ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Phạm Văn Thắng

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO
ZnS:Mn BỌC PHỦ POLYVINYLPYRROLIDONE
CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ơ

Hà Nội – 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Phạm Văn Thắng

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO
ZnS:Mn BỌC PHỦ POLYVINYLPYRROLIDONE CHẾ TẠO BẰNG
PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA

Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 60 44 01 09

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Trang

Bảng 1.1: Phân loại vật liệu nano

3

Bảng 3.1: Nồng độ, thể tích dung môi và khối lƣợng Zn(CH3COO)2.2H2O,

38

Na2S cần dùng cho mỗi mẫu vật liệu
Bảng 3.2: Số mol, khối lƣợng Mn(CH3COO)2 .4H2O, nồng độ dung dịch

39

và thể tích dung dịch Mn(CH3COO)2 theo nồng độ Mn bằng 8mol%
Bảng 3.3: Khối lƣợng ZnS:Mn (8mol%), PVP và tỉ lệ khối lƣợng của

42

chúng
Bảng 3.4: Hằng số mạng và kích thƣớc hạt trung bình của các hạt nano

45

ZnS:Mn bọc phủ PVP với các tỉ lệ khối lƣợng khác nhau của ZnS:Mn và
PVP
Bảng 3.5: Cƣờng độ của các vạch hấp thụ

50

5

Hình 1.5: Phổ mật độ trạng thái bán dẫn không chiều 0D

5

Hình 1.6: Sự so sánh các mức năng lƣợng trong vật liệu khối, vật liệu nano

7

và phân tử. HOMO: trạng thái điện tử cơ bản, LUMO: trạng thái điện tử
kích thích


Hình 1.7: Phân tử chất hoạt hoá bề mặt

10

Hình 1.8: Hình ảnh các hạt nano đƣợc bọc phủ polymer

11

Hình 1.9: Cấu trúc dạng lập phƣơng tâm mặt (hay sphalerite) của tinh thể

13

ZnS (a) và toạ độ của các nguyên tử Zn, S (b)
Hình 1.10: Cấu trúc dạng lục giác hay wurtzite của tinh thể ZnS

14

SHMP
Hình 1.17: Phổ phát quang của ZnS:Mn2+ 4 mol % bọc phủ PVP ở các

22

nồng độ khác nhau
Hình 1.18: Phổ phát quang của ZnS:Mn2+ 4 mol % bọc phủ SHPM, PVP ở

23

nhiệt độ phòng
Hình 2.1: Máy rung siêu âm

26

Hình 2.2: Máy khuấy từ có gia nhiệt

27

Hình 2.3: Cân chính xác BP – 1218

28

Hình 2.4: Máy quay ly tâm Hettich EBA 8S

29

Hình 2.5: Hệ lò nung và ủ mẫu

29


Spectrometer
Hình 3.1: Quy trình chế tạo hạt nano ZnS:Mn (CMn-8mol%) bằng phƣơng

41

pháp đồng kết tủa
Hình 3.2: Quy trình chế tạo các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP

43

Hình 3.3: Giản đồ XRD của các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP với tỉ lệ

44

khối lƣợng khác nhau của ZnS:Mn và PVP
Hình 3.4: Sự phụ thuộc của kích thƣớc hạt nano ZnS:Mn vào tỉ lệ khối

46

lƣợng ZnS:Mn và PVP
Hình 3.5: Ảnh TEM của hạt nano ZnS:Mn (CMn= 8 mol %) chƣa bọc phủ

47

PVP (a) và bọc phủ PVP theo tỉ lệ khối lƣợng 5:3(b)
Hình 3.6: Phổ phát quang của PVP

47


57

Hình 3.14: Sơ đồ các mức năng lƣợng và các dịch chuyển hấp thụ, bức xạ

58

trong các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ PVP


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
LED: Diot phát quang
PVA: Polyvinyl alcohol
PVP: Polyvinyl pyrrolidone
HOMO: Trạng thái điện tử cơ bản
LUMO: Trạng thái điện tử kích thích
PVC: PolyVinyl Chloride
SHMO: Sodium hexametapolyphosphate
HH: Lỗ trống nặng
LH: Lỗ trống nhẹ
XRD: Nhiễu xạ tia X
TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua


Phạm Văn Thắng

Luận văn Thạc sĩ

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, công nghệ nano đƣợc đầu tƣ phát triển mạnh mẽ với những ứng
dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống. Chẳng hạn, ngƣời ta đã chế tạo ra các chip


Năm 2014


Phạm Văn Thắng

Luận văn Thạc sĩ

lĩnh vực khoa học và đời sống, trong các linh kiện quang điện tử nhƣ cửa sổ hồng
ngoại, laser phát quang, màn hình hiển thị [18].
Khi các hạt nano ZnS:Mn đƣợc bọc phủ polymer nhƣ Polyvinyl alcohol
(PVA), Polyvinyl pyrrolidone (PVP) sẽ có kích thƣớc giảm, điều này dẫn đến hiệu
suất phát quang cao, cƣờng độ phát quang mạnh và thời gian phát quang ngắn [10].
Khi đó, khả năng ứng dụng của vật liệu này trong các dụng cụ quang điện tử sẽ
tăng lên. Đó là lý do chúng tôi đã chọn đề tài : “Nghiên cứu một số tính chất
quang của các hạt nano ZnS:Mn bọc phủ polyvinylpyrrolidone chế tạo bằng
phƣơng pháp đồng kết tủa”.
Ngoài lời nói đầu, luận văn gồm 3 chƣơng:
Chƣơng 1. Tổng quan về cấu trúc và tính chất quang của vật liệu nano ZnS:Mn bọc
phủ polymer
Chƣơng 2. Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ZnS:Mn
Chƣơng 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận

Bộ môn Quang – Lượng tử

2

Năm 2014



0

Vật liệu 2 chiều (2D): màng nano

2

1

Vật liệu 1 chiều (1D): dây nano

1

2

Vật liệu không chiều (0D): hạt nano

0

3

Đối với vật liệu bán dẫn, đại lƣợng vật lý đặc trƣng là mật độ trạng thái N(E).
Mật độ trạng thái là số trạng thái trên một đơn vị năng lƣợng của một đơn vị thể tích
[3].
Bộ môn Quang – Lượng tử

3

Năm 2014



TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Trịnh Thị Huế (2010), Vai trò của môi trường chất lỏng trong quy trình chế tạo
hạt nano kim loại bằng phương pháp ăn mòn laser, Luận văn thạc sĩ, Trƣờng
ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội.
2. Nguyễn Quang Liêm (1995), Chuyển dời điện tử trong các tâm phát tổ hợp của
bán dẫn AIIBVI, Luận văn phó tiến sĩ.
3. Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn, NXB ĐHQGHN, Hà Nội
4. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học Nano, Công nghệ nền và vật liệu nguồn
NXB Viện Khoa học Việt nam, Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh
5. Bernard Valeur (2002), Molecular Fluorescence Principles and Applications,
pp.21-22
6. G. Murugadoss (2010), “Synthesis and optical characterization of PVP and
SHMP-encapsulated Mn2+-doped ZnS nanocrystals”, Journal of Luminescence,
pp.2207–2214.
7. Http//en.wikipedia.org
8. Jian Cao (2010), “Growth mechanism and blue shift of Mn2+ luminescence for
wurtzite ZnS:Mn2+ nanowires” Journal of Physics.
9. K. Jayanthi, S. Chawla, H. Chander, and D. Haranath (2007), Cryst. Red.
Technol, pp.976-982.
10. K. Manzoor (2003), “Energy transfer from organic surface adsorbate-polyvinyl
pyrrolidone molecules to luminescent centers in ZnS nanocrystals”, Solid State
Communications, pp.469-473.

Bộ môn Quang – Lượng tử

5

Năm 2014