Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long

Trang i
LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, con xin gởi lời cảm ơn Bộ môn Vật Lý Chất Rắn, Khoa Vật Lý-
Vật Lý Kĩ Thuật, Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TpHCM đã tạo điều kiện tốt
cho con thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này.
Con xin chân thành cảm ơn thầy Trần Quang Trung đã tận tình chỉ bảo,
hƣớng dẫn con trong suốt quá trình con thực hiện đề tài. Sự tận tụy và nhiệt tình của
thầy đối với khoa học là tấm gƣơng sáng cho con noi theo.
Con xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Vật Lý Chất Rắn đã
truyền đạt cho con những kiến thức chuyên ngành bổ ích cũng nhƣ những lời dạy
bảo về cuộc sống để con vững bƣớc vào đời.
Con gởi lời cảm ơn chân thành đến chú Đặng Thành Công, chú đã giúp đỡ
con sửa máy điều nhiệt cũng nhƣ chỉ bảo con chạy hệ CVD, và chú luôn sẵn sàng
giúp đỡ con mỗi khi con gặp khó khăn khác.
Em xin chân thành cảm ơn chị Lê Thị Thanh và chị Huỳnh Trần Mỹ Hòa.
Hai chị là những ngƣời đã đi trƣớc trong hƣớng đề tài của em. Hai chị đã không
quản ngại khó nhọc, tận tình chỉ bảo em từng chút một, giúp đỡ em để em hoàn
thành khóa luận một cách tốt nhất có thể.
Chân thành cảm ơn các phòng thí nghiệm đã giúp chúng tôi trong quá trình
đo đạc nhƣ: phòng khoa học vật rắn; phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng,
Xin cảm ơn bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ, chia sẽ những lúc khó khăn.
Cuối cùng con xin cảm ơn ba mẹ đã thƣơng yêu và luôn ủng hộ con. Cảm ơn
ba mẹ đã sinh thành và bƣớc cùng con trên mọi con đƣờng. Con cảm ơn ba mẹ về
tất cả.

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long


Trang iii
II.3 Tổng hợp dung dịch graphite oxide .................................................... 59
II.3.1 Tách lớp graphite: .................................................................... 59
II.3.2 Oxy hóa exfoliated graphite thành graphite oxide: ................. 61
II.3.3 Rửa dung dịch graphite oxide: ................................................ 70
II.4 Tạo màng graphene và pha tạp nano vàng vào màng graphene: ........ 71
II.4.1 Chuẩn bị đế để phun màng: ..................................................... 72
II.4.2 Phun màng: .............................................................................. 73
II.4.3 Khử màng bằng nhiệt: ............................................................. 75
II.5 Chuẩn bị dung dịch phun màng và kết quả khảo sát màng: ............... 76
II.5.1 Khảo sát màng thuần theo lƣợng chất khử hydrazine: ............ 76
II.5.2 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch nano
vàng:…………………………………………………………………79
II.5.3 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch
HAuCl
4
:……………………………………………………………...82
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỄN ĐỀ TÀI……………………...84
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….85
Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010


còn lại một vân đạo 2p không bị lai hóa với mức năng lƣợng không thay đổi. ........ 21
Hình I.1.2-j: Sự lai hóa của vân đạo s và hai vân đạo p (hình A) thành ba vân đạo
sp
2
(hình B)................................................................................................................ 22

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010

Dƣơng Văn Long
Trang 2
Hình I.1.2-k: Nối những điểm cuối của những vectơ định hƣớng (định hƣớng của
tần số cao nhất)của ba vân đạo sp
2
hình thành một tam giác đều với góc cân bằng
của các định hƣớng với nhau là 120º ........................................................................ 23
Hình I.1.2-l: Vân đạo p không lai hóa tái định xứ định hƣớng thẳng góc với mặt
phẳng cùa ba vân đạo sp
2
.......................................................................................... 23
Hình I.1.2-m: Chuỗi cấu trúc lục giác hình thành từ các nguyên tử carbon lai hóa sp
2

tạo thành, tất cả định xứ trong các mặt phẳng song song. Vân đạo thứ tƣ định hƣớng
trực giao với mặt phẳng này và đƣợc gọi là vân đạo pi, có khả năng tạo thành liên
kết pi phụ trợ. ............................................................................................................ 24
Hình I.1.2-n:Khí etylen có liên kết đôi C=C gồm một liên kết pi và một liên kết
sigma. ........................................................................................................................ 25
Hình I.1.2-o: Sự lai hóa của vân đạo s và vân đạo p (hình A) thành hai vân đạo sp
tạo với nhau góc 180º (hình B), hai vân đạo p còn lai tái định xứ và định hƣớng trực
giao với nhau và trực giao với hai vân đạo sp (hình C). ........................................... 26

nón, ΔE
F
(hình chấm), và sự thay đổi của công thoát W – W
G
(hình tam giác) nhƣ
một hàm của W
M
– W
G
, sự khác nhau giữa công thoát của kim loại sạch và
graphene. Đƣờng thấp hơn (màu đen) và cao hơn (màu xanh) tƣơng ứng là kết quả
của khoảng cách cân bằng (~3.3Å) và một khoảng cách lớn hơn (5.0Å) của
graphene và bề mặt kim loại. Đƣờng nét liền và đƣờng nét đứt đƣợc cho bởi phƣơng
trình I.4.1-1 với Δ
c
=0 với d=5.0 Å. ........................................................................... 48
Hình I.4.1-c: A: Biểu đồ minh họa các thông số đƣợc sử dụng trong mô hình tƣơng
tác dipole và sự tạo thành bƣớc thế ở mặt tiếp xúc graphene – kim loại. B: Trung
bình của mật độ electron khác nhau Δn(z)=n
M|G
(z) – n
M
(z) – n
G
(z) thể hiện sự
chuyển dời hạt tải dựa trên tiếp xúc graphene-Pt (111) ............................................ 50

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010

Dƣơng Văn Long

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010

Dƣơng Văn Long
Trang 5
Hình II.3.2-i: Phổ FT-IR của mẫu EG 2:1:8:16 ........................................................ 69
Hình II.3.3-a: Hệ máy quay ly tâm. A: Máy quay ly tâm, B: Bộ biến tần điều khiển
tốc độ của máy quay. ................................................................................................. 71
Hình II.4.1-a: Máy rửa siêu âm Jinwoo JAC Ultrasonic 1505 ................................. 72
Hình II.4.2-a: Hệ phun màng. A: Súng phun, B: Bộ điều nhiệt. ............................... 74
Hình II.4.3-a: Hệ nhiệt CVD trong phòng Vật lý chất rắn........................................ 75
Hình II.5.1-a: Hình SEM của mẫu GO-H-1:3. ......................................................... 78
Hình II.5.2-a: Hình SEM cùa mẫu GO-H-Au1-600 ................................................. 80
Hình II.5.2-b: Phổ truyền qua của các mẫu pha tạp nano vàng có khử hydrazine và
nhiệt độ ủ là 700°C .................................................................................................... 82
Hình II.5.3-a: Phổ truyền qua của các mẫu pha tạp vàng từ HAuCl
4
không dùng hóa
chất khử nào khác. ..................................................................................................... 84
Hình II.5.3-b: Phổ truyền qua của các mẫu pha tạp vàng từ HAuCl
4
có khử
hydrazine. .................................................................................................................. 86
Hình II.5.3-c: Sự hoàn nguyên của vàng trên màng graphene nhờ Disodium citrate.
................................................................................................................................... 87
Hình II.5.3-d: Phổ truyền qua của các mẫu pha tạp vàng từ HAuCl
4
có dùng
Disodium citrate để hoàn nguyên .............................................................................. 89
Hình II.5.3-e: Hình SEM của mẫu GO-SC-Au2-2:1-700. ....................................... 89


Nhiệt độ ủ 700°C. (*) Mẫu không có pha tạp vàng. ................................................. 81
Bảng II.5.3-1: Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl
4
với
dung dịch GO không có khử sơ bộ bằng hydrazine.Nhiệt độ ủ 700ºC (*) Mẫu không
có pha tạp vàng. ......................................................................................................... 83
Bảng II.5.3-2: Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch HAuCl
4
với
dung dịch GO có khử sơ bộ bằng hydrazine. Nhiệt độ ủ 700(*) Mẫu không có pha
tạp vàng. .................................................................................................................... 85

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010

Dƣơng Văn Long
Trang 8
Bảng II.5.3-3: Dùng Sodium citrate hoàn nguyên vàng trong HAuCl
4
khi pha tạp
vào màng. (*) Mẫu không pha tạp vàng. ................................................................... 88
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TC – Transparent Conducting
TCO – Transparent Conducting Oxide
LCD – Liquid Crystal Display
OLED – Organic Light Emitting Diode
ITO – Indium Tin Oxide
CNT – Carbon Nanotube
CVD – Chemical Vapor Deposition
GO – Graphite Oxide
EG – Exfoliated Graphite

không thể tìm đƣợc trong các vật liệu thông thƣờng. Màng dẫn điện tốt và bán trong
suốt có thể thu đƣợc dƣới dạng màng mỏng của một số kim loại nhƣ bạc và vàng.
Phƣơng thức thông thƣờng nhất hiện nay để chế tạo đƣợc vật liệu TC là tạo nên sự
không hợp thức có kiểm soát trong cấu trúc tinh thể hoặc đƣa vào các tạp chất thích
hợp để tạo sự suy biến trong vùng cấm rộng của một số ôxít. Những cách thức này
có thể dễ dàng thu đƣợc với các ôxít ở dạng màng mỏng đƣợc chế tạo bằng nhiều
kỹ thuật khác nhau. Do đó vật liệu TC dựa trên các ôxít (Transparent Conducting
Oxide – TCO) đã đƣợc tập trung nghiên cứu nhiều nhất.
TCO đã đƣợc nghiên cứu sử dụng từ đầu thế kỷ 20 (1907) với CdO. Từ đó
rất nhiều vật liệu TCO dƣới dạng màng mỏng đƣợc nghiên cứu chế tạo nhƣ ZnO
pha tạp, SnO
2
pha tạp, In
2
O
3
pha tạp. Từ những năm 60 của thế kỷ trƣớc, vật liệu
TCO đƣợc sử dụng rộng rãi nhất cho các thiết bị quang điện tử là Indium Iin Oxide

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010

Dƣơng Văn Long
Trang 10
(ITO). Và cho đến nay, ITO vẫn là vật liệu đƣợc sử dụng chủ yếu trong sản suất các
linh kiện quang điện tử do tính ƣu việt về độ dẫn điện và tính trong suốt. Vật liệu
ZnO, SnO
2
đƣợc pha tạp, cũng thu hút nhiều nghiên cứu do có ƣu điểm về chi phí
thấp hơn nhiều so với ITO, tuy nhiên phạm vi ứng dụng trong quang điện tử chƣa
rộng rãi và chƣa thể thay thế ITO vì một số nhƣợc điểm chƣa khắc phục đƣợc ví dụ

phiến graphene để tách nó ra. Tuy nhiên cái mà họ có đƣợc chỉ là những mảng bầy
nhầy nhƣ nhọ nồi. Từ đó không ai dùng kĩ thuật này để lấy graphene nữa. Sau đó,
các nhà khoa học đã áp dụng một kĩ thuật trực tiếp hơn, gọi là micromechanical
cleavage (cắt vi cơ), tách graphite thành những miếng mỏng bằng cách chà graphite
vào một mặt phẳng khác, từ đó có thể gỡ những miếng graphite với độ dày khoảng
100 nguyên tử. Bằng cách này thì năm 1990, các nhà vật lý ngƣời Đức ở RWTH
Aachen Univrsity đã lấy đƣợc những miếng graphite mỏng đến độ trong suốt. Tuy
nhiên, các thiết bị đo thời đó không đủ hiện đại để giúp ông nhận biết ra điều này. Hình I.1.1-a: Nhà vật lý Andre K. Geim Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long
Trang 12
Khoảng 10 năm sau đó, không có một tiến bộ nào đáng kể. Mặc dầu họ có thể
lấy đƣợc những miếng mỏng khoảng vài mƣơi nguyên tử, nhƣng đó chỉ là những
miếng graphite mỏng, không phải graphene. Lúc đó, không ai nghĩ graphene có thể
hiện diện đƣợc trong thiên nhiên.
Cho đến năm 2004, Andre K. Geim (hình I.1.1-a) và đồng nghiệp tại đại học
Manchester ở Anh tình cờ tìm ra đƣợc một cách mới để tạo ra graphene. Họ dán
những mảnh vụn graphite trên một miếng băng keo, gập dính nó lại, rồi kéo dật ra,
tách miếng graphite làm đôi. Họ cứ làm nhƣ vậy nhiều lần cho đến khi miếng
graphite trở nên thật mỏng, sau đó dán miếng băng keo lên silicon xốp và ma sát nó.
Vài miếng graphite dính trên miếng silicon xốp, và những mảnh đó thƣờng có bề
dày là một nguyên tử. Một miếng graphite dày một nguyên tử thì không thể nhìn

2
2s
2
2p
2
. Các electron
đƣợc xắp xếp trong hai lớp K và L. Lớp K đƣợc lấp đầy bởi các electron 1s
2
nên các
electron trong lớp này không phải là các electron hóa trị. Electron trong lớp L thuộc
về hai phân lớp khác nhau, phân lớp 2s và phân lớp 2p, và các electron ở hai phân
lớp này có mức năng lƣợng khác nhau. Hai electron 2s có spin đối ngƣợc nhau và
hai electron 2p có spin song song (hình I.1.2-b). Nhƣ vậy carbon chỉ có hai electron
ở phân lớp ngoài cùng (2p) nên carbon có hóa trị hai ở trạng thái cơ bản. Tuy nhiên,

Hình I.1.2-a: Carbon (graphite)
Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long
Trang 14
trong các dạng thù hình của carbon và trạng thái của carbon trong các hợp chất
không phải là hóa trị hai mà là hóa trị bốn, có nghĩa là tồn tại bốn electron hóa trị
[1]. Chúng ta sẽ xem xét số electron hóa trị của carbon tăng từ hai lên bốn nhƣ thế
nào trong mục I.1.2.2.



Dƣơng Văn Long
Trang 15
lớp L (2s
2
2p
2
), trong đó có hai electron ở vân đạo s và hai electron ở vân đạo p
(hình I.1.2-b).

 VÂN ĐẠO CỦA CARBON TRONG TRẠNG THÁI CƠ BẢN:
Các tính toán biểu diễn cho hàm sóng của vân đạo s là một hình cầu với một
vùng biên bị nhòe đi, đó cũng là đặc điểm của tất cả biểu diễn của vân đạo. Vì là
hình cầu, vân đạo s không có định hƣớng nào cả (hình I.1.2-c:A). Vân đạo 2p có thể
đƣợc biểu diễn nhƣ một quả tạ bị kéo dài có tính đối xứng qua tâm của nó và có
định hƣớng (hình I.1.2-c:B).
I.1.2.2.1 Lai hóa sp
3
và liên kết của lai hóa sp
3
:
 VÂN ĐẠO LAI HÓA SP
3
CỦA CARBON:
Cấu hình 1s
2
2s
2
2p
2

này không đối xứng, hầu hết sự tập trung
của nó về một phía và một cái đuôi nhỏ bên phía đối diện.

Hình I.1.2-d: Nguyên tử carbon với đối xứng bậc bốn trong mạng kim cương
(A) hoặc trong phân tử khí metan (B) Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long
Trang 17

Nhƣ trong hình I.1.2-e (và trong các hình theo sau), phần lồi đƣợc đánh dấu
hoặc là + hoặc là - . Những kí hiệu này dựa vào kí hiệu của hàm sóng và không phải
là hạt mạng điện dƣơng hoặc âm vì một electron luôn luôn mang điện tích âm. Qua
điểm nút giao nhau của vân đạo, các phần có kí hiệu ngƣợc nhau.

Hình I.1.2-e: Sự lai hóa của vân đạo s và ba vân đạo p (hình A) thành bốn
vân đạo sp
3
(hình B). Hình I.1.2-f: Các vân đạo trong nguyên tử carbon không
có cùng mức năng lượng, trong khi bốn vân đạo 2sp
3
được
xem như có cùng mức năng lượng.

(đƣợc biết đến là lai hóa tứ giác) có hình dạng đồng nhất
nhƣng khác nhau về sự định hƣớng lập thể. Sự nối những điểm cuối của những
vectơ này (định hƣớng của tần suất cao nhất) hình thành một tứ diện đều với góc
cân bằng của các định hƣớng với nhau là 109°28' .

Nguyên tử đƣợc lai hóa bây giờ đã sẵn sàng để hình thành một bộ những liên
kết với những nguyên tử khác. Cần nhấn mạnh rằng những vân đạo lai hóa này (và

Hình I.1.2-g: Nối những điểm cuối của những vectơ định hướng (định
hướng của tần số cao nhất)của bốn vân đạo sp
3
hình thành một tứ diện đều
với góc cân bằng của các định hướng với nhau là 109º28’ Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long
Trang 19
tất cả vân đạo lai hóa thực tế) đƣợc hình thành chỉ trong quá trình liên kết với các
nguyên tử khác và không phải là đại diện của một cấu trúc vốn có của một nguyên
tử carbon tự do.
 LIÊN KẾT SP
3
ĐỒNG HÓA TRỊ CỦA CARBON:
Nhƣ đã đề cập ở trên, liên kết của carbon là đồng hóa trị và trong trƣờng hợp
của liên kết sp
3

hạt nhân carbon có thể đƣợc xem nhƣ trung tâm của hình lập phƣơng với mỗi điểm
trong bốn điểm vân đạo là bốn góc luân phiên của lập phƣơng. Cấu trúc này là cơ sở
của tinh thể kim cƣơng.
Một bố trí liên kết có dạng tứ diện tƣơng tự nhƣ vậy cũng đƣợc tìm thấy
trong phân tử metan (hình I.1.2-d:B), trong đó nguyên tử carbon lai hóa đƣợc liên
kết với bốn nguyên tử hidro. Bốn vân đạo của nguyên tử đƣợc hình thành bởi sự kết
hợp của mỗi vân đạo sp
3
với vân đạo của nguyên tử hidro cố định. Phân tử carbon
tetraclorua (CCl
4
) cũng tƣơng tự.
Góc tứ diện 109°28' của phân tử liên kết sigma phải đƣợc xem nhƣ là giá trị
đƣợc lấy trung bình theo thời gian vì nó thay đổi liên tục do dao động nhiệt. Năng

Hình I.1.2-h: Hai vân đạo 2sp
3
lai hóa với nhau tạo thành vân đạo sigma
(δ), và liên kết là liên kết sigma. Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long
Trang 21
lƣợng của liên kết sigma và chiều dài liên kết sẽ biến đổi theo từng loại nguyên tử
liên kết với carbon.
I.1.2.2.2 Liên kết tam giác sp

và một vân đạo 2p tự do không lai hóa nhƣ hình I.1.2-i. Trạng thái
hóa trị bây giờ là bốn.

Hình I.1.2-i: Một vân đạo 2s lai hóa với hai vân đạo 2p tạo thành ba vân
đạo 2sp
2
, còn lại một vân đạo 2p không bị lai hóa với mức năng lượng
không thay đổi.

Khóa luận tốt nghiệp đại học 2010
Dƣơng Văn Long
Trang 22

Mật độ electron ở đƣờng biên đƣợc tính toán của vân đạo sp
2
(hình I.1.2-j:B)
giống hình dạng của vân đạo sp
3
. Ba vân đạo sp
2
đồng nhất trong cùng mặt phẳng
và định hƣớng của tần suất cao nhất của chúng hình thành nên một góc 120° từng
cặp một nhƣ trong hình I.1.2-k.
Vân đạo thứ tƣ, electron p không lai hóa tái định xứ, định hƣớng thẳng góc
với mặt phẳng của ba vân đạo sp
2
(hình I.1.2-l) và trở thành có khả năng hình thành