Luận Văn Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+, Mn2+

Đề tài: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHÁT QUANG CỦA HẠT NANO ZnS : Ni2+, Mn2+




LỜI MỞ ĐẦU


Trong thế kỉ 20 người ta đã tìm ra nhiều vật liệu tốt phục vụ cho lĩnh vực quang,đặc biệt là ZnS, rồi đến vật liệu ZnS pha tạp Cu, Mn . Tuy nhiên những vật liệu mới ra đời đó cũng không đáp ứng được nhu cầu, đòi hỏi của con người ngày càng tăng, nên cần thiết phải có những vật liệu mới tiên tiến hơn thay thế chúng (khuyết điểm của những vật liệu này là cường độ huỳnh quang chưa thật sự mạnh, màu sắc bị giới hạn, thời gian phát quang ngắn, .). Với sự phát triển của khoa học công nghệ, yêu cầu được đặt ra là phải chế tạo vật liệu phát quang có thể tạo nhiều màu sắc, hiệu suất cao, tính ổn định cao, nhưng dù vật liệu khối ZnS pha tạp hay không pha tạp cũng đã không đáp ứng được tất cả các nhu cầu, đòi hỏi đó. May mắn thay, sự phát hiện cấu trúc nano vào giữa thế kỉ trước đã dẫn đến sự ra đời của vật liệu hoàn toàn mới – vật liệu nano, mở ra một cuộc đại cách mạng thật sự về khoa học vật liệu, với những ứng dụng chưa từng có và còn nhiều điều hứa hẹn ở đàng

sau do công nghệ nano đem lại mà ta không lường hết được. Một trong những ứng dụng của vật liệu nano là ứng dụng về công nghệ chiếu sáng mà đặc biệt là các thiết bị điện huỳnh quang. Ở Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu, nhiều bài báo viết về vấn đề vật liệu nền phát quang này (người ta đã tiến hành pha tạp ZnS : Cu2+, ZnS : Mn2+, ZnS : Ni2+, .) nhưng chưa thấy có bài báo nào viết về việc đồng pha tạp Mn, Ni. Do đó với mục đích tìm hiểu thêm nhiều kiến thức về lĩnh vực còn nhiều mới mẻ này nên tôi tiến hành khảo sát việc đồng pha tạp Mn2+, Ni2+ vào ZnS.


ã Mục tiêu của đề tài:

– Chế tạo các tinh thể nano ZnS : Ni, Mn.

– Đo phổ tán sắc năng lượng EDS (xác định thành phần tỉ đối của các nguyên tố xuất

hiện trong mẫu).

– Xác định kích thước hạt qua phép đo nhiễu xạ tia X.

– Chụp ảnh mẫu tinh thể bằng kính hiện vi điện tử (xác định hình dạng hạt).

– Đo phổ huỳnh quang của mẫu (xác định bước sóng huỳnh quang của mẫu).


MỤC LỤC​

ã Lí do chọn đề tài: .1

ã Mục tiêu của đề tài: 1

Chương 1: 2

TỔNG QUAN2

1. Sơ lược về công nghệ nano và vật liệu nano:2

1.1. Công nghệ nano: 2

1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano:2

1.2.1. Sự chuyển tiếp từ cổ điển sang lượng tử: .2

1.2.2. Hiệu ứng bề mặt: .3

1.2.3. Hiệu ứng kích thước: .3

1.2.4. Hiệu ứng xuyên hầm:.3

1.3. Vật liệu nano: .4

1.4. Chế tạo vật liệu nano: .4

1.4.1. Phương pháp từ trên xuống: .4

1.4.2. Phương pháp từ dưới lên:.5

2. Sự phát quang: .6

3. Vật liệu phát quang: .6

3.1. Niken: 7

3.2. Mangan: .8

3.3. Kẽm sulfit ZnS: 9

3.4. ZnS pha tạp và ứng dụng của nó:10

3.4.1. Vật liệu khối ZnS pha tạp: .10

3.4.2. Tinh thể nano ZnS: 10

4. Cơ chế phát huỳnh quang trong tinh thể: 10

4.1. Khái niệm chung: .10

4.2. Cơ chế phát quang trong tinh thể: .12

4.2.1. Sự hấp thụ photon:.12

4.2.2. Tái hợp vùng – vùng và tái hợp exciton tự do: .14

4.2.3. Tái hợp vùng – tạp chất: 15

4.2.4. Tái hợp không bức xạ photon: .16Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni

2+

– Mn2+ 33

5. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc nano: 17

5.1. Công cụ nghiên cứu: 17

5.1.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua:.17

5.1.2. Kính hiển vi điện tử quét: 17

5.2. Các phương pháp nghiên cứu: 18

5.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X:18

5.2.2. Phương pháp nhiễu xạ điện tử:.19

5.2.3. Phương pháp phân tích phổ tia X: 19

5.2.4. Phổ hùynh quang: 20

Chương 2: 22

THỰC NGHIỆM.22

1. Hóa chất sử dụng: 22

2. Thiết bị sử dụng: 22

3. Phương pháp tổng hợp ZnS pha tạp Ni

2+

và Mn2+

: .22

Chương 3: 25

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.25

1. Kết quả: .25

1.1. Phổ tán sắc năng lượng EDS của ZnS:Ni:.25

1.2. Phổ huỳnh quang của ZnS : Ni (0,3% mol Ni):.25

1.3. Phổ huỳnh quang của ZnS : Mn (8% mol Mn): 26

1.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X:.26

1.5. Ảnh tinh thể được chụp bởi FESEM:27

1.6. Phổ huỳnh quang của các mẫu tinh thể nano ZnS : Ni – Mn: 27

2. Ứng dụng: 29

3. Kết luận: 29

ã Kết quả đạt được: 29

ã Những mặt còn hạn chế: 30

ã Hướng nghiên cứu tiếp theo:30

TÀI LIỆU THAM KHẢO