- Tính chất quang của ZnS pha tạp. - Abstract: Tổng quan, trình bày về cấu trúc tinh thể, tính chất quang của vật liệu ZnS và ZnS pha tạp, cuối cùng là các phần phương pháp chế tạo. - Thực nghiệm, trình bày phương pháp chế tạo mẫu ZnS và ZnS pha tạp bằng phương pháp hóa học và phương pháp thủy nhiệt. - được pha tạp vào có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và chuyển mức điện tử, do đó có thể điều khiển độ rộng vùng cấm, cũng như điều khiển được dải phát xạ khác trong vùng nhìn thấy của tinh thể ZnS khi nồng độ tạp và điều kiện chế tạo mẫu khác nhau. - Vì thế chúng tôi 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 pháp khác nhau như: phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, đồng kết tủa, vi huyết tương, bốc bay nhiệt. - 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. - 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.. - Chương 1: Tổng quan, trình bày về cấu trúc tinh thể, tính chất quang của vật liệu ZnS và ZnS pha tạp, cuối cùng là các phần phương pháp chế tạo.. - Chương 2: Thực nghiệm, trình bày phương pháp chế tạo mẫu ZnS và ZnS pha tạp bằng phương pháp hóa học và phương pháp thủy nhiệt.. - Tổng hợp ZnS và ZnS pha tạp Cu bằng phương pháp hóa học. - Sơ đồ chế tạo mẫu ZnS:Cu bẳng phương pháp hóa học Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O. - Tổng hợp ZnS và ZnS pha tạp Co bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. - Sơ đồ quá trình chế tạo mẫu ZnS:Co bằng phương pháp thủy nhiệt Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O. - Kết quả của mẫu ZnS pha tạp Cu. - Cấu trúc tinh thể và hình thái học của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Cu. - Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ khác nhau. - Từ phổ nhiễu xạ tia X, và so sánh kết quả với thẻ chuẩn ta có kết luận sau:Các đỉnh ZnS và ZnS pha tạp Cu có vị trí các đỉnh nhiễu xạ trùng nhau và phù hợp với thẻ chuẩn của vật liệu ZnS. - Như vậy, qua các bước tính toán ở trên ta có thể kết luận: mẫu ZnS có cấu trúc lập phương giả kẽm. - Hình thái học của mẫu ZnS pha tạp Cu bằng phương pháp hóa học. - Để khảo sát hình thái học của mẫu ZnS pha tạp được chế tạo bằng phương pháp hóa học, chúng tôi tiến hành chụp ảnh TEM của mẫu tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung Ương. - Ảnh TEM của các mẫu ZnS pha tạp Cu, với nồng độ tạp 2%, trong đó thời gian bọc TG là 0 phút và 60 phút, được cho ở hình 3.2 và hình 3.3.. - Ảnh TEM của mẫu ZnS pha tạp Cu, nồng độ tạp Cu là 2%, thời gian bọc TG là 60 phút. - Tính hấp thụ của ZnS và ZnS pha tạp Cu. - Do vật liệu nano ZnS và ZnS pha tạp là bán dẫn vùng cấm thẳng nên sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào năng lượng ánh sáng chiếu tới tuân theo công thức:. - Phổ hấp thụ của các mẫu ZnS với thời gian bọc TG khác nhau. - Từ hình 3.4 ta thấy đối với các mẫu ZnS bọc TG bờ hấp thụ dịch về phía bước sóng dài so với mẫu ZnS không bọc TG. - Còn đối với các mẫu ZnS bọc TG theo thời gian khác nhau thì bờ hấp thụ gần như không thay đổi.. - chúng tôi đã xác định được độ rộng vùng cấm của các mẫu ZnS bọc TG.. - Đồ thị sự phụ thuộc của (h) 2 theo h đối với mẫu ZnS không bọc TG và ZnS có bọc TG. - Năng lượng vùng cấm của mẫu bọc TG lớn hơn mẫu không bọc TG là 0,21 eV.. - Cũng như đối với các mẫu ZnS, phổ hấp thụ của các mẫu ZnS pha tạp Cu, đã được khảo sát theo thời gian bọc TG và theo nồng độ tạp chất.. - Phổ hấp thụ của mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ Cu 1,5%. - và thời gian bọc TG thay đổi. - Trên hình 3.6 là phổ hấp thụ của mẫu ZnS pha tạp Cu với nồng độ Cu 1,5% và thời gian bọc TG thay đổi. - Có thể nhận thấy rằng với cùng một nồng độ tạp Cu, bờ hấp thụ của mẫu có bọc TG dịch về phía sóng dài so với mẫu không bọc và thời gian bọc vỏ không làm ảnh hưởng đến tính chất hấp thụ của mẫu.. - Độ rộng vùng cấm của các mẫu ZnS pha 1,5% tạp Cu được xác định từ các đồ thị trên hình 3.7. - Giá trị độ rộng vùng cấm của mẫu không bọc TG là 4,41 eV, của các mẫu bọc TG đều là 4,1 eV. - Như vậy, năng lượng vùng cấm của mẫu không bọc TG lớn hơn so với mẫu có bọc TG một khoảng là ∆E g = 0,31 eV.. - 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. - Đồ thị sự phụ thuộc của (h)2 theo h của các mẫu ZnS:Cu/TG với nồng độ tạp khác nhau. - Tính chất huỳnh quang của ZnS và ZnS pha tạp Cu. - Khảo sát tính chất huỳnh quang theo thời gian bọc TG. - Để xét ảnh hưởng của thời gian bọc TG lên tính chất huỳnh quang của ZnS, phổ huỳnh quang của các mẫu được đo tại bước sóng 402 nm và biểu diễn trên hình 3.11.. - 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. - Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS, thời gian bọc TG khác nhau, kích thích ở bước sóng 402 nm. - Với các mẫu có thời gian bọc TG từ 0 phút đến 60 phút thì cường độ đỉnh tăng. - Thời gian bọc TG 60 phút phát quang mạnh nhất. - Nhưng với mẫu thời gian bọc TG 90 phút đến 120 phút thì cường độ phát quang giảm. - Khi thời gian bọc TG tăng dần thì đỉnh huỳnh quang dịch về phía bước sóng dài. - Các mẫu bọc TG từ 0 đến 60 phút thì đỉnh huỳnh quang tăng từ 482 nm đến 509 nm. - Các mẫu bọc TG trong 90 phút và 120 phút thì đỉnh huỳnh quang tại 495 nm. - Tiếp theo chúng tôi khảo tính chất huỳnh quang theo thời gian bọc TG của mẫu ZnS pha tạp Cu, với nồng độ tạp Cu là 1,5%. - Phổ huỳnh quang với λ exc =362 và phổ huỳnh quang kích thích tương ứng của mẫu ZnS pha tạp Cu 1,5% thời gian bọc TG là 30 phút. - Từ hình 3.12 có thể nhận thấy rằng trong phổ huỳnh quang của mẫu ZnS pha tạp Cu ngoài đỉnh tại 450 nm đặc trưng cho tái hợp cặp donor - acceptor như đã phân tích ở trên còn xuất hiện thêm đỉnh 571 nm và một gờ ở 660 nm. - Phổ kích thích huỳnh quang tại bước sóng 571 nm có đỉnh tại 362 nm, nên bước sóng kích thích huỳnh quang 362 nm này sẽ được chọn để khảo sát tính chất quang của mẫu ZnS pha tạp Cu.. - Phổ huỳnh quang với bước sóng kích thích 362 nm của mẫu ZnS pha tạp Cu với thời gian bọc TG khác nhau. - Trên hình 3.13 là phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS pha tạp Cu, nồng độ tạp Cu là 1,5% với thời gian bọc TG thay đổi. - Có thể nhận thấy rằng khi thời gian bọc TG của mẫu tăng từ 0 đến 60 phút thì cường độ huỳnh quang tăng. - Mẫu có thời gian bọc TG là 60 phút có cường độ huỳnh quang mạnh nhất. - Khi thời gian bọc TG tăng lên cực đại huỳnh quang dịch về phía sóng dài.. - Khảo sát tính chất huỳnh quang của mẫu ZnS pha tạp Cu theo nồng độ tạp Đối với trường hợp này chúng tôi sử dụng bước sóng kích thích huỳnh quang 362 nm để nghiên cứu tính chất huỳnh quang của các mẫu ZnS pha tạp Cu trong đó nồng độ tạp Cu thay đổi từ 0 đến 1%, thời gian bọc TG là 30 phút.. - Phổ huỳnh quang của ZnS pha tạp Cu thời gian bọc TG là 60 phút, kích thích ở bước sóng 362 nm. - Trong phổ huỳnh quang của mẫu ZnS không 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%. - Mẫu ZnS:Cu với nồng độ tạp Cu 2%, thời gian bọc TG là 60 phút thì có khả năng phát quang mạnh nhất.. - Kết quả của mẫu ZnS pha tạp Co. - Cấu trúc tinh thể và hình thái học của mẫu ZnS pha tạp Co. - 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. - Từ đó, chúng tôi có 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:. - 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 tôi 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.. - Phổ hấp thụ của các mẫu ZnS:Co bọc TG trong 30 phút với nồng độ tạp Co lần lượt là . - 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. - 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. - Tính chất huỳnh quang của mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co. - Chúng tôi 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 tôi 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.. - 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 không 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.. - 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. - Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS pha tạp Co với nồng độ tạp lần lượt là 0%, 0,5%, và 1%, không bọc TG, kích thích ở bước sóng 276 nm. - Cũng thấy đỉnh ở vị trí 490 nm đối với mẫu ZnS pha tạp Co 1% như hình vẽ dưới đây:. - Phổ huỳnh quang của mẫu ZnS với nồng độ tạp Co là 1%, kích thích ở bước sóng 379 nm. - Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnS pha tạp Co với nồng độ tạp Co là 0,5%. - Ta thấy rằng, hai đỉnh 684 nm và 690 nm không thấy xuất hiện ở mẫu ZnS và mẫu ZnS pha tạp Cu. - Đã thành công trong việc chế tạo các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Cu bọc TG bằng phương pháp hóa học tại nhiệt độ phòng.. - 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 lần lượt là:. - 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 không thay đổi.. - Huỳnh quang của các mẫu ZnS không 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%.. - Đã chế tạo được các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Co bằng phương pháp thủy nhiệt với chế độ ủ thủy nhiệt 200 o C trong 24 giờ.. - 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%. - Ngoài ra đỉnh 690 nm cũng quan sát được trong các mẫu ZnS:Co