Tổng hợp chấm lượng tử ZnSe pha tạp ion Mn2+ trong môi trường nước bằng phương pháp đồng kết tủa

Các chấm lượng tử (QDs) ZnSe pha tạp các ion Mn2+ được quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ cả trong nghiên cứu cơ bản và triển khai ứng dụng với phát xạ mạnh ~590 nm tương ứng với chuyển dời đặc trưng 4 T1- 6 A1 của các ion tâm tạp Mn2+. Các chấm lượng tử ZnSe pha tạp với các ion Mn2+ (ZnSe:Mn) được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa từ các tiền chất kẽm axetat, mangan axetat, NaHSe với chất hoạt động bề mặt mercaptopropionic axit (MPA) trong môi trường nước ở nhiệt độ 70 o C. Các chấm lượng tử ZnSe:Mn chế tạo được có chất lượng tinh thể và tính chất huỳnh quang tốt được khẳng định từ giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM),phổ hấp thụ UV-vis và phổ huỳnh quang.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp chấm lượng tử ZnSe pha tạp ion Mn2+ trong môi trường nước bằng phương pháp đồng kết tủaVật lý TỔNG HỢP CHẤM LƯỢNG TỬ ZnSe PHA TẠP ION Mn2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Đinh Xuân Lộc1, 2, Lương Thị Bích2, Phạm Duy Khanh2, 3, Mai Xuân Trường2,Nguyễn Mạnh Tuấn2, Bùi Thanh Thảo3, 4, Bùi Thị Diễm3, 5, Ứng Thị Diệu Thúy1, 3* Tóm tắt: Các chấm lượng tử (QDs) ZnSe pha tạp các ion Mn2+ được quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ cả trong nghiên cứu cơ bản và triển khai ứng dụng với phát xạ mạnh ~590 nm tương ứng với chuyển dời đặc trưng 4T1-6A1 của các ion tâm tạp Mn2+. Các chấm lượng tử ZnSe pha tạp với các ion Mn2+ (ZnSe:Mn) được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa từ các tiền chất kẽm axetat, mangan axetat, NaHSe với chất hoạt động bề mặt mercaptopropionic axit (MPA) trong môi trường nước ở nhiệt độ 70 oC. Các chấm lượng tử ZnSe:Mn chế tạo được có chất lượng tinh thể và tính chất huỳnh quang tốt được khẳng định từ giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM),phổ hấp thụ UV-vis và phổ huỳnh quang.Từ khóa: Chấm lượng tử ZnSe; Pha tạp ion Mn2+; Đồng kết tủa; Huỳnh quang. 1. GIỚI THIỆU Vật liệu phát quang hiệu suất cao trên cơ sở chấm lượng tử bán dẫn hợp chất II-VI cócấu trúc lõi/vỏ như CdSe/CdS, CdTe/CdS, CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe được quan tâm nghiêncứu mạnh mẽ trong khoảng 2 thập kỷ qua do triển vọng ứng dụng trong các lĩnh vựcquang-điện tử, đánh dấu huỳnh quang y-sinh [1-6]. Các chấm lượng tử này có hiệu suấthuỳnh quang cao, có đỉnh phổ điều chỉnh được trong vùng phổ khả kiến đến hồng ngoạigần tuỳ thuộc vào kích thước vật liệu, có độ bền quang hoá tốt và có phổ hấp thụ dải rộngthuận tiện cho kích thích huỳnh quang. Các nghiên cứu tính chất đã được quan tâm thựchiện để làm sáng tỏ các quá trình quang-điện tử trong các hệ chấm lượng tử bán dẫn. Tuynhiên, một số khuyến nghị cho rằng Cd là nguyên tố độc hại cho môi trường, vì vậy cầngiảm thiểu sử dụng vật liệu trên cơ sở nguyên tố này. Trong khi đó, vật liệu bán dẫn ZnSelà loại cùng họ hợp chất II-VI thân thiện với môi trường, có cấu trúc mạng tinh thể lậpphương zinc-blende với năng lượng vùng cấm ~2,67 eV được coi là ứng cử viên thay thếcác hợp chất bán dẫn chứa Cd. Khi các chấm lượng tử ZnSe có kích thước hạt nhỏ so sánhđược với bán kính Bohr exciton (3,8 nm), sẽ xuất hiện hiệu ứng giam hãm lượng tử, có thểphát quang tốt trong vùng phổ 400-440 nm [7-9]. Tuy nhiên, chúng không thuận lợi chonhững ứng dụng có yêu cầu vật liệu phát quang vùng khả kiến (ví dụ: sử dụng trong đánhdấu huỳnh quang y sinh, cảm biến sinh hóa [10,11]). Vì vậy, chấm lượng tử ZnSe:X (vớiX=Mn, Ag, Ni,…) được tập trung nghiên cứu do có thể điều khiển các chuyển dời điện tửtương ứng với huỳnh quang trong vùng phổ khả kiến (~570–750 nm), có triển vọng làmvật liệu phát quang trong một số cấu trúc linh kiện chiếu sáng rắn [12-14]. Hiện nay, một số phương pháp vật lý và hoá học đang được sử dụng để chế tạo cácchấm lượng tử bán dẫn. Các phương pháp vật lý thường được sử dụng để chế tạo các cấutrúc linh kiện điện tử có chứa các giếng lượng tử hoặc các lớp chấm lượng tử trong miềntích cực, ví dụ các chấm lượng tử bán dẫn InGaN trong đi-ốt phát quang (LED) trên cơ sởGaN [15,16]. Phương pháp hoá đặc biệt thể hiện ưu thế khi chế tạo các dung dịch keo(colloid) của chấm lượng tử; trong đó các chấm lượng tử bán dẫn hợp chất II-VI nhưCdSe, CdTe được nghiên cứu chế tạo thành công nhất, cho các tính chất cấu trúc cũng nhưtính chất quang vượt trội [1-4,17]. Trong những năm qua, các chấm lượng tử ZnSe vàZnSe pha tạp các ion chuyển tiếp Mn2+, chủ yếu được quan tâm nghiên cứu chế tạo trongdung môi hữu cơ nhiệt độ sôi cao bằng phương pháp phun tiền chất Zn và Se vào dungdịch nóng (hot-injection) [8-11]. Trong các phương pháp này, các chất hoạt động bề mặt(surfactant) có chức năng như một phần tử điều chỉnh tốc độ phản ứng, tốc độ phát triển164 Đ. X. Lộc, …, Ư. T. D. Thúy, “Tổng hợp chấm lượng tử … phương pháp đồng kết tủa.”Nghiên cứu khoa học công nghệtinh thể và ngăn cản không cho các hạt vi thể tụ đám với nhau, được sử dụng một cách hợplý với các tiền chất thành phần để có thể điều khiển kích thước và hình dạng của các chấmlượng tử như mong muốn. Sử dụng phương pháp đồng kết tủa hóa học với dung môi lànước, đây là phương pháp hóa học đơn giản không đòi hỏi mức đầu tư thiết bị cao. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày các kết quả nghiên cứu một cách hệ thống côngnghệ chế tạo các chấm lượng tử phát quang mạnh vùng khả kiến trên cơ sở ZnSe pha tạpcác ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ trong môi trường nước. Tính chất hấp thụ và huỳnhquang được xem như là chỉ số tổng hợp, rõ nhất để đánh giá về chất lượng chấm lượng tử,được nghiên cứu khá chi tiết bằng các phương pháp quang phổ. 2. THỰC NGHIỆM2.1. Hóa chất Mercaptopropionic axit (MPA); Bột Selen (Se); Mangan axetat (Mn ...