, tính áp điện của nó tìm thấy ứng dụng như máy phát điện nano, tính tương thích sinh học sẽ tìm thấy ứng dụng trong cảm biến hóa-y-sinh, tính trong suốt cao và khả năng có tính sắt từ ở nhiệt độ phòng sẽ ứng dụng trong quang điện tử và điện tử học spin.
- Cấu trúc nano xốp VL nano xốp (nanoporous - NP) được cấu tạo gồm một bộ khung xương đều đặn (framework) từ vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ hỗ trợ một cấu trúc xốp tuần hoàn.
- Hầu hết các VL 8 nano xốp có thể được phân loại là VL khối (3D) hoặc màng (2D).
- Than hoạt tính và zeolit là hai ví dụ về các VL NP khối, trong khi màng tế bào có thể được coi như màng nano xốp.
- Phần khung xương của VL nano xốp thường được gọi là "ma trận" hoặc "khung".
- Một VL nano xốp với các hốc rỗng luôn đi kèm với đặc tính chỉ cho một số chất nhất định đi qua nó, trong khi chặn lại những chất.
- VL nano xốp có thể được phân chia thành ba loại theo cách phân loại của Hiệp hội quốc tế về hóa học thuần và ứng dụng (IUPAC): (1) vi xốp (microporous) là vật liệu có kích thước (thường tính theo đường kính hiệu dụng) hốc rỗng: 0.2- 2nm, (2) xốp tầm trung (mesoporous): 2-50nm (3) xốp vĩ mô (macroporous): 50-1000nm.
- Hình 1.16: (a) Giản đồ sức mạnh và mật độ của vật liệu và (b) và siêu vật liệu cơ học [61].
- NP khối là VL cấu trúc nano theo 3D (do nhúng trong nó các cấu trúc nano, khác biệt với các VL nano thấp chiều truyền thống như 0D - hạt nano, 1D – dây, dải nano và 2D - tấm nano), sở hữu nhiều tính chất bề mặt, cấu trúc độc đáo và một số lượng lớn các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như trao đổi ion, phân tách chất, xúc tác, cảm biến, lưu trữ năng lượng và tế bào nhiên liệu, nano-xúc tác và trong y sinh như cách ly phân tử, thanh lọc sinh học, phân phối thuốc.
- Một TD về VL NP là các Zeolite - khoáng chất silicat nhôm (alumino-silicat) của một số kim loại có cấu trúc vi xốp.
- Zeolit có cấu trúc mở vì vậy có thể kết hợp với ion kim loại khác Na+, K+, Ca2+, Mg2+.
- chúng là hợp chất bao gồm các ion kim loại hoặc cụm phân tử liên kết với nhau bởi các ligand hữu cơ để tạo thành các cấu trúc tuần hoàn 1D, 2D và 3D.
- Một trong những đích hướng tới của KH&CN vật liệu là tạo ra siêu vật liệu, là một loại vật chất nhân tạo mà tính chất của nó phụ thuộc cấu trúc của vật liệu nhiều hơn là thành phần vật liệu cấu tạo nên chúng [61].
- Lý thuyết phiếm hàm mật độ DFT Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) là phương pháp tính toán mô hình hóa lượng tử được sử dụng trong vật lý, hóa học và khoa học VL để nghiên cứu cấu trúc điện tử của hệ nhiều hạt, đặc biệt là các nguyên tử, các phân tử và các chất rắn.
- Qua đó, các tính chất của một hệ nhiều điện tử có thể được xác định bằng cách sử dụng các phiếm hàm, các hàm của các hàm khác - hàm mật độ điện tử phụ thuộc không gian.
- DFT hiện nay là một trong những phương pháp phổ biến và linh hoạt nhất trong vật lý vật chất rắn, vật lý và hóa học tính toán.
- Phương pháp phiếm hàm mật độ kết hợp gần đúng liên kết chặt tự tương thích điện tích SCC-DFTB Phương pháp phiếm hàm mật độ kết hợp gần đúng liên kết chặt tự tương thích điện tích – SCC DFTB (Self consistent charge density functional based tight-binding) là một phương pháp tiếp cận gần đúng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) Kohn-Sham, nó kết hợp độ chính xác hợp lý và hiệu quả tính toán.
- Phương pháp này rất hữu ích trong việc tính toán đặc trưng điện của các hệ lớn từ vài trăm tới vài nghìn nguyên tử được tích hợp vào phần mềm mã nguồn mở DFTB+ [89].
- Chương 3: Nghiên cứu các cấu trúc nano xốp mật độ thấp bằng phương pháp tiếp cận từ dưới lên 3.1.
- Phương pháp dự đoán cấu trúc từ dưới lên Đến nay khả năng hình thành các VL khung mở nano xốp mật độ thấp khác nhau dựa trên tính bền vững cao của các cụm nguyên tử 10 ZnkOk (với k = 12, 16) đã được nghiên cứu một cách hệ thống .
- Nói chung, các cụm thành tố cơ bản ưa thích để xây dựng thành khối thường được lựa chọn là các cấu trúc có tính đối xứng cao nhất đi kèm với khoảng cách giữa mức HOMO với LUMO rộng, đó là điều kiện tiên quyết cho độ bền vững cao nhất về mặt năng lượng của các cấu trúc nano bán dẫn.
- Thông qua các cách kết dính khác nhau của các cụm thành tố cơ bản này, nhiều loại đa hình mật độ thấp của VL ZnO xốp khác nhau đã được đề xuất .
- Hình 3.1: Cấu trúc đã hồi phục của các cụm ma thuật là các thành tố cơ bản, từ trái sang phải Zn9O9 (a), Zn12O12–a (b), Zn12O12-b (c) và Zn16O16-cub (d).
- Hình 3.2: Từ trái qua phải cấu trúc cụm (Zn12O12)-a đã hồi phục, cấu trúc tinh thể (Zn12O12)-a đã hồi phục, cấu trúc pha đa hình SOD [50].
- Cụ thể với pha đa hình SOD, bắt đầu từ cụm cơ bản (Zn12O12)-a (hình 3.1b) bao gồm tám mạch vòng sáu nguyên tử (gọi tắt là 6-MR) và sáu mạch vòng bốn nguyên tử (gọi tắt là 4-MR).
- Pha đa hình tinh thể SOD (hình 3.2) được tạo ra bởi liên kết các cụm (Zn12O12)-a này lại thông qua mười bốn liên kết chặt qua tất cả các mạch vòng của nó (chúng tôi quy ước: liên kết chặt là liên kết cùng chia sẻ chung một mạch vòng) của mạch (6-MR) và (4-MR).
- Phần giữa là cụm (Zn12O12)-a khi được liên kết với nhau từ tất cả các hướng với các cụm (Zn12O12)-a lân cận tạo thành một pha đa hình tinh thể tuần hoàn vô hạn theo cả 3D với ô đơn vị được biểu thị bằng hình hộp vuông màu đen nét mảnh và hình tiếp theo ở ngoài cùng bên phải cho thấy cách kết dính của các cụm (Zn12O12)-a này lại với nhau tạo thành pha đa hình SOD.
- Hình 3.9: Từ trái qua phải cấu trúc cụm (Zn12O12)-a đã hồi phục, pha tinh thể (Zn12O12)-a đã hồi phục, pha đa hình AST.
- Hình 3.10: Từ trái qua phải cấu trúc cụm Zn9O9 đã hồi phục, cấu trúc tinh thể Zn9O9 đã hồi phục, cấu trúc pha đa hình SAT.
- 12 Hình 3.11: Từ trái qua phải cấu trúc cụm Zn9O9 đã hồi phục, cấu trúc tinh thể Zn9O9 đã hồi phục, cấu trúc pha đa hình SBT.
- Cũng xuất phát từ phương pháp tạo pha đa hình từ dưới lên này, chúng tôi mở rộng tìm kiếm và đã tiến hành tính toán cấu trúc điện tử cho các khối Zn9O9 (hình 3.1a) và (Zn12O12)-a (hình 3.1b) Chúng tôi đã tìm thấy ba pha đa hình mới và được phân loại dựa vào tính đối xứng của chúng theo phân loại của IZA chúng tôi gọi chúng là AST (được tạo từ (Zn12O12)-a, SAT và SBT (cả hai được tạo từ Zn9O9).
- Ở đây, chúng tôi mô tả ba pha đa hình do chúng tôi mới phát hiện trong các hình 3.9, 3.10 và hình 3.11.
- Điều đặc biệt nhất là pha đa hình AST (xem hình 3.9), cấu trúc này đi kèm với 6 liên kết kép của mạch (4-MR) và 8 liên kết chặt mạch (6-MR), tức là khác biệt so với pha đa hình SOD trước đó đã tìm ra bởi Carrasco [50] với tất cả 14 liên kết đều là liên kết chặt, 6 của mạch (4-MR) và 8 của mạch (6-MR) mặc dù cùng xuất phát từ (Zn12O12)-a, do vậy mà số nguyên tử trong ô đơn vị lớn hơn (40 so với 12), nhóm đối xứng tinh thể cũng khác nhau (IT 223 cho cấu trúc SOD và IT216 cho cấu trúc AST), ngoài ra thì kích thước ô đơn vị, độ rộng vùng cấm, diện tích riêng của hốc, thể tích hốc xốp cũng khác nhau (bảng 3.1).
- Điều này cho thấy chúng là các pha đa hình hoàn toàn khác hẳn nhau mặc dù đều có nguồn gốc xuất phát từ cấu trúc (Zn12O12)-a, chỉ khác biệt ở cách thức liên kết các mặt (4-MR).
- Cần nhấn mạnh là pha đa hình AST có mật độ khối lượng nhỏ hơn ~5,4% so với pha đa hình SOD, có nghĩa là pha đa hình AST chúng tôi tìm ra xốp hơn SOD trong khi vẫn bảo toàn các đặc tính chung của SOD như đối xứng tinh thể (cubic), độ dài/góc liên kết, vùng cấm rộng.
- 13 Bảng 3.1: Bảng tổng hợp thông số đặc trưng của tất cả các pha nano xốp đã nghiên cứu của ZnO.
- Cấu trúc WZ ZB SOD LTA FAU Zn16O16-cube Mật độ khối lượng (gcm Thể tích riêng V/at (Å3/at Mật độ hạt (1023cm Số phối vị trung bình Cấu trúc tinh thể WZ Cub Cub FCC Cub Cub Nhóm đối xứng tinh thể P63m 186 F43216 PM3N223 FM3C226 FD- P43- 3203 M215 Số nguyên tử trong ô đơn vị Hằng số mạng (a-c) (Å Độ dài kiên kết TB (Å Góc liên kết TB Zn-O-Zn/ O-Zn-O Độ rộng vùng cấm (eV Diện tích bề mặt tiếp cận trong ô đơn vị (Å Thể tích rỗng trong ô đơn vị(Å Cấu trúc EMT GME CAN AST SAT SBT Mật độ khối lượng (gcm Thể tích riêng (Å3/at Mật độ hạt (1023cm Số phối vị trung bình Cấu trúc tinh thể Trig

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt