TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU SnO2 CẤU TRÚC
NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ
Chuyên ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ - CÔNG NGHỆ

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. Nguyễn Trí Tuấn

Phan Thị Mỹ Linh
Mã số SV: 1110271
Lớp: TL1192A1
Khóa: 37

Cần Thơ, 2015


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được quyển luận văn này, em xin chân thành cảm ơn
TS. Nguyễn Trí Tuấn đã hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý giá, theo dõi và
giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô thuộc bộ môn Vật lý – Khoa Sư phạm –
Trường Đại học Cần Thơ, các Thầy, Cô đã truyền đạt kiến thức và và tận tình hướng
dẫn trong suốt thời gian em học tập tại trường giúp em tự tin hơn trong quá trình học



Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt

MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .........................................................................v
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ........................................................................................ 1

2.

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................1

3.

GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI .....................................................................................2

4.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................... 2

5.

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .....................................................................2



Phương pháp từ dưới lên ....................................................................................4

1.3.2

Phương pháp từ trên xuống ................................................................................5

1.4

Một số ứng dụng của vật liệu nano .......................................................................5

2.

THIẾC VÀ DIOXIT THIẾC ................................................................................6

2.1

Thiếc (Sn) .............................................................................................................6

2.2

Dioxit thiếc (SnO2) ...............................................................................................7

2.2.1

Giới thiệu ............................................................................................................7

2.2.2

Cấu trúc tinh thể SnO2 ........................................................................................7



Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt
3.1.3

Linh kiện điện huỳnh quang dạng bột điện áp xoay chiều ...............................15

3.1.4

Linh kiện điện huỳnh quang dạng bột điện áp một chiều ................................15

3.2

Pin Lithium .........................................................................................................16

3.3

Điện cực ..............................................................................................................17

3.4

Cảm biến khí .......................................................................................................18

4.

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO SnO2 ........................................................... 21

4.1

Phương pháp thủy nhiệt ......................................................................................21

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 34
1.

HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ ..............................................................................34

1.1

Hóa chất .............................................................................................................34

1.2

Dụng cụ và thiết b .............................................................................................34

2.

QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM .........................................................................36

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 39
1.

TÍNH CHẤT CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU SnO2 ...........................................39

1.1

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cấu trúc vật liệu ................................................39

1.2

Ảnh hưởng của hàm lượng Na3C6H5O7 đến cấu trúc vật liệu ............................41


ACTFEL
ACPEL
DCTFEL
DCPEL
EL
EDX
FESEM
PL
UV
XRD

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt
Năng lượng vùng cấm
Cường độ huỳnh quang
Bước sóng
Tần số

Bandgap
Intensity of luminescence
Wavelength
Frequency

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

Alternating Current thin film
Electroluminescence layer devices

Photoluminescence

Ultraviolet
X-ray diffraction

GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang iii

Kính hiển vi điện tử quét phát xạ
trường
Phổ huỳnh quang
Tia cực tím, tia tử ngoại
Nhiễu xạ tia X

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt

DANH MỤC CÁC BẢNG
1.
2
3.
3
4

Bảng 1. Các đặc điểm của nguyên tố thiếc trong bảng tuần hoàn Menđêleep.
Bảng 2.1. Các mẫu SnO2 được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt ở nhiệt độ
180 0C trong 12 h, thay đổi nồng độ Na3C6H5O7.2H2O.

Hình 1.2.
Hình 1.3.
Hình 1.4.
Hình 1.5.
Hình 1.6.
Hình 1.7.
Hình 1.8.
Hình 1.9.
Hình 1.10.
Hình 1.11.

12

Hình 1.12.

13
14
15
16

Hình 1.13.
Hình 1.14.
Hình 1.15.
Hình 1.16.

17

Hình 1.17.

18


Cấu trúc ô đơn v của tinh thể SnO2
Phổ nhiễu xạ tia X của SnO2
Bán dẫn loại n - Mức donor
Phổ huỳnh quang của dây nano SnO2 tại nhiệt độ ph ng
Cơ chế kích thích và phát xạ của SnO2
Một số loại cấu trúc của linh kiện ACTFEL
Cấu trúc linh kiện EL dạng màng mỏng điện áp một chiều
Cấu trúc linh kiện EL xoay chiều dạng bột
Cấu trúc linh kiện EL một chiều dạng bột
Pin mặt trời DCS
Máy đo cường độ bức xạ UV
Cấu trúc cảm biến kiểu khối gia nhiệt trực tiếp TGS 109 (a),
và gia nhiệt gián tiếp TGS 813 (b) của hãng Figaro
(Nhật Bản)
Cảm biến kiểu màng dày
Cảm biến gas chế tạo từ bán dẫn SnO2
Sơ đồ hệ bốc bay nhiệt
Mô hình phún xạ
Phân tử nước phân cực, nguyên tử Hydro và Oxi thay đổi
cực 2,45 t lần trong 1 giây dưới tác động của sóng viba
Các tia X nhiễu xạ trên mặt các tinh thể chất rắn
Máy nhiễu xạ tia X D8/Advanced
Máy chụp ảnh hiển vi điện tử quét xạ trường JSM-7600F
Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét
Hệ đo huỳnh quang Yobin Yvon Fluolog-3 và Nanolog
Các dụng cụ, thiết b sử dụng trong chế tạo mẫu SnO2 bằng
phương pháp thủy nhiệt
Quy trình chế tạo mẫu SnO2 bằng phương pháp thủy nhiệt
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bột SnO2 với hàm lượng

27
29
30
31
33
36
37
39

40

40

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt

28

Hình 3.4.

29
30
31
32
33

Hình 3.5.
Hình 3.6.

Hình 3.15.
Hình 3.16.
Hình 3.17.
Hình 3.18.
Hình 3.19.
Hình 3.20.
Hình 3.21.

46

Hình 3.22.

47

Hình 3.23.

48

Hình 3.24.

49

Hình 3.25.

50

Hình 3.26.

51


Phổ PL của dây nano SnO2
Phổ PL của mẫu SnO2 hàm lượng 6 mmol Na3C6H5O7, (a)
mẫu trước khi ủ nhiệt (b) mẫu ủ nhiệt ở 450 0C trong 2 h
Phổ PL của mẫu SnO2, hàm lượng 10 mmol Na3C6H5O7, (a)
mẫu trước khi ủ nhiệt; (b) mẫu ủ nhiệt ở 450 0C trong 2 h
Phổ PL của các mẫu SnO2 xử lý nhiệt ở 450 0C trong 2 h,
hàm lượng Na3C6H5O7 thay đổi từ 0 - 14 mmol

GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang vi

41
42
42
43
43
44
44
45
45
47
48
49
49
50
50
51
51
52

đã bắt đầu được quan tâm nghiên cứu, một số báo cáo cho rằng những vùng phát xạ
huỳnh quang của SnO2 là từ 2,4 - 2,5 eV và 2,9 - 3,1 eV. Bản chất của các vùng phát
xạ huỳnh quang này cho đến nay vẫn là những vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu
làm sáng tỏ. Trong trường hợp thông thường, các nút khuyết oxi hoạt động như các
tâm phát xạ và có vai tr cực kỳ quan trọng đối với tính chất huỳnh quang của vật liệu
bán dẫn oxit kim loại.
Vật liệu SnO2 cấu trúc nano được chế tạo từ nhiều phương pháp khác nhau như:
phương pháp sol-gel, bốc bay nhiệt chân không, thủy nhiệt, phún xạ,... Trong đó,
phương pháp thủy nhiệt với đặc điểm chế tạo được các hạt nano kích thước đồng đều,
có thể điều khiển kích thước hạt, không cần xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao và phù hợp với
các điều kiện sẵn có của ph ng thí nghiệm, nên tôi chọn phương pháp thủy nhiệt để
nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano để phục vụ cho việc chế tạo các linh
kiện điện tử chất lượng cao được sản xuất tại Việt Nam.
Vì những lý do trên nên tôi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp "Nghiên cứu chế tạo
vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt".

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Chế tạo thành công vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt.
- Nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang của vật liệu chế tạo được.

GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang 1

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt

3.

phương pháp chế tạo vật liệu nano SnO2.
Chương 2. Thực nghiệm: trình bày các dụng cụ, thiết b , hóa chất và quy trình chế tạo
vật liệu nano SnO2.
Chương 3. Kết quả và thảo luận: trình bày một số kết quả về nhiễu xạ tia X, về hình
thái học được đo bằng kính hiển vi điện tử quét xạ trường (FESEM) và các phép đo về
phổ huỳnh quang. Từ đó đưa ra một số kết luận và đề xuất về triển vọng và hướng
nghiên cứu tiếp theo.

GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang 2

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1. SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU NANO VÀ CÔNG NGHỆ NANO
Khi vật liệu có cấu trúc nano (kích thước nano mét, 1 nm = 10-9 m) thì xuất hiện
những tính chất mới ưu việt hơn mà vật liệu khối (kích thước lớn) không thể có được,
nên vật liệu nano có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống (y học, sinh học, điện
tử,...). Nguyên nhân của sự khác biệt đó là do vật liệu nano có kích thước nhỏ có thể so
sánh với kích thước tới hạn của vật liệu.
1.1 Khái niệm và phân loại
Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc nghiên cứu chế tạo,
phân tích tính chất của các vật liệu nano và khả năng ứng dụng của nó. Ranh giới giữa
công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng nhưng chúng đều có đối
tượng nghiên cứu chung đó là vật liệu nano.
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet (nm).


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt
một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng
giống như một nguyên tử.
1.2.2 Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm t lệ
đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt,
gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích
thước nm có nhiều khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Mặt khác, năng lượng liên kết
của các nguyên tử bề mặt b giảm một cách đáng kể vì chúng không được liên kết một
cách đầy đủ. Vì vậy, nhiệt độ nóng chảy của vật liệu nano thường thấp hơn vật liệu
khối của nó.
1.2.3 Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước.
Nếu vật liệu có kích thước nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn b
thay đổi. Kích thước này được gọi là kích thước tới hạn. Vật liệu nano kích thước gần
với kích thước tới hạn của vật liệu nên có nhiều tính chất đặc biệt. Ví dụ: điện trở của
một kim loại tuân theo đ nh luật Ohm ở kích thước vĩ mô, nếu ta giảm kích thước của
vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà
thường có giá tr từ vài nm đến vài trăm nm, thì đ nh luật Ohm không c n đúng nữa.
Lúc đó, điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử.
Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính
chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm. Vì thế, người ta gọi ngành
khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano.
1.3 Chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ dưới lên và
phương pháp từ trên xuống.
1.3.1 Phương pháp từ dưới lên
Khái niệm: phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành các hạt nano từ
các nguyên tử.

Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu có kích thước
lớn về kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả,
có thể chế tạo được một lượng lớn vật liệu nhưng tính đồng nhất của vật liệu không
cao. Trong phương pháp từ trên xuống có hai phương pháp được sử dụng phổ biến là
phương pháp nghiền và phương pháp biến dạng.
Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi
được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể nghiền
lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm
vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không
chiều (các hạt nano).
Phương pháp biến dạng có thể là đùn thủy lực, tuốt, cán, ép. Nhiệt độ có thể
được điều ch nh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ
ph ng thì được gọi là biến dạng nóng, c n nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ ph ng thì được
gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano)
hoặc hai chiều (màng mỏng nano). Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các
phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp [1].
1.4 Một số ứng dụng của vật liệu nano
Vật liệu nano có kích thước nhỏ gần bằng với kích thước tới hạn của vật liệu
nên có nhiều ứng dụng trong đời sống.
Y dược là th trường lớn nhất tiêu thụ vật liệu nano, các ứng dụng của vật liệu
nano để chuẩn đoán và điều tr bệnh. Ví dụ: vật liệu nano dùng để dẫn truyền thuốc
đến một v trí nào đó trong cơ thể. Trong ứng dụng này, thuốc được liên kết với hạt
nano có tính chất từ bằng cách điều khiển từ trường để hạt nano cố đ nh ở một v trí
trong một thời gian đủ dài để thuốc có thể khuếch tán vào các cơ quan mong muốn,
giúp thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể, làm giảm tác dụng phụ của
GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang 5

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Số thứ tự
50

Cấu hình
electron

Hóa tr

5s25p5

II, IV

Bán kính
nguyên tử
( )
1,40

Bán kính

Bán kính

Sn2+ ( )

Sn4+ ( )

1,02

0,67


sát, dùng để chế tạo ổ trục quay; hợp kim Sn-Pb có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng để
chế tạo thiếc hàn chống ăn m n.
2.2 Dioxit thiếc (SnO2)
2.2.1 Giới thiệu
Dioxit thiếc (công thức hóa học SnO2) là oxit cao nhất của thiếc kim loại có
màu trắng, khó nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy 1127 0C), sôi ở nhiệt độ 1900 0C, khối
lượng riêng 6,95 g/cm3. Cấu trúc kiểu rutile (các phân tử phối trí theo hình tam giác
bát diện). SnO2 là oxit kim loại kém hoạt động về mặt hóa học: không tan trong nước,
axit và kiềm.
SnO2 là oxit kim loại có năng lượng vùng cấm rộng (ở nhiệt độ 300 K, năng
lượng vùng cấm khoảng 3,6 eV), tính truyền qua cao, tính dẫn điện tốt,... Đây là tính
chất hấp dẫn của vật liệu SnO2 để tạo ra khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:
chế tạo điện cực, pin mặt trời, gương phản xạ nhiệt, cảm biến, chất xúc tác.
2.2.2 Cấu trúc tinh thể SnO2
SnO2 là một tinh thể phân cực bất đẳng hướng, tinh thể SnO2 có cấu trúc rutile
tương tự như TiO2, GeO2, CrO2,...
Sn4+

O2-

c

a
Hình 1.1. Cấu trúc ô đơn v của tinh thể SnO2 [2].
GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang 7

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Trang 8

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt
b oxi hoá hoàn toàn bởi các nguyên tử oxi) c n có các ion Sn2+. Sự tồn tại đồng thời
hai dạng ion trên đã mang lại tính dẫn điện cho SnO 2. Các ion Sn2+ và Sn4+ gần nhau
có thể trao đổi cho nhau cặp điện tử làm cho các ion Sn2+ chuyển thành ion Sn4+ và
ngược lại. Quá trình trên diễn ra liên tiếp giữa các ion nằm cạnh nhau do đó có thể
xem như các điện tử di chuyển được từ nơi này sang nơi khác tương ứng với sự tăng
độ linh động hạt tải điện, làm tăng tính dẫn điện [2]. Mặt khác, khi các nguyên tử oxi
b mất, Sn4+ trở thành Sn2+ và thừa ra hai điện tử, các điện tử này có độ phân cực cao
hướng ra bề mặt. Sự dư điện tử Sn làm tăng nồng độ hạt dẫn (điện tử) trên vật liệu, kết
quả là độ dẫn điện của vật liệu tăng và SnO2 trở thành bán dẫn loại n, bề rộng vùng
cấm Eg = 3,6 eV [3].
Bản chất mức donor (mức năng lượng đ nh xứ trong vùng cấm của chất pha tạp
là chất cho electron) trong bán dẫn SnO2 loại n là các nút khuyết oxi, mức donor nằm
ngay sát vùng dẫn (cách vùng dẫn cỡ 0,003 đến 0,15 eV) nên hầu như b ion hóa hoàn
toàn ở nhiệt độ thấp (hình 1.3).

Vùng dẫn

Eg

Ed
Vùng hóa trị

Hình 1.3. Bán dẫn loại n - Mức donor [3].
SnO2 có độ ổn đ nh hoá và nhiệt cao. Chính vì tính ổn đ nh hoá và nhiệt cao mà

mở rộng của đ nh phổ PL là kết quả của sự chồng chập nhiều đường bức xạ (ít nhất là
2 đường), các nghiên cứu cho thấy đó là sự chồng chập của hai đ nh cơ bản tại
460 nm và 570 nm [3].
2.104

Cường độ PL

1,5.104

1.104

5000

05
400

450

500

550

600

650

700

750


3.30

donor nông

V trí khuyết oxi
V trí khuyết oxi
0.00

Hình 1.5. Cơ chế kích thích và phát xạ của SnO2 [5].
Nhờ các tính chất quang thú v này vật liệu nano SnO2 là một vật liệu tiềm năng
để chế tạo cảm biến quang, linh kiện điện huỳnh quang và các linh kiện quang điện tử
khác.

3. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU SNO2 CẤU TRÚC NANO
3.1 Hạt nano, màng SnO2 và linh kiện điện huỳnh quang
Sự ra đời của linh kiện điện huỳnh quang (Electroluminescence layer - EL) là
một trong những thành tựu khoa học lớn nhất của thế kỷ 20. Trong những năm qua,
vật lý và công nghệ chế tạo linh kiện điện huỳnh quang phát triển nhanh chóng và có
những ảnh hưởng trực tiếp đến các lĩnh vực khác nhau của khoa học và công nghệ.
Hiệu ứng điện huỳnh quang được phát hiện vào năm 1936 [3] đó là hiệu ứng
phát sáng của vật liệu dưới tác động của điện trường. Xét về cơ chế phát quang, người
ta chia ra làm hai loại linh kiện điện huỳnh quang: thứ nhất đó là các linh kiện phát
quang dựa trên sự tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống trong tiếp giáp p - n (Light emiting
diode - LED), loại thứ hai đó là các linh kiện mà ánh sáng phát ra do các điện tử trong
các tâm phát quang b kích thích. Trong loại linh kiện này các tâm phát quang đóng vai
tr quyết đ nh đến tính chất vật lý của ánh sáng phát ra, c ng như hiệu suất chuyển đổi
năng lượng điện thành năng lượng quang của linh kiện.
Xét về cấu trúc, linh kiện điện huỳnh quang được chia làm bốn loại:
GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn


(Eu) là một trong những loại vật liệu được chế tạo ứng dụng tốt cho những linh kiện
điện huỳnh quang phát ánh sáng màu đỏ.
3.1.1 Linh kiện điện huỳnh quang dạng màng mỏng điện áp xoay chiều
Linh kiện hiển th điện huỳnh quang dạng màng mỏng điện áp xoay chiều
(ACTFEL) được cấu thành từ nhiều lớp màng mỏng khác nhau, mỗi lớp trong đó có
vai tr khác nhau trong quá trình hoạt động của linh kiện. Linh kiện bao gồm một lớp
vật liệu huỳnh quang, một hay hai lớp điện môi, một điện cực chắn sáng, một điện cực
trong suốt và đế của linh kiện. V trí của các lớp màng mỏng được bố trí như sau: lớp
phát quang nằm kẹp giữa một hay hai lớp điện môi mỏng, ngoài cùng là hai lớp điện
cực. Mặt để ánh sáng truyền ra ngoài là điện cực trong suốt thường là ITO (Indium Tin
oxide - Oxit thiếc indi) c n lớp điện cực kia thường là nhôm.
* Cấu trúc của linh kiện ACTFEL
Xét về cấu trúc tùy theo cách bố trí khác nhau của các lớp màng mỏng mà ta có
các cấu trúc khác nhau. Thông thường ACTFEL có ba loại cấu trúc:

GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang 12

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt
Cấu trúc chuẩn của ACTFEL (hình 1.6a), cấu trúc này gồm một lớp phát quang
kẹp giữa hai lớp điện môi, lớp điện môi phía trên tiếp xúc với điện cực không trong
suốt, lớp điện môi phía dưới tiếp xúc với điện cực trong suốt được phủ trên một đế
thuỷ tinh. Ánh sáng huỳnh quang phát ra được truyền qua điện cực trong suốt qua đế
thuỷ tinh và ra ngoài. Cấu trúc này thường được sử dụng trong các linh kiện đo đạc
hay màn hình hiển th ma trận thụ động đơn sắc do chúng không đ i hỏi quá trình chế
tạo phức tạp như cấu trúc đảo. Ưu điểm của cấu trúc chuẩn là có khả năng tự hàn gắn

- Hệ số tổn hao nhỏ
* Vật liệu làm lớp phát quang
Đây là lớp vật liệu quan trọng nhất trong linh kiện điện huỳnh quang. Lớp phát
quang trong linh kiện ACTFEL có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng điện thành năng
lượng ánh sáng. Các tính chất điện của linh kiện ACTFEL phụ thuộc rất lớn vào bản
chất lớp phát quang. Thông thường vật liệu sử dụng trong linh kiện ACTFEL là vật
liệu gồm chất phát quang nền có pha tạp các nguyên tố khác đóng vai tr làm các tâm
phát quang. Vật liệu nền có vai tr tạo nên mạng nền để các nguyên tử tạp chất thay
thế vào đó. Có rất nhiều vật liệu được nghiên cứu và sử dụng làm mạng nền của lớp
vật liệu phát quang, hầu hết các vật liệu được sử dụng hiện nay là các vật liệu thuộc họ
Sulfide. Để tạo nên được màu sắc đa dạng linh kiện EL, lớp vật liệu phát quang phải
phát ra được ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá cây, xanh da trời. Các màu khác nhau được
tạo ra bởi các vật liệu phát quang khác nhau. Ví dụ: vật liệu SnS:Tb phát quang màu
xanh lá cây, vật liệu SnO2:Eu3+ phát quang màu đỏ, vật liệu SrS:Cu,Ag phát quang
màu xanh da trời [3].
3.1.2 Linh kiện điện huỳnh quang dạng màng mỏng điện áp một chiều

Hình 1.7. Cấu trúc linh kiện EL dạng màng mỏng điện áp một chiều [3].
GVHD: TS. Nguyễn Trí Tuấn

Trang 14

SVTH: Phan Th Mỹ Linh


Nghiên cứu chế tạo vật liệu SnO2 cấu trúc nano bằng phương pháp thủy nhiệt
Cấu trúc gồm: một lớp ITO (lớp điện cực trong suốt) dày 0,5 m phủ lên trên
đế thuỷ tinh, bên trên là lớp phát quang dày 1 m, tiếp lên trên là lớp chắn điện tử có
thể là vật liệu ZnSe (lớp bảo vệ) dày 0,1 m. Hai điện cực nhôm dày 1 m nằm trên
lớp hạn d ng dày 15 m (hình 1.7). Linh kiện dạng này có hiệu suất cỡ 0,8 lm/W,

năng lượng cao, kích thước gọn nhẹ, độ bền cao hơn nhiều so với các loại pin khác
như pin NiMH (Nickel-Metal Hydride) hay pin NiCd (Nickel Cadmium) từng rất phổ
biến trước đây, đặc biệt là pin không có hiệu ứng nhớ như các pin trước đây.
Pin Lithium là loại pin hóa học sử dụng hoạt chất là oxit và hợp chất của
Lithium cùng với các kim loại khác như sắt (Fe), cô-ban (Co), mangan (Mn),... được
phát minh bởi Michael Stanley Whittingham, nhà khoa học người Mỹ trong những
năm 70 của thế k XX. Loại pin này cho phép các ion Lithium chuyển động từ điện cực
âm sang điện cực dương trong quá trình sử dụng và ngược lại khi sạc. Pin gồm 2 thành
phần chính: bên trong gồm một cặp điện cực và chất điện phân giữa 2 điện cực này.
Ngày nay, vật liệu dùng làm điện cực khá đa dạng, từ than chì, Lithium cho đến các
sợi nano (nanowire). Sở hữu các tính chất ưu việt như không độc hại với môi trường,
mật độ năng lượng cao, bền, chi phí thấp,... nano SnO2 là một vật liệu tiềm năng trong
lĩnh vực chế tạo điện cực dương (anôt) trong pin Lithium.
Trong việc chọn một loại pin, vấn đề được quan tâm hàng đầu là dung lượng
pin. Dung lượng pin được đo đạc và tính toán bằng đơn v mAh (miliamper-hour). Con
số biểu th dung lượng pin có ý nghĩa thông báo cho người dùng biết lượng điện năng
mà pin có thể sản sinh trong một khoảng thời gian xác đ nh. Ví dụ, nếu dung lượng pin
có giá tr là 1.000 mAh, pin có thể sản sinh ra một năng lượng điện ở mức 1.000 mA
(miliamper) cho một giờ liền. Nếu thiết b của người dùng ch cần một nguồn năng
lượng ở mức 500 mA, lúc này thời lượng pin sẽ tăng lên đến 2 giờ sử dụng trước khi
pin hoàn toàn cạn kiệt. Tùy loại thiết b mà người dùng chọn cho mình loại pin có
dung lượng phù hợp.
Để nâng cao dung lượng pin c ng như mật độ năng lượng của pin, tác giả
M.Alaf và cộng sự tiến hành tổng hợp nano Sn/SnO2 trên nền nano cacbon để phục vụ
cho việc chế tạo anôt trong pin Lithium. Dung lượng pin có thể đạt tới 1544 mAh và
hiệu suất phóng/nạp của pin có thể đạt tới 64% trong 100 chu kỳ đầu, sau đó thì dung
lượng pin giảm c n 374 mAh [6]. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano
SnO2 phục vụ chế tạo điện cực trong pin Lithium đạt chất lượng cao về dung lượng,
độ bền và giá thành hạ c ng được nhiều nhà khoa học quan tâm. Nhóm nghiên cứu
của tác giả Agnese Birrozzi và cộng sự đã tổng hợp thành công vật liệu SnO2 trên tấm