Chế tạo các cấu trúc ZnS một chiều cho phát xạ huỳnh quang mạnh bằng phương pháp bốc bay nhiệt

Bài viết Chế tạo các cấu trúc ZnS một chiều cho phát xạ huỳnh quang mạnh bằng phương pháp bốc bay nhiệt trình bày việc chế tạo thành công các cấu trúc nano ZnS một chiều có chất lượng tinh thể tốt bằng phương pháp bốc bay nhiệt. Ảnh FESEM và các phổ EDS, XRD đã được sử dụng để phân tích hình thái và thành phần của các cấu trúc chế tạo được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo các cấu trúc ZnS một chiều cho phát xạ huỳnh quang mạnh bằng phương pháp bốc bay nhiệt Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN: 978-604-82-1980-2 CHẾ TẠO CÁC CẤU TRÚC ZnS MỘT CHIỀU CHO PHÁT XẠ HUỲNH QUANG MẠNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT Nguyễn Văn Nghĩa1, Nguyễn Duy Hùng2 1 Đại học Thủy lợi, email: nghiangvan@tlu.edu.vn 2 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 1. GIỚI THIỆU CHUNG trong ethanol 30 phút, sau đó nhúng vào a xít HF loãng 5 phút rồi tráng lại bằng nước cất, Gần đây, các cấu trúc nano bán dẫn một sau đó xấy khô bằng dòng khí nitơ rồi đem đi chiều thu hút được sự quan tâm của nhiều phủ một lớp Au mỏng cỡ 10 nm. Tấm Si sau nhóm nghiên cứu do tiềm năng ứng dụng của chúng trong lĩnh vực quang điện tử, chẳng đó được cắt thành các phiến nhỏ kích thước 1 hạn như các nguồn phát ánh sáng tử ngoại, cm x 1cm. Vật liệu nguồn là 1,5 g bột ZnS ống dẫn sóng, cảm biến, pin Mặt Trời...[1, 4]. nguyên chất được đặt trong một thuyền nhôm Trong số đó phải kể đến ZnS, một bán dẫn ô xít rồi đặt vào giữa một ống thạch anh dài thuộc nhóm AIIBVI có độ rộng vùng cấm lớn 1.2 m, các phiến Si được đặt sau thuyền, (3.68 eV đối với pha lập phương và 3.7 eV phiến đầu tiên cách tâm thuyền 20 cm, các đối với pha lục giác ở nhiệt độ phòng), năng phiến còn lại đặt cách nhau đều đặn 3 cm. lượng liên kết exciton cũng tương đối lớn (40 Ống thạch anh sau đó được đưa vào trong meV). Trong khoảng hai thập kỉ trở lại đây, một lò ống nằm ngang dài 70 cm. Một đầu nhiều nhà khoa học đã nỗ lực tìm kiếm và ống thạch anh, phía thuyền đựng bột ZnS, nối phát triển các công nghệ chế tạo các cấu trúc với bình cấp khí Ar, đầu còn lại (phía các nano ZnS một chiều cũng như tìm hiểu các phiến Si) ban đầu nối với bơm chân không, tính chất quang điện của chúng [2, 3, 5, 6]. ống thạch anh để sao cho thuyền đựng bột Tuy nhiên, các cấu trúc nano ZnS chế tạo ZnS ban đầu ở ngay bên ngoài mép lò. Thoạt được trong phổ huỳnh quang thường xuất tiên, khóa van cấp khí Ar và hút chân không hiện đỉnh với tâm phát xạ ở 380 nm và một trong quá trình gia nhiệt với tốc độ 10 0 dải phát xạ rộng trong vùng nhìn thấy có liên C/phút, đến 6000C thì tắt bơm chân không quan đến nguyên tố ô xi, rất khó có thể chế và cấp khí Ar với lưu lượng 100 ml/phút. tạo được các cấu trúc nano một chiều ZnS chỉ Nhiệt độ được đặt ở 1150 0C (nhiệt độ bốc cho đỉnh phát xạ có tâm ở 340 nm đặc trưng bay) và thời gian giữ ở nhiệt độ này là 30 của vật liệu này. Vì lý do đó, với điều kiện phút. Khi đến nhiệt độ bốc bay, ống thạch thí nghiệm trong nước, chúng tôi đặt ra mục anh được đẩy vào sâu trong lò sao cho thuyền tiêu chế tạo các cấu trúc nano một chiều ZnS đựng bột ZnS ở tâm lò, nơi nhiệt độ cao nhất. kết tinh tốt chỉ cho phát xạ mạnh trong vùng Sau khi bốc bay xong, hệ được làm nguội tự tử ngoại (UV) do chuyển tiếp gần bờ vùng nhiên về nhiệt độ phòng. Các mẫu được lấy bằng phương pháp bốc bay nhiệt. ra khỏi lò có một lớp vật liệu đọng trên bề mặt dày mỏng khác nhau tùy vào khoảng 2. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM cách đến tâm lò. Hình thái của chúng được Trước hết, tấm Si nguyên chất được chúng quan sát nhờ kính hiển vi điện tử quét phát xạ tôi xử lý sạch bề mặt bằng cách rung siêu âm trường (FESEM, JSM-7600F, Jeol), thành 160 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN: 978-604-82-1980-2 phần của chúng được tìm hiểu bằng phương đường kính 50-100 nm và chiều dài lên đến pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX, vài chục μm (Hình 2(c)). Đường kính của các Oxford Instruments X-Max 50) tích hợp trong dây nano tương tự như đường kính của các FESEM. Cấu trúc pha, dạng tinh thể và hạt Au. Có thể thấy rằng hình thái của các hướng mọc ưu tiên được xác định bằng cấu trúc thu được phụ thuộc rất mạnh vào phương pháp đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD). nhiệt độ tại vùng đặt phiến Si. Phổ huỳnh quang thu được nhờ sử dụng thiết bị FHR1000, Horiba Jobin Yvon kích thích bằng xung laser Nd:YAG. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Hình 1 là giản đồ phân bố nhiệt độ trong lò ống nằm ngang theo khoảng cách tính từ tâm lò mà chúng tôi tiến hành khảo sát ở 10000C. Giản đồ này cho thấy càng xa tâm lò thì nhiệt độ càng giảm mạnh. Do đó các phiến Si đặt tại các vị trí khác nhau trong lò sẽ có nhiệt độ khác nhau. Hình 2: Ảnh FESEM: a) Các hạt Au trên đế Si; b) Các đai nano ZnS; c) Các dây nano ZnS; d) Đầu một dây nano có hạt xúc tác Hình 2 (d) cho thấy đầu mút của một dây nano vẫn còn giọt hợp kim xúc tác, điều này cho thấy các dây nano ZnS mọc theo cơ chế hơi – lỏng – rắn. Hình 1: Phân bố nhiệt độ trong lò ống nằm ngang theo khoảng cách từ tâm lò Hình 2 chỉ ra một số ảnh FESEM của các mẫu chúng tôi chế tạo được. Ứng với các vùng nhiệt độ đặt đế khác nhau, chúng tôi thu được các cấu trúc ZnS với hình thái khác nhau. Hình 2(a) cho thấy có các hạt kim loại với đường kính 50-100 nm thu được ở vùng nhiệt độ đặ ...