Tổng hợp nano tinh thể CdSe/ZnS, tổ hợp chúng với polime và khảo sát tính chất quang

Trong bài báo, chúng tôi trình bày phương pháp chế tạo chấm lượng tử CdSe/ZnS với độ dày lớp vỏ ZnS khác nhau tính theo các đơn lớp (monolayer - ML). Chấm lượng tử CdSe/ZnS ở dạng bột, phân tán trong dung môi toluen, phân tán trong poli metyl metacrylat (PMMA) ở dạng tấm và dạng sợi đã được chế tạo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp nano tinh thể CdSe/ZnS, tổ hợp chúng với polime và khảo sát tính chất quang JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2011, Vol. 56, No. 3, pp. 37-42 TỔNG HỢP NANO TINH THỂ CdSe/ZnS, TỔ HỢP CHÚNG VỚI POLIME VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG Khổng Cát Cương Trường Đại học Tây Bắc Đỗ Văn Dũng và Phạm Thu Nga Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia Nguyễn Văn Hùng(∗) Trường Đại học Sư phạm Hà Nội (∗) E-mail: hungnvsp@yahoo.com1. Mở đầu Các nano tinh thể bán dẫn còn gọi là chấm lượng tử ở dạng huyền phù có phổphát xạ hẹp, hấp thụ quang học mạnh đã được nghiên cứu cho thấy có nhiều ứngdụng khác nhau, tập trung trong các lĩnh vực đánh dấu huỳnh quang sinh học, cáclinh kiện phát quang, pin mặt trời và laser [2]. Linh kiện tổ hợp chấm lượng tử -LED gồm hệ ghép các nano tinh thể chấm lượng tử/polime bán dẫn phát xạ trongvùng nhìn thấy và hồng ngoại gần có những hứa hẹn cho nhiều ứng dụng khác [5].Những năm gần đây, đã có nhiều nghiên cứu về linh kiện phát sáng tổ hợp vô cơ -hữu cơ (HLED) dùng một lớp phát xạ là chấm lượng tử [1, 4, 6]. Do HLED có cáctính chất ưu việt như độ đơn sắc cao, độ ổn định, thế khởi động thấp, hiệu suấtcao và giá thành thấp nên các HLED dựa trên các chấm lượng tử có tiềm năng ứngdụng trong lĩnh vực màn hiển thị phẳng và công nghiệp chiếu sáng rắn. Các chấmlượng tử CdSe/ZnS cấu trúc lõi/vỏ cũng đã được nghiên cứu cho ứng dụng này vìhiệu suất phát quang cao và độ bền quang cao khi được chiếu sáng. Bước sóng phổphát xạ của chúng được thay đổi bằng cách thay đổi kích thước các chấm lượng tử. Trong bài báo, chúng tôi trình bày phương pháp chế tạo chấm lượng tửCdSe/ZnS với độ dày lớp vỏ ZnS khác nhau tính theo các đơn lớp (monolayer -ML). Chấm lượng tử CdSe/ZnS ở dạng bột, phân tán trong dung môi toluen, phântán trong poli metyl metacrylat (PMMA) ở dạng tấm và dạng sợi đã được chế tạo.Vật liệu polime phát quang này có tính chất trong suốt về quang học, bền quangnên được sử dụng trong các linh kiện chiếu sáng. Tính chất quang của các chấmlượng tử lõi vỏ và vật liệu composite của chúng trong nền polime đã được khảo sátthông qua phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang. Trên các phổ đã quan sát thấy khi 37 Khổng Cát Cương, Đỗ Văn Dũng, Phạm Thu Nga và Nguyễn Văn Hùngchấm lượng tử CdSe được bọc lớp vỏ ZnS đỉnh phát xạ dịch về phía sóng dài. Quansát phổ huỳnh quang của các mẫu cho thấy: Chấm lượng tử ở dạng bột và phântán trong toluen đỉnh phổ phát xạ gần như không đổi, nhưng khi chấm lượng tửphân tán trong nền nền polime PMMA đỉnh phát xạ dịch chuyển rõ rệt về phía sóngngắn. Sự dịch chuyển bất thường này được giải thích trên cơ sở các cơ chế vật lí củamôi trường phân tán ảnh hưởng đến phổ huỳnh quang của chấm lượng tử.2. Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm Các chấm lượng tử CdSe/ZnS được chế tạo bằng phương pháp phân hủy cáctiền chất cơ-kim, trong môi trường hỗn hợp các hợp chất hữu cơ có nhiệt độ sôi caolà TOP, TOPO và HDA [5]. Kích thước chấm lượng tử tăng lên theo nhiệt độ nuôilõi CdSe trong khoảng từ 2000 C tới 3000 C. Thời gian nuôi chấm lượng tử là 18 phút,sau đó tiếp tục khuấy trộn và ủ ở 1200 C trong khoảng 1 giờ. Các chấm lượng tử sauchế tạo phân tán trong toluen và có các ligand là các phân tử hữu cơ như TOPO,TOP và HDA bám xung quanh trên bề mặt gây nên sự phát quang bề mặt khôngmong muốn. Bằng cách kết tủa chấm lượng tử bởi metanol và li tâm tốc độ cao cácchấm lượng tử được tách ra dưới dạng bột nano. Các chấm lượng tử CdSe được xácđịnh có kích thước từ 2 nm tới 6,5 nm. Bề mặt các chấm lượng tử được thụ độnghóa bằng việc bọc từng đơn lớp phân tử ZnS một gọi là phương pháp SILAR. Lớpvỏ ZnS có độ dày tăng dần tới 13 ML (1 ML được tính bằng hằng số mạng của ZnSlà 0,38 nm). Vật liệu composite được chế tạo như sau: polime được hòa tan trong toluen ở80 C tạo thành chất lỏng trong suốt. Sau đó, dung dịch chấm lượng tử CdSe/ZnS 0được hòa trộn trong dung dịch polime. Sản phẩm cuối là vật liệu composite gồmchấm lượng tử CdSe/ZnS phân tán đều trong polime. Các vật liệu composite nàyđược kéo thành sợi, đổ khuôn thành thanh và được ứng dụng trong các linh kiệnphát quang rắn. Phép đo phổ hấp thụ được thực hiện trên phổ kế UV-VIS-NIR Jasco V-670,phổ huỳnh quang được đo trên hệ quang phổ MicroSpec 2300i.2.2. Kết quả và thảo luận2.2.1. Ảnh hưởng của chiều dày lớp vỏ lên tính chất quang của chấm lượng tử CdSe/ZnS Hình 1 cho thấy phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của lõi CdSe được bọc lớpvỏ ZnS có độ dày từ 0 đến 6 ML. Hình 1 cũng chỉ ra đỉnh hấp thụ và đỉnh phát xạcủa lõi CdSe bị dịch mạnh về phía sóng dài (∼ 24 nm) khi độ dày lớp vỏ ZnS là1M ...