Luận Văn Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất màng mỏng nanocomposite trên cơ sở ống carbon nano ứng dụn

TÓM TẮT NỘI DUNG

Ống nano cacbon (CNTs) ngoài những tính chất cơ học ưu việt còn thể hiện khả năng dẫn điện vượt trội. Mặc dù mới được phát hiện cách đây không lâu nhưng CNTs đã có mặt trong rất nhiều những nghiên cứu chuyên sâu và đã có những ứng dụng thưc tế quan trọng. PEDOT-PSS, một dẫn suất của PEDOT, là một polymer dẫn sử dụng nhiều trong công nghệ chế tạo OLED bởi khả năng dẫn điện cũng như cho ánh sáng truyền qua. Tổ hợp vật liệu composite giữa CNTs và PEDOT-PSS được dự đoán sẽ là một vật liệu composite mới thích hợp để chế tạo ra các loại màng mỏng có đặc tính dẫn và ánh sáng dễ dàng truyến qua. Vật liệu tổ hợp nanocomposite của PEDOT-PSS và CNTs với các tỷ lệ thành phần khối lượng khác nhau đã được nghiên cứu chế tạo. Màng mỏng trong suốt và có đặc tính dẫn đã được sử dụng làm lớp truyền lỗ trống trong công nghệ chế tạo OLED. Tổ hợp CNTs/PEDOTdata:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEXh5PJm+yKVAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=" class="mceSmilieSprite mceSmilie7" alt=":p" title="Stick Out Tongue :p">SS theo khối lượng có độ dẫn tốt nhất và độ truyền qua cao, đã được sử dụng chế tạo linh kiện OLED cấu trúc đa lớp. Các kết quả nghiên cứu cho thấy OLED sử dụng màng tổ hợp nanocomposite của PEDOT-PSS và CNTs có sự cải thiện rõ rệt về cường độ, hiệu suất cũng như độ ổn định và tuổi thọ của linh kiện.





[B]MỤC LỤC [/B]

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỐT PHÁT QUANG HỮU CƠ (OLED). 2
1.1. Vật liệu polymer dẫn. 2
1.1.1. Giới thiệu chung về polymer dẫn. 2
1.1.2. Cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn hữu cơ. 4
1.1.3. PEDOT và dẫn suất 5
1.2. Ống nano các bon (CNTs). 6
1.2.1. Phân loại 6
1.2.1.1. Ống nano cacbon đơn tường (SWCNTs). 6
1.2.1.2. Ống nano cacbon đa tường (MWCNTs). 8
1.2.2. Các tính chất 8
1.2.2.1. Độ bền cơ. 8
1.2.2.2. Độ cứng. 9
1.2.2.3. Tính dẫn điện. 9
1.2.2.4. Tính dẫn nhiệt 10
1.2.2.5. Tính chất quang. 11
1.2.2.5.1. Hấp thụ quang. 11
1.2.2.5.2. Sự phát quang. 12
1.2.2.5.3. Tán xạ Raman. 12
1.2.2.6. Khuyết tật, sai hỏng (Defects) trong CNTs. 13
1.3. Vật liệu tổ hợp nanocomposite PEDOT-PSS:CNTs. 13
1.4. Cấu tạo và nguyên tắc hoặt động của OLED 14
1.4.1. Giới thiệu chung về OLED 14
1.4.2. OLED cấu trúc đơn lớp. 14
1.4.3. OLED cấu trúc đa lớp. 15
1.4.4. Hiệu suất của OLED 16
1.4.4.1. Cải thiện điện áp mở của OLED 17
1.4.4.2. Cải thiện cường độ phát quang. 18
1.4.4.3. Cải thiện tuổi thọ của OLED 18



CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM . 20
2.1. Nghiên cứu biến tính ống nano cacbon đa tường (MWCNTs) bằng hỗn hợp axit HNO[SUB]3[/SUB] và H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] 20
2.1.1. Quy trình làm sạch và biến tính MWCNTs. 20
2.1.2. Phân tích cấu trúc MWCNTs bằng phổ hồng ngoại FTIR 21
2.2. Nghiên cứu chế tạo và xác định các đặc tính của màng nanocomposite PEDOT-PSS:MWCNTs 22
2.2.1. Chế tạo màng mỏng nanocomposite PEDOT-PSS:MWCNTs bằng phương pháp quay phủ (spin coating). 22
2.2.1.1. Hỗn hợp dung dịch PEDOT-PSS:MWCNTs. 22
2.2.1.2. Quy trình làm sạch đế thủy tinh. 23
2.2.1.3. Chế tạo màng mỏng bằng phương pháp quay phủ (spincoating). 23
2.2.2. Khảo sát các đặc tính của màng tổ hợp nanocomposite PEDOT-PSS:MWCNTs. 24
2.2.2.1. Khảo sát độ dẫn của màng bằng phương pháp đo điện trở bốn mũi dò. 24
2.2.2.2. Đo phổ truyền qua của màng mỏng bằng phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis. 26
2.2.2.3. Nghiên cứu cấu trúc hình thái bề mặt của mẫu bằng ảnh FESEM . 27
2.3. Nghiên cứu chế tạo linh kiện OLED 28
2.3.1. Quy trình tạo hình điện cực ITO bằng phương pháp ăn mòn hóa học ướt. 28
2.3.2. Quá trình chế tạo OLED 29
2.3.2.1. OLED đơn lớp cấu trúc ITO/MEH-PPV/Al 29
2.3.2.2. OLED cấu trúc đa lớp ITO/PEDOT-PSS/MEH-PPV[IMG]data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEXh5PJm+yKVAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=" class="mceSmilieSprite mceSmilie7" alt=":p" title="Stick Out Tongue :p">VK/Al 30
2.3.2.3. OLED cấu trúc đa lớp ITO/ PEDOT-PSS:MWCNTs/MEH-PPV[IMG]data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEXh5PJm+yKVAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=" class="mceSmilieSprite mceSmilie7" alt=":p" title="Stick Out Tongue :p">VK/Al 31
2.3.3. Chế tạo điện cực Al bằng phương pháp bốc bay nhiệt chân không. 32

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34
3.1. Nghiên cứu biến tính MWCNTs bằng hỗn hợp axit 34
3.1.1. Ảnh hưởng của MWCNTs đến độ nhớt và thể tích của hỗn hợp dung dịch PEDOT-PSS:MWCNTs 34
3.1.2. Khả năng phân tán của MWCNTs biến tính trong PEDOT-PSS. 35
3.2. Nghiên cứu cấu trúc MWCNTs bằng phổ hồng ngoại FTIR 35
3.3. Nghiên cứu cấu trúc hình thái học bề mặt của màng mỏng nanocomposite PEDOT-PSS:MWCNTs 36
3.4. Khảo sát tính chất điện-quang của tổ hợp vật liệu nanocomposite PEDOT-PSS:MWCNTs 36
3.5. Đặc trưng I-V của các linh kiện OLED đã chế tạo. 38

KẾT LUẬN 41







[B]MỞ ĐẦU[/B]

Điốt phát sáng hữu cơ (OLED) đang là đề tài hấp dẫn để nghiên cứu cho những ứng dụng mà nó mang lại. So với điốt phát sáng thông thường (LED), OLED có những ưu thế vượt trội như bền, nhẹ, hiệu suất phát sáng cao, màn hình bằng OLED cho góc nhìn rộng, sắc nét, có thể uốn cong, tiêu thụ điện năng ít Chính vì những ưu điểm vượt trội so với LED thông thường nên hiện nay, rất nhiều hãng công nghệ quan tâm nghiên cứu và chế tạo. Cấu trúc của một OLED cơ bản (single device) gồm 3 phần chính: Điện cực anốt, điện cực catốt và lớp phát quang hữu cơ kẹp giữa hai điện cực. Thông thường điện cực anốt được sử dụng là màng ITO trong suốt có khả năng cho ánh sáng truyền qua. Lớp phát quang hữu cơ là các polymer dẫn như PPV; PPP; MEH-PPV hay các phân tử hữu cơ nhỏ như Alq[SUB]3[/SUB]; TPD , lớp này chính là nơi xảy ra sự tái hợp của điện tử và lỗ trống và phát ra ánh sáng. Điện cực catốt được phủ trên lớp phát quang, lớp điện cực này thường được làm bằng kim loại chẳng hạn như Al. Với cấu trúc OLED đơn lớp như vậy, cường độ và hiệu suất phát sáng cũng như độ ổn định của linh kiện là không cao. Chính vì vậy các linh kiện OLED có cấu trúc đa lớp được quan tâm nghiên cứu và chế tạo nhằm khắc phục các nhược điểm của OLED cấu trúc đơn lớp. Việc nghiên cứu chế tạo và sử dụng các vật liệu có khả năng truyền dẫn điện tử và lỗ trống tốt làm các lớp truyền (TL) giữa điện cực và lớp phát quang trong chế tạo linh kiện đa lớp nhằm cải thiện sự tiếp xúc tại bề mặt phân chia pha và tăng cường sự dịch chuyển của các dòng hạt tải là hướng nghiên cứu đã và đang được quan tâm hiện nay, mang lại nhiều triển vọng ứng dụng thực tế cho OLED .
Kể từ khi phát hiện năm 1991 đến nay, ống nanocacbon luôn là đề tài nóng thu hút các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn bởi những đặc tính ưu việt của nó. Các đặc tính đó là: độ bền cơ học cao, dẫn điện dẫn nhiệt tốt .Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ lợi dụng tính dẫn điện siêu việt của nó để tạo lớp màng đệm cho OLED.
Trong khi đó, PEDOT[IMG]data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEXh5PJm+yKVAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=" class="mceSmilieSprite mceSmilie7" alt=":p" title="Stick Out Tongue :p">SS là một dẫn suất của PEDOT sử dụng nhiều trong chế tạo các linh kiện điện tử bán dẫn. Nếu như có thể tổ hợp được hai vật liệu này thành một vật liệu composite sẽ cho độ dẫn điện rất tốt, khả năng truyền quang cao có thể dùng làm lớp truyền dẫn hạt tải cho OLED và vì thế tăng khả năng làm việc cũng như cải thiện hiệu suất của OLED. Trên cơ sở đó, nội dung nghiên cứu của đề tài được xác định là: [i]Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất màng mỏng nanocomposite trên cơ sở ống nano cacbon ứng dụng trong chế tạo OLED.[/i]