Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất quang của chấm lượng tử CdSe

Mở đầu
Lĩnh vực nghiên cứu vật liệu nano là một trong những lĩnh vực thu hút được nhiều nhà khoa học hàng đầu tham gia nghiên cứu. Bắt đầu từ những năm 1990 đến nay, thành quả thu được hết sức có ý nghĩa trong các ứng dụng thực tiễn, từng bức thay đổi mọi mặt của đời sống. Vật liệu nano đáp ứng được các yêu cầu tính chất cơ bản như vật liệu khối và cũng đáp ứng được các yêu cầu tính chất khắt khe của vật liệu tiên tiến.
Những ưu điểm của vật liệu nano không chỉ thể hiện qua các báo cáo trên các tạp chí uy tín mà còn thể hiện trên các ứng dụng của chúng, như các thiết bị điện tử, thiết bị chiếu sáng (đèn LED), thông tin quang bằng laser, đánh dấu sinh học, thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời (solar cell), cảm biến (sensor),
Điều kiện môi trường ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng, chất lượng và tuổi thọ của thiết bị. Với những môi trường làm việc đặc biệt như lò phản ứng hạt nhân, môi trường vũ trụ ngoài bầu khí quyển của trái đất . Ở đó có rất nhiều bức xạ mang năng lượng cao nên không phải vật liều nào cũng có thể làm việc trong môi trường đó. Việc đánh giá này là rất cần thiết để biết vật liệu bị tác động như thế nào, ảnh hưởng thay rổi ra làm sao, để chúng ta có thể khắc phục và lựa chọn phù hợp vật liệu làm thiết bị.
Tương tác giữa các bức xạ photon ánh sáng mặt trời với năng lượng chỉ cỡ năng lượng của trạng thái kích thích của điện tử trong tinh thể và năng lượng này thường bé hơn 10 eV. Những bức xạ có năng lượng lớn hơn rất nhiều như tia X, tia Alpha, tia gamma, tia Notron, tia Proton, tia Photon hãm, cỡ vài mega electron volt đến vài chục mega electron volt thì chưa được đề cập đến nhiều.
Việc nghiên cứu đánh giá cần phải xem xét ở nhiều mức độ và khía cạnh, vì vậy bước đầu với điều kiện sẵn có chúng tôi lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng bức xạ gamma tới sự thay đổi tính chất quang của chấm lượng tử CdSe, một loại vật liệu nano điển hình mang đặc trưng về tính chất quang học.
Và để so sánh mức độ ảnh hưởng của bức xạ gamma, luận văn đã nghiên cứu chấm lượng tử CdSe đơn thuần và chấm lượng tử bọc vỏ CdSe/CdS lõi/vỏ. So sánh ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất hấp thụ, huỳnh quang và thời gian sống điện tử trên các trạng thái kích thích, với dải liều chiếu xạ từ 1, 3, 5, 7, 10 kGy.
Luận văn được trình bày làm ba phần chính :
Phần 1 - Tổng quan : Giới thiệu về vật liệu nano, tính chất cơ bản về cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng năng lượng, tính chất quang học của vật liệu bán dẫn và vật liệu nano bán dẫn, những yếu tố ảnh hưởng của trường ngoài như nhiệt độ, áp suất, điện trường và từ trường lên tính chất của vật liệu bán dẫn, tổng quan các kết quả công bố quốc tế về ảnh hưởng của bức xạ năng lượng cao lên tính chất quang của vật liệu bán dẫn.
Phần 2- Thực nghiệm: Phương pháp chế tạo, quá trình chiếu bức xạ gamma, và các phương pháp phân tích thực hiện trong luận văn.
Phần 3- Kết quả và thảo luận: Trình bày các kết quả thu được của mẫu trước khi chiếu xạ và mẫu sau khi chiếu xạgamma, so sánh mức độ ảnh hưởng của mẫu CdSe với mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ. Với kết quả thu được luận văn tập trung thảo luận đến các hiệu ứng thu được: Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ và huỳnh quang của chấm lượng tử sau khi chiếu bức xạ gamma, ảnh hưởng của thời gian lên tính chất của chấm lượng tử như dịch đỉnh hấp thụ và huỳnh quang về phía năng lượng cao theo thời gian và hiệu ứng phục hồi cường độ huỳnh quang theo thời gian của chấm lượng tử sau khi chiếu xạ gamma.

MỤC LỤC
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt i
Danh mục các hình vẽ ii
Danh mục các bảng biểu v
Mở đầu 1
Chương 1- TỔNG QUAN 3
1.1. Vật liệu bán dẫn và cấu trúc nano 3
1.2. Tính chất hấp thụ 4
1.3. Tính chất phát quang 7
1.4. Tính chất chung của chấm lượng tử CdSe 9
1.4.1. Cấu trúc tinh thể 9
1.4.2. Cấu trúc vùng năng lượng 10
1.4.3. Tính chất quang của chấm lượng tử CdSe 12
1.4.4. Tính chất quang của chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ 13
1.5. Ảnh hưởng trường ngoài đến tính chất quang. 15
1.5.1. Ảnh hưởng bởi nhiệt độ 15
1.5.2. Ảnh hưởng của điện trường 16
1.5.3. Ảnh hưởng của từ trường 17
1.5.4. Ảnh hưởng bởi hạt năng lượng cao 19
Chương 2 –KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 22
2.1. Phương pháp chế tạo 22
2.2. Chiếu xạ gamma 23
2.3. Phương pháp phân tích 25
2.3.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua 25
2.3.2. Phương pháp đo hấp thụ 26
2.3.3. Kỹ thuật đo phổ huỳnh quang 28
2.3.4. Hệ đo huỳnh quang phân giải thời gian-TCSPC 30
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1. Tổng hợp chấm lượng tử CdSe và chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ 35
3.2. Ảnh vi hình thái của chấm lượng tử 38
3.3. Tính chất quang của chấm lượng tử trước khi chiếu xạ gamma 39
3.3.1. Phổ hấp thụ và huỳnh quang 39
3.4. Ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất quang của chấm lượng tử 41
3.4.1. Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ và đỉnh huỳnh quang 41
3.4.2. Suy giảm cường độ huỳnh quang theo liều hấp thụ gamma 44
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng bức xạ gamma tới thời gian sống huỳnh quang của điện tử 46
3.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên tính chất quang của chấm lượng tử sau chiếu bức xạ gamma 48
3.5.1. Hiện tượng dịch đỉnh huỳnh quang về phía năng lượng cao của chấm lượng tử theo thời gian sau khi chiếu xạ gamma 48
3.5.2. Hiện tượng hồi phục cường độ huỳnh quang của chấm lượng tử CdSe và CdSe/CdS lõi/vỏ theo thời gian sau khi chiếu xạ gamma 50
KẾT LUẬN 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55