Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Giới thiệu tổng quan lý thuyết về hệ bán dẫn thấp chiều. Trình bày thực nghiệm: phương pháp chế tạo nanô tinh thể CdSe và CdSe/ZnS qua 2 phương pháp : chế tạo lõi chấm lượng tử CdSe và tạo lớp vỏ ZnS để có các hạt CdSe/ZnS với cấu trúc lõi/vỏ. Trình bày các phương pháp thực nghiệm: phổ tán xạ Micro-Raman, phổ hấp thụ quang học, phổ huỳnh quang, phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và khảo sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả: chế tạo các chấm lượng tử CdSe, CdSe/ZnS, ảnh TEM, ảnh SEM,
MỞ ĐẦU
Các nanô tinh thể bán dẫn, còn được gọi là các chấm lượng tử (Quantum dots
(QDs)), là các tinh thể nhân tạo, có kích thước cỡ nanô mét (1 nm = 10- 9 m), với các
tính chất quang vật lý (photophysical properties) và quang hóa đơn nhất theo kích
thước, mà các tính chất này không hề có trong các phân tử tách biệt hay trong các
vật liệu khối cùng thành phần. Do những tính chất ưu việt có được hiệu ứng giam
giữ lượng tử, ví dụ như làm tăng tính chất điện, thay đổi các tính chất quang, tăng
khả năng xúc tác quang hoá…[25], nên đã thu hút được sự quan tâm của rất nhiều
nhà khoa học trong nước và ngoài nước. Việc có thể tổng hợp được các nanô tinh
thể bán dẫn với sự phân bố kích thước hẹp và hiệu suất huỳnh quang cao đã làm cho
các chấm lượng tử trở nên rất hấp dẫn hơn so với các phân tử hữu cơ trong các ứng
dụng quang điện tử và dán nhãn huỳnh quang sinh học. Các chấm lượng tử không
những chỉ bền hơn đối với sự oxy hóa bằng các photon (photooxidation) so với các
phân tử hữu cơ, mà vạch huỳnh quang của chúng cũng hẹp hơn. Các tính chất quang
học theo kích thước của chúng, độc lập với các tính chất hóa học, ví dụ như có mầu
phát xạ bão hòa và ổn định, đã làm cho các chấm lượng tử bán dẫn đặc biệt thú vị
để làm các vật liệu hoạt tính (active) trong các linh kiện phát sáng quantum dots
(QDs-LED) có cấu trúc hữu cơ/vô cơ diện tích rộng. Cho tới nay, các QDs-LED
phát ánh sáng xanh lá cây (green) và đỏ hiệu quả đã được thực hiện với các nanô
tinh thể cấu trúc lõi-vỏ (core/shell) CdSe/ZnS, nhưng các QDs-LEDs phát ánh sáng
mầu xanh da trời (blue) thì vẫn còn chưa được xác định rõ [18]. Phổ phát xạ mầu
xanh da trời lý tưởng của một LED cho ứng dụng màn ảnh phẳng sẽ phải có phổ với
độ bán rộng hẹp và bước sóng phát xạ với các tọa độ mầu của nó trên giản đồ mầu
của ủy ban quốc tế về chiếu sáng (CIE), sẽ phải có bước sóng cỡ 460 - 480 nm. Các
chấm lượng tử CdS/ZnS có thể được chế tạo, với phân bố kích thước hẹp, để có thể
thể phát ra ánh sáng trong vùng bước sóng này, là các chấm phát màu xanh da trời
lý tưởng cho các ứng dụng display [18]. Như vậy, có thể nói việc nghiên cứu chế
tạo và các tính chất quang của các chấm lượng tử với cấu trúc lõi/vỏ của các chất
bán dẫn loại này là cần thiết, cho nhiều ứng dụng khác nhau. Về mặt lý thuyết, độ
rộng năng lượng vùng cấm (Eg) được mở rộng ra khi kích thước hạt giảm dần tới cỡ
nm và tới bán kính Bohr exciton của chất bán dẫn khối, dẫn tới việc dịch chuyển
đỉnh phổ hấp thụ về phía bước sóng xanh (blue). Hiện tượng giam giữ lượng tử
đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng các hạt nanô tinh thể bán dẫn trong các
linh kiện phát quang sử dụng chấm lượng tử (QD-LED), các sensor sử dụng trong
y-sinh học. Ứng dụng đầu tiên trong công nghệ sinh học là làm các chất đánh dấu
sinh học và hiện ảnh các tế bào (cellular imaging) [27] như trong ảnh của hình 1.1.
Khi các hạt nanô bán dẫn được đính vào phân tử dược phẩm, thì có thể theo dõi
được đường đi của dược phẩm đó, nhờ quan sát màu sắc ánh sáng phát ra khi chiếu
tia hồng ngoại vào những chỗ cần theo dõi.
Hình 1.1. Ảnh của hạt nanô bán dẫn trong nguyên bào sợi của chuột.
Tương tự, người ta đính các hạt nanô bán dẫn vào kháng thể để xem kháng thể bám
vào protêin nào của tế bào ung thư, để xem hoá chất truyền thông tin như thế nào ở
tế bào dây thần kinh. Ta biết rằng theo dõi các phân tử sinh vật bằng phương pháp
huỳnh quang là phương pháp đã có từ lâu. Nhưng vì những chất tạo màu hữu cơ
phát huỳnh quang là phổ khá rộng, nên mỗi lần thử chỉ dùng được một chất tạo màu
huỳnh quang, theo dõi được một loại phân tử. Dùng hai chất tạo màu khác nhau để
đồng thời theo dõi hai hay nhiều diễn biến là rất khó khăn, vì màu sắc bị lẫn lộn,
rất khó phân biệt, còn phân biệt đồng thời ba mầu thì xem như không thể được. Trái
lại các hạt nanô bán dẫn có thể cho những màu sắc rất khác nhau tuỳ từng trường hợp vào kích
thước hạt nanô. Hơn nữa có thể dùng tổ hợp các hạt nanô cho màu sắc khác nhau để
đánh dấu theo kiểu mã vạch. Thí dụ dùng ba loại hạt nanô cho ba màu xanh, vàng,
đỏ, ta có thể có mã vạch: xanh, vàng, đỏ; xanh, xanh, vàng; vàng, đỏ, đỏ; xanh,
vàng, vàng, ...vô cùng phong phú. Hiện nay việc theo dõi ADN cũng đã bắt đầu
dùng cách đánh dấu bằng các hạt nanô bán dẫn, nhìn màu sắc là phân biệt được [2].
Các chấm lượng tử phổ biến nhất được dựa trên vật liệu AIIBVI (CdS, CdSe, ZnS,
…) vì các vật liệu này có độ rộng vùng cấm thẳng, dải phát xạ của phổ hấp thụ nằm
trong vùng nhìn thấy và một phần nằm trong vùng tử ngoại gần, chúng rất thích hợp
với một số lớn các nguồn laser dùng trong thực nghiệm. Ngoài ra, các chấm lượng
tử cũng đã được hướng tới để sản xuất các linh kiện cần dùng như diot phát sáng
(LEDs) màu trắng [20] như được thể hiện trên hình 1.2, làm các linh kiện sử dụng
trong viễn thông như khuếch đại quang và dẫn sóng, trong các máy tính lượng tử,
trong các màn hình với năng suất phân giải rất cao.
Hình 1.2. Bức xạ ánh sáng trắng từ các chấm lượng tử CdSe,
dưới kích thích của đèn LED có bước sóng 400 nm [22].
Việc nghiên cứu công nghệ chế tạo ra các vật liệu nanô đang phát triển mạnh trên
thế giới, và đã bắt đầu ở Việt nam, vì các tính chất mới của các vật liệu bán dẫn kích
thước nanô có thể ứng dụng vào cuộc sống. Trong nội dung nghiên cứu của bản
luận văn này, các nanô tinh thể bán dẫn CdSe/ZnS là đối tượng nghiên cứu chính, từ
phương pháp chế tạo cho tới các tính chất phát quang của chúng. Có hai loại
phương pháp chính để tổng hợp ra các vật liệu nanô tinh thể CdSe/ZnS, đó là
phương pháp vật lý và hóa học. Chúng tui đã lựa chọn phương pháp hóa học, cụ thể
là bằng phương pháp micelle đảo, để tổng hợp các nanô tinh thể bán dẫn CdSe/ZnS,
vì phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm. Khi bán kính của các hạt nanô tinh
BhowzBXpatS8zbo
