Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu SnO2 và SnO2Sb(Zn)

  • Số trang: 132 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 29 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27670 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI DDD TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------- NGUYỄN THANH BÌNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SnO2 VÀ SnO2:Sb(Zn) Chuyên ngành: Mã số: Vật lí chất rắn 62 44 07 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS LÊ THỊ THANH BÌNH 2. PGS.TS NGUYỄN NGỌC LONG Hà Nội, 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào. Tác giả Nguyễn Thanh Bình 1 LỜI CÁM ƠN Tôi xin dành những lời cảm ơn đầu tiên và sâu sắc nhất của mình gửi tới PGS.TS. Lê Thị Thanh Bình và PGS. TS. Nguyễn Ngọc Long, người Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt từ ngày tôi còn là sinh viên cho đến lúc tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới tất cả các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp của tôi ở bộ môn Vật lý Đại cương, bộ môn Vật lý chất rắn, Trung tâm Khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà nội, những người đã trực tiếp giúp đỡ tôi trong khi thực hiện luận án và đã động viên tôi rất nhiều cả về vật chất lẫn tinh thần khi tôi gặp khó khăn, giúp tôi hoàn thành công trình này. Tôi xin gửi tới PGS.TS. Tạ Đình Cảnh, PGS.TS. Lê Văn Vũ, PGS. TS. Lê Hồng Hà, PGS. TS. Nguyễn Thị Thục Hiền, GS. TS. Bạch Thành Công, GS. TS. Nguyễn Quang Báu, PGS.TS. Ngô Thu Hương, TS. Ngạc An Bang, TS. Phạm Nguyên Hải, ThS. Trần Vĩnh Thắng, ThS. Nguyễn Quang Hòa,,... lòng biết ơn sâu sắc vì sự quan tâm, giúp đỡ, động viên cũng như những góp ý, bàn luận khoa học quý giá của các Thầy, các bạn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên trong gia đình đã luôn chăm sóc, động viên tôi, giúp tôi thêm nghị lực để hoàn thành bản luận án này. Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Tác giả Nguyễn Thanh Bình 2 MỤC LỤC Danh mục các ký hiệu và viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ Mở đầu ........................................................................................ ........................................................................................ ...................................................................................................... 18 Chương 1: Tổng quan lý thuyết về vật liệu SnO2 và SnO2 pha tạp ...... 23 1.1. ........................................................................................ ................................................................... 23 ........................................................................................ ............................................................................... 23 Tổng quan về vật liệu SnO2 1.1.1. Cấu trúc tinh thể của SnO2 1.1.2. Cấu trúc vùng năng lượng của SnO2 ............................................................................................................................. 1.1.3. Tính chất hấp thụ của vật liệu bán dẫn SnO2 1.1.4. Tính chất huỳnh quang của SnO2 1.2. .......................................................................................... 24 ................................................................................................ ............................................. 27 .................................................................................................................... 29 ........................................................................................ ...................................................................................................... 29 ........................................................................................ ....................................................................................................................... 31 Tổng quan về vật liệu SnO2 pha tạp 1.2.1. Pha tạp antimon (Sb) 1.2.2. Pha tạp kẽm (Zn) 23 1.3. Tổng quan về vật liệu nano SnO2 1.4. Một số ứng dụng của vật liệu SnO2 1.5. Một số phương pháp chế tạo vật liệu SnO2 1.5.1. Phương pháp bốc bay nhiệt .................................................................................................................................. ......................................................................................................................... 35 37 ..................................................................................... 38 ....................................................................................................................................................................... 38 1.5.2. Phương pháp phún xạ ca tốt ........................................................................................ ........................................................................... 39 1.5.3. Phương pháp phủ hơi hoá học ........................................................................................ .................................................................. 40 1.5.4. Phương pháp sol–gel ........................................................................ .......................................................................................................................... 40 1.5.5. Phương pháp thuỷ nhiệt ............................................................................................ .......................................................................................... 42 Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm 45 2.1. Chế tạo vật liệu SnO2 45 .................................................................................................................... ........................................................................................ ............................................................................... 2.1.1. Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp bốc bay 3 nhiệt ........................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ ........................ 2.1.2. Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol-gel ......................................................... 45 46 2.1.3. Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp thuỷ nhiệt 47 2.2. Chế tạo vật liệu SnO2 pha tạp 48 2.2.1. Pha tạp Sb 48 ........................................ ..................................................................................................................................... ........................................................................................ .................................................................................................. ..................................................... 2.2.2. Pha tạp Zn ........................................................................................ ............................................................................................. ........................................................... 48 2.3. Các phép đo khảo sát tính chất của vật liệu SnO2 và SnO2 pha tạp ........................................................................................ ........................................................................................ ............................................................................................................................. 49 2.3.1. Phân tích nhiễu xạ tia X ....................................................................................... .............................................................................................. 49 2.3.2. Phổ hấp thụ, truyền qua ................................................................................... ................................................................................................... 51 2.3.3. Phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang .......................................................................................... 52 2.3.4. Chụp ảnh bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi điện tử truyền qua ........................................................................................ ........................................................................................ .................................. 54 Chương 3: Nghiên cứu tính chất của vật liệu SnO2 được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt 56 3.1. Tính chất tinh thể 56 ................................................................................................................................................................ ........................................................................................ ..................................................................................................................... 3.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X ........................................................................................ ............................................................................................... 56 3.1.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .............................................................................................. ............................................................................................................................................................................ 58 3.2. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 62 3.3. Kết luận chương 3 68 ....................................................................................................................... ...................................................................................................... ........................................................................................................... Chương 4: Nghiên cứu tính chất của vật liệu SnO2 và SnO2 pha ................................................................................................ 70 ........................................................................................ ........................................................................................................................ 70 tạp Sb được chế tạo bằng phương pháp sol-gel 4.1. Tính chất tinh thể 4.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X ........................................................................................ ................................................................................................... 4.1.2. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ................................................................................. ................................... 4.2. Phổ truyền qua và phổ hấp thụ của vật liệu SnO2 và SnO2 pha 4 70 75 76 tạp Sb ........................................................................................ ........................................................................................ .......................................................................................... ............... 4.2.1. Phổ truyền qua 4.2.2. Phổ hấp thụ ........................................................................................ ........................................................................................ ......................................... 76 ........................................................................................ ................................................................................................ ................................................... 80 4.3. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 và SnO2:Sb 4.4. Kết luận chương 4 ........................................................... ........................................................................................ ........................................................................................ ............................... 82 84 Chương 5: Nghiên cứu tính chất của vật liệu SnO2 và SnO2 pha .................................. 86 5.1. Tính chất của vật liệu SnO2 ............................................... ...................................................................................................................... 86 5.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X .................................................................................... ........................................................................................ ............. 86 tạp chất Sb, Zn được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt 5.1.2. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua 87 5.1.3. Phổ hấp thụ của vật liệu SnO2 88 ........................................................................................................................................................ .................................................................... ........................................................................ 5.1.4. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 ................................................................................. ................................................ 89 5.2. Tính chất của vật liệu SnO2 pha tạp chất Sb .............................................................................. ......... 94 5.2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X .................................................................................... ........................................................................................ ............. 94 5.2.2. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua ........................................................................................................................................................ 96 5.2.3. Phổ tán sắc năng lượng EDS ........................................................................................ ........................................................................ 97 .................................................................................................................. ................................................ 98 5.2.4. Phổ hấp thụ, phổ truyền qua 5.2.5. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 pha tạp Sb 100 5.3. Tính chất của vật liệu SnO2 pha tạp chất Zn .............................................................................. ......... 106 .................................................................................... ......................................................................................... ............. 106 ..................................................................... 5.3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X 5.3.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ............................................................................................................................................................................................................................................................................ 5.3.3. Phổ tán sắc năng lượng EDS ........................................................................................ ........................................................................ 5.3.4. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 pha tạp Zn ..................................................................... 108 109 111 ........................................................................................ ........................................................................................ ............................... 114 .............................................................................................................................. ........................................................................................ ........................... 116 5.4. Kết luận chương 5 Kết luận chung Danh mục các công trình khoa học của tác giả có liên quan đến 5 luận án .................................................................................................................................................................................................................................................................... Tài liệu tham khảo .............................................................................................................................. .................................................................................................. 6 118 120 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Eg Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Band gap energy Năng lượng vùng cấm %wt Weight percent Phần trăm trọng lượng AFM Atomic force microscope Hiển vi lực nguyên tử TEM Transmission electron microscopy Hiển vi điện tử truyền qua High-resolution Transmission Hiển vi điện tử truyền qua electron microscopy phân giải cao CVD Chemical vapor deposition Lắng đọng pha hơi hóa học EDS Energy dispersive spectroscopy Phổ tán sắc năng lượng Full width at half maximum Độ rộng bán cực đại Scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét HRTEM FWHM SEM FESEM XRD SAED PL PLE UV-VIS VLS VS JCPDS Field emission scanning electron Hiển vi điện tử quét phát xạ microscopy trường X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X Selective area electron diffraction Nhiễu xạ điện tử vùng lựa chọn Photoluminescence Huỳnh quang Photoluminescence excitation Kích thích huỳnh quang Ultraviolet-Visible Tử ngoại – khả kiến Vapor – Liquid - Solid Cơ chế hơi – lỏng – rắn Vapor – Solid Cơ chế hơi – rắn Joint committee on powder diffraction standards 7 DANH MỤC CÁC BẢNG STT 1. Tên Bảng 3.1 Nội dung Sự phụ thuộc của hình thái học, kích thước của SnO2 vào nhiệt độ chế tạo mẫu [61]. Trang 60 Hằng số mạng của bán dẫn SnO2 chế tạo 2. Bảng 4.1. bằng phương pháp sol-gel ứng với các số lần 71 nhúng khác nhau. 3. Bảng 4.2. 4. Bảng 4.3. 5. Bảng 4.4. 6. Bảng 5.1. 7. Bảng 5.2. 8. Bảng 5.3. 9. Bảng 5.4. Hằng số mạng của vật liệu bán dẫn SnO2:Sb chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Kích thước của hạt tinh thể SnO2 chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Kích thước hạt trung bình của bán dẫn SnO2:Sb chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Kích thước của hạt tinh thể SnO2 chế tạo bằng phương pháp thuỷ nhiệt. Đỉnh huỳnh quang của SnO2 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt. Tách phổ huỳnh quang của mẫu SnO2. Hằng số mạng của bán dẫn SnO2:Sb chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt. 73 74 75 87 90 92 95 Kích thước hạt tinh thể của mẫu vật liệu 10. Bảng 5.5. SnO2 khi pha tạp Sb chế tạo bằng phương 96 pháp thủy nhiệt . 11. Bảng 5.6. Kích thước trung bình của hạt xác định từ giản đồ nhiễu xạ tia X và từ ảnh TEM. 8 97 Độ rộng vùng cấm của mẫu vật liệu SnO2 có 12. Bảng 5.7. nồng độ tạp chất Sb khác nhau được chế tạo 100 bằng phương pháp thủy nhiệt. Kích thước trung bình của hạt xác định từ 13. Bảng 5.8. giản đồ nhiễu xạ tia X đối với pha SnO2 và 108 Zn2SnO4. 14. Bảng 5.9. Mức năng lượng giữa các đỉnh trong phổ huỳnh quang của mẫu SnO2:Zn (1%). 9 112 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tên 1. Hình 1.1 2. Hình 1.2 3. Hình 1.3 4. Hình 1.4 Chú giải Mô hình cấu trúc tinh thể của SnO2 Giản đồ cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn SnO2 Phổ truyền qua của mẫu SnO2 chế tạo bằng phương pháp CVD [65]. Phổ truyền qua của màng SnO2 chế tạo bằng phương pháp sol-gel [22] Trang 23 24 26 26 Phổ huỳnh quang của màng SnO2 chế tạo 5. Hình 1.5 bằng phương pháp CVD ở nhiệt độ đế 425 ºC(S1), 450 ºC(S2), 475 ºC(S3), 500 ºC(S4) 27 [38] Phổ huỳnh quang của SnO2 ở các nhiệt độ 6. Hình 1.6 đo khác nhau: nhiệt độ phòng (a) 100K (b) 28 10K (c) [54]. 7. Hình 1.7 8. Hình 1.8 9. Hình 1.9 Phổ truyền qua của màng SnO2 pha tạp Sb với các nồng độ khác nhau [43] Phổ huỳnh quang của SnO2 pha tạp Sb đo ở nhiệt độ phòng [12] Phổ huỳnh quang của SnO2 pha tạp Sb đo ở nhiệt độ phòng [25] 29 30 31 Phổ hấp thụ của hạt nano SnO2 pha tạp chất 10. Hình 1.10 Zn [27] 32 a- ủ ở 300 oC 10 b- ủ ở 600 oC Phổ hấp thụ của thanh nano SnO2 pha tạp 11. Hình 1.11 chất Zn [36] 33 a- Pha tạp Zn b- không pha tạp Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 pha tạp 12. Hình 1.12 13. Hình 1.13 14. Hình 1.14 15. Hình 1.15 16. Hình 1.16 17. Hình 1.17 18. Hình 1.18 19. Hình 1.19 20. Hình 2.1 21. Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp sol-gel phủ nhúng 46 22. Hình 2.3 Hệ đo phổ nhiễu xạ tia X (DX 5005) 50 23. Hình 2.4 Hệ đo phổ hấp thụ UV-VIS 2450 51 24. Hình 2.5 Hệ đo phổ huỳnh quang FL 3-22 52 25. Hình 2.6 chất Zn [36] Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 pha tạp Zn [47] Các dây nano, các băng nano SnO2 chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt [74] Hạt nano SnO2 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt [92] Các đĩa nano SnO2 chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt [21] Sơ đồ hệ bốc bay nhiệt Sơ đồ chế tạo vật liệu nano theo phương pháp sol-gel Hình ảnh và cấu tạo của một số nồi hấp, ống Teflon trong hệ thủy nhiệt Sơ đồ chế tạo mẫu bằng phương pháp bốc bay nhiệt Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ huỳnh quang FL 3-22 11 34 34 36 37 37 38 42 43 45 53 26. Hình 2.7 Kính hiển vi điện tử quét JSM 5410 LV 54 27. Hình 2.8 Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 55 Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng SnO2 chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt với 28. Hình 3.1 nguồn vật liệu ban đầu SnO2 có trộn cacbon 56 nung trong 3 h thổi khí Ar với lưu lượng 30 cm3/phút Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu tại các 29. Hình 3.2 vị trí khác nhau nung trong 3 h thổi khí Ar 57 với lưu lượng 30 cm3/phút 30. Hình 3.3 Ảnh SEM của mẫu SnO2 chế tạo ở nhiệt độ 1360 oC 58 Ảnh SEM màng SnO2 chế tạo từ bột SnO2 31. Hình 3.4 trộn với C nung ở nhiệt độ T =1120 ºC 58 trong 3 h, tốc độ thổi khí Ar 30 cm3/phút. 32. Hình 3.5 33. Hình 3.6 Ảnh TEM (a, b), HRTEM(c) và SAED (d) của băng nano SnO2 Ảnh TEM (a, b), HRTEM(c) và SAED (d) của dây nano SnO2 60 61 Phổ huỳnh quang của màng SnO2 chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt được đo 34. Hình 3.7 theo nhiệt độ. 1- Đo từ nhiệt độ 14 K tới 90 K 62 2- Đo từ nhiệt độ 110 K tới 300 K 3- Đo từ nhiệt độ 14 K đến 300 K 35. Hình 3.8 Sự phụ thuộc của năng lượng đỉnh huỳnh quang exiton liên kết (370 nm) vào nhiệt độ 12 64 đo 36. Hình 3.9 37. Hình 3.10 38. Hình 3.11 Sự phụ thuộc của ln(I0 – I)/I vào 1000/T của đỉnh a Sự phụ thuộc của ln(I0 – I)/I vào 1000/T của đỉnh b Phổ kích thích huỳnh quang theo nhiệt độ tại bước sóng phát xạ 414 nm 67 67 68 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bán dẫn 39. Hình 4.1 SnO2 với các số lớp khác nhau chế tạo bằng phương pháp sol-gel 70 *- đỉnh nhiễu xạ của đế. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu vật liệu 40. Hình 4.2 SnO2: 5% Sb chế tạo bằng phương pháp sol- 72 gel Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu vật liệu 41. Hình 4.3 SnO2: 25% Sb chế tạo bằng phương pháp 72 sol-gel 42. Hình 4.4 43. Hình 4.5 44. Hình 4.6 45. Hình 4.7 46. Hình 4.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu SnO2 pha tạp chất Sb với các nồng độ khác nhau Ảnh TEM của màng chế tạo bằng phương pháp sol-gel ủ tại 500 ºC Phổ truyền qua của màng bán dẫn SnO2 nhiều lớp Phổ truyền qua của SnO2 pha tạp chất Sb với các nồng độ khác nhau Phổ truyền qua của màng SnO2 pha tạp chất 13 73 76 77 77 78 10% Sb với số lớp nhúng khác nhau 47. Hình 4.9 48. Hình 4.10 Sự phụ thuộc của hệ số truyền qua vào số lớp của màng SnO2 tại bước sóng 800 nm Đồ thị sự phụ thuộc của độ truyền qua vào nồng độ tạp chất Sb 79 79 Phổ hấp thụ của các mẫu có nồng độ tạp 49. Hình 4.11 chất Sb khác nhau được chế tạo bằng 80 phương pháp sol-gel 50. 51. Hình 4.12. Hình 4.13. Phổ hấp thụ của mẫu SnO2 pha tạp chất 10% Sb 1 lớp và 6 lớp Đồ thị sự phụ thuộc h 2 theo năng lượng 80 81 h  của SnO2:Sb 5% Phổ huỳnh quang kích thích tại bước sóng 52. Hinh 4.14. 267 nm của mẫu SnO2 chế tạo bằng phương 82 pháp sol-gel Phổ huỳnh quang của các mẫu SnO2 có 53. Hình 4.15. nồng độ tạp chất khác nhau được chế tạo bằng phương pháp sol-gel, kích thích ở 83 bước sóng 267 nm Phổ kích thích huỳnh quang của SnO2 với 54. Hình 4.16. nồng độ tạp chât khác nhau tại bước sóng 84 huỳnh quang 344 nm 55. Hình 5.1. 56. Hình 5.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu SnO2 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt Ảnh TEM của mẫu SnO2 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt có thời gian ủ khác 14 86 87 nhau a- 48 giờ b- 24 giờ. Đồ thị sự phụ thuộc (h ) 2 theo năng lượng 57. Hình 5.3. 89 (hν) của SnO2 thủy nhiệt 12 h Phổ huỳnh quang của các mẫu SnO2 với 58. Hình 5.4. thời gian ủ thủy nhiệt khác nhau (bước sóng 90 kích thích 267 nm 59. Hình 5.5. Tách phổ huỳnh quang mẫu SnO2 ủ thủy nhiệt 18 h 91 Phổ kích thích huỳnh quang tại bước sóng 60. Hình 5.6. phát xạ 440 nm của mẫu SnO2 chế tạo với 92 thời gian thủy nhiệt khác nhau Phổ kích thích huỳnh quang tại đỉnh phát xạ 61. Hình 5.7. 466 nm và 440 nm của mẫu SnO2 chế tạo 93 với thời gian thủy nhiệt 18 h Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu SnO2 pha tạp chất Sb với nồng độ khác nhau chế 62. Hình 5.8. tạo bằng phương pháp thủy nhiệt a- 1%Sb 94 b- 2% Sb c- 3% Sb. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu SnO2 và 63. Hình 5.9. SnO2 pha tạp chất 3% Sb chế tạo ở các nhiệt 95 độ khác nhau 64. Hình 5.10. Ảnh TEM của các mẫu vật liệu SnO2 pha tạp chất Sb chế tạo bằng phương pháp thủy 15 97 nhiệt a -1% Sb b- 3% Sb Phổ tán sắc năng lượng EDS của mẫu vật 65. Hình 5.11. liệu SnO2 pha tạp chất Sb a- 1% Sb 98 b- 3% Sb. Phổ hấp thụ của SnO2 pha tạp chất Sb với 66. Hình 5.12. nồng độ khác nhau được chế tạo bằng 99 phương pháp thủy nhiệt Đồ thị sự phụ thuộc (h ) 2 theo năng lượng 67. Hình 5.13 99 (hν) của SnO2 pha tạp chất 2% Sb Phổ huỳnh quang của SnO2 pha tạp Sb với 68. Hình 5.14 nồng độ khác nhau được chế tạo bằng 101 phương pháp thủy nhiệt Phổ huỳnh quang của các mẫu SnO2 và 69. Hình 5.15 SnO2:Sb 3% được chế tạo ở các nhiệt độ 101 khác nhau với bước sóng kích thích 267 nm Phổ huỳnh quang của các mẫu SnO2 và 70. Hình 5.16 SnO2:Sb được chế tạo ở các nhiệt độ khác 102 nhau, bước sóng kích thích 314 nm 71. Hình 5.17 72. Hình 5.18 Phổ kích thích huỳnh quang của các mẫu SnO2:Sb tại bước sóng bức xạ 421 nm Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu SnO2 pha Zn với các tỷ lệ pha tạp chất khác nhau 104 106 Ảnh SEM của mẫu SnO2 pha tạp chất Zn 73. Hình 5.19 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt a-3% Zn 16 b- 5% Zn 108 Ảnh TEM của mẫu SnO2 pha tạp chất Zn 74. Hình 5.20 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt a-3% Zn 109 b- 5% Zn. Phổ tán sắc năng lượng EDS của mẫu vật 75. Hình 5.21 liệu SnO2 pha tạp chất Zn a- 1% Zn 76. Hinh 5.22 77. Hình 5.23 110 b- 3% Zn. Phổ tán sắc năng lượng EDS của mẫu vật liệu SnO2 pha tạp chất 5% Zn Phổ huỳnh quang của các mẫu SnO2 pha tạp chất Zn kích thích tại bước sóng 267 nm 110 111 Phổ huỳnh quang của các mẫu SnO2:Zn với 78. Hình 5.24 các nồng độ tạp chất khác nhau với bước 113 sóng kích thích 383 nm 79. Hình 5.25 Phổ kích thích huỳnh quang tại đỉnh phát xạ 440 nm đối với các mẫu pha tạp khác nhau 17 114 MỞ ĐẦU Hiện nay trên thế giới đã và đang hình thành một ngành khoa học và công nghệ mới, có nhiều triển vọng và dự đoán sẽ có những tác động mạnh mẽ đến nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật cũng như đời sống kinh tế xã hội. Đó là khoa học và công nghệ nano. Đây là một lĩnh vực, một hướng nghiên cứu rất mới mẻ. Việc áp dụng khoa học và công nghệ nano vào chế tạo và nghiên cứu các vật liệu có ý nghĩa vô cùng quan trọng và hấp dẫn do vật liệu nano có tỷ số diện tích mặt ngoài trên thể tích rất cao nên chúng có nhiều tính chất vật lý, hóa học, điện từ và cơ học mới, độc đáo mà vật liệu khối không có; chúng là các vật liệu rất lý tưởng để dùng vào chức năng xúc tác hoặc các hệ phản ứng hóa học, các linh kiện và thiết bị điện tử thế hệ mới; do có kích thước cỡ phân tử sinh học nên các vật liệu này có nhiều ứng dụng triển vọng trong sinh học, y dược học. Các thành tựu của công nghệ nano đã có nhiều ứng dụng trong đời sống cũng như sản xuất, giải quyết được các lĩnh vực đang được nhân loại quan tâm hàng đầu như y - sinh học, bảo vệ môi trường và chế tạo các linh kiện điện tử có kích thước tinh vi đáp ứng được nhu cầu các thiết bị ngày càng phải nhỏ gọn. Các ứng dụng kỳ diệu của vật liệu nano như làm các vật liệu ngăn cách, các loại cửa sổ thông minh hay ứng dụng trong các lĩnh vực chế tạo máy, làm màn hình với năng suất phân giải cao hoặc là các vật liệu thích nghi sinh học để cấy ghép vào cơ thể....... Trong số các vật liệu có cấu trúc nano, ôxit thiếc (SnO2) đang thu hút được rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và đã đạt được một số kết quả khả quan. Vật liệu bán dẫn SnO2 thuần và pha tạp chất đều có nhiều ứng dụng bởi chúng có các tính chất như độ rộng vùng cấm lớn 3,6 eV ở nhiệt độ phòng, 18 tính dẫn điện cao, độ truyền qua tốt ở miền sóng dài, tính ổn định hoá và nhiệt. Những tính chất đó làm cho vật liệu này có các ứng dụng như: làm điện cực trong suốt trong các thiết bị hiển thị và pin mặt trời, làm lớp tiếp xúc Schottky trong pin mặt trời, các sensor nhạy khí, độ ẩm… Khi pha tạp antimon (Sb), pha tạp kẽm (Zn) vào vật liệu SnO2....các tính chất điện, tính chất quang thay đổi và mở rộng thêm các khả năng ứng dụng của nó như nếu pha tạp antimon (Sb) hoặc inđi (In) vào trong các hạt nano tinh thể SnO2 và phủ lên tấm kính sẽ cho ánh sáng lọt qua dễ dàng nhưng tăng khả năng tán xạ tia tử ngoại, ngăn chặn hồng ngoại tạo ra các cửa sổ thông minh. Khi pha tạp kẽm (Zn) vào SnO2 với những tỷ lệ thích hợp sẽ tạo ra hợp chất ô xít 3 thành phần là Zn2SnO4 (ZTO) với nhiều đặc tính ưu điểm đang được ứng dụng là chất quang xúc tác giảm ô nhiễm môi trường của các chất hữu cơ. Đặc biệt, những tính chất mới lạ của vật liệu SnO2 có cấu trúc nano đã làm tăng thêm khả năng ứng dụng của loại vật liệu này. Các cấu trúc nano SnO2 nhận được rất đa dạng. Đó là các loại hạt nano, thanh nano, băng nano, đĩa nano, màng nano hoặc ống nano. Trên thế giới, vật liệu có cấu trúc nano SnO2 đã được chế tạo bằng nhiều các phương pháp hóa lý khác nhau như: phún xạ ca tốt [32, 33, 53], bốc bay nhiệt [34, 73, 74], lắng đọng hóa học từ pha hơi [25, 38, 65], sol-gel [14, 16, 22, 29, 30, 75], thủy nhiệt [47, 92], phương pháp vi sóng …nhưng việc nghiên cứu và công bố các tính chất, khả năng ứng dụng của vật liệu cũng chỉ được một số nhóm nghiên cứu mạnh trên thế giới quan tâm. Tại Việt Nam, các nhà khoa học trong nước cũng đã tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu có cấu trúc nano SnO2 và đã thu được một số kết quả khả quan[79, 84, 85]. Tuy nhiên, để có thể chế tạo thành công vật liệu có cấu trúc nano SnO2 pha tạp và không pha tạp, đồng thời đưa ra một quy trình công nghệ ổn định trong điều kiện ở Việt Nam vẫn còn là một thách thức. Hơn nữa, 19
- Xem thêm -