Khóa luận: Tổng hợp và Khảo sát Đặc trưng Vật liệu Nano Perovskite YFe0.7Al0.3O3

Khóa luận nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano perovskite YFe0.7Al0.3O3, khảo sát đặc trưng cấu trúc, tính chất. Ứng dụng tiềm năng của vật liệu.

• Tác giả: Nguyễn Minh Trí
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Anh Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Khảo Sát Các Đặc Trưng Của Vật Liệu Nano
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ANH
• DANH MỤC BẢNG
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. CÔNG NGHỆ NANO VÀ VẬT LIỆU NANO
• 1.2. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO
• 1.3. Điện tử và truyền thông
• 1.4. Công nghệ nano và cuộc cách mạng xanh
• 1.5. Ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực y tế
• 1.6. Một số lĩnh vực khác
• 1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO
• 1.8. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.9. Phương pháp sol-gel
• 1.10. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.11. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PEROVSKITE
• 1.12. Cấu trúc tinh thể ABO3 thuần
• 1.13. Cấu trúc tinh thể ABO3 biến tính
• 1.14. TỔNG QUAN VỀ OXIT VÀ HIDROXIT CỦA YTRI, SẮT, NHÔM
• 1.15. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.16. Phương pháp phân tích nhiệt
• 1.17. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.18. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền (TEM)
• 1.19. Phổ hồng ngoại
• 1.20. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN
• 2.1. Hóa chất – thiết bị và dụng cụ
• 2.2. Thực nghiệm tổng hợp bột nano YFe1-xAlxO3 bằng phương pháp đồng kết tủa
• 2.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.4. Kết quả phân tích DTA/TGA
• 2.5. Kết quả XRD
• 2.6. Kết quả EDX(S) của vật liệu YFe0.9Al0.1O3
• 2.7. Kết quả đo độ từ hóa
• 2.8. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan vật liệu nano perovskite Từ cấu trúc đến tiềm năng

Vật liệu nano perovskite đang mở ra một cuộc cách mạng trong khoa học vật liệu nhờ những tính chất quang điện tử độc đáo. Tên gọi 'perovskite' không chỉ một khoáng vật cụ thể (Canxi Titanat - CaTiO₃) mà là tên chung cho một lớp vật liệu có cấu trúc tinh thể perovskite ABX₃ tương tự. Trong cấu trúc lý tưởng này, cation A (thường là kim loại kiềm, kiềm thổ hoặc hữu cơ) chiếm vị trí ở các đỉnh của hình lập phương, cation B (thường là kim loại chuyển tiếp như Chì, Thiếc) nằm ở tâm, và anion X (thường là Halogen hoặc Oxi) nằm ở tâm các mặt. Chính cấu trúc đặc biệt này đã mang lại cho vật liệu những đặc tính vượt trội như độ hấp thụ quang cao, độ linh động hạt tải điện lớn và khả năng điều chỉnh vùng cấm năng lượng linh hoạt. Khi kích thước vật liệu được giảm xuống thang nano, các hiệu ứng lượng tử bắt đầu xuất hiện, tạo ra các chấm lượng tử perovskite (perovskite quantum dots) với hiệu suất lượng tử quang phát quang cực cao. Các nhà khoa học phân loại chúng thành các nhóm chính như perovskite halogenua (halide perovskite), nổi bật với các vật liệu như MAPbI₃ hay CsPbBr₃ cho ứng dụng quang điện, và perovskite oxit với nhiều ứng dụng trong xúc tác và điện tử. Sự đa dạng trong việc lựa chọn các ion A, B, và X cho phép tạo ra vô số hợp chất perovskite với các tính chất được 'thiết kế' riêng cho từng ứng dụng cụ thể. Sự phát triển nhảy vọt này đã biến perovskite thành một trong những vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất, hứa hẹn thay đổi bộ mặt của các ngành công nghiệp năng lượng, chiếu sáng và điện tử trong tương lai gần.

1.1. Khám phá cấu trúc tinh thể perovskite ABX₃ đặc trưng

Cốt lõi làm nên sự kỳ diệu của vật liệu perovskite nằm ở cấu trúc tinh thể ABX₃ độc đáo của nó. Ở dạng lý tưởng, cấu trúc này có đối xứng lập phương, nơi cation B được bao quanh bởi một bát diện tạo bởi sáu anion X (bát diện BX₆), và các bát diện này liên kết với nhau qua các đỉnh. Cation A có kích thước lớn hơn sẽ lấp đầy các lỗ trống được tạo ra bởi mạng lưới các bát diện này, có số phối trí là 12 với các anion X. Sự ổn định của cấu trúc này được đánh giá qua thừa số dung hạn Goldschmidt, một chỉ số quan trọng giúp dự đoán khả năng hình thành pha perovskite. Sự sai khác nhỏ về bán kính ion hoặc điều kiện tổng hợp có thể làm biến dạng cấu trúc lập phương lý tưởng thành các cấu trúc có đối xứng thấp hơn như trực thoi hay tứ giác, từ đó làm thay đổi các tính chất điện của perovskite và quang học. Sự linh hoạt trong việc thay thế một phần các ion A hoặc B bằng các ion khác (pha tạp) cũng làm thay đổi cấu trúc, tạo ra các vật liệu nano lai với nhiều tính năng ưu việt, mở ra vô số khả năng ứng dụng trong thực tiễn.

1.2. Phân loại vật liệu từ perovskite halogenua đến oxit

Dựa trên bản chất của anion X, vật liệu perovskite được phân thành hai nhóm chính: perovskite halogenua (halide perovskite) và perovskite oxit. Perovskite halogenua, với X là các ion Cl⁻, Br⁻, I⁻, là ngôi sao sáng trong lĩnh vực quang điện tử. Các hợp chất tiêu biểu như Methylammonium lead iodide (MAPbI₃) hay Cesium lead bromide (CsPbBr₃) thể hiện hiệu suất chuyển đổi quang-điện vượt trội, trở thành ứng cử viên hàng đầu cho công nghệ pin mặt trời perovskite. Ngược lại, perovskite oxit (X là O²⁻) lại nổi bật với độ bền hóa học và nhiệt độ cao. Chúng được ứng dụng rộng rãi làm chất xúc tác, vật liệu điện môi, cảm biến khí và điện cực trong pin nhiên liệu thể rắn. Việc tìm hiểu vật liệu perovskite là gì và sự khác biệt giữa các loại này là bước đầu tiên và quan trọng nhất để lựa chọn vật liệu phù hợp cho các mục đích nghiên cứu và ứng dụng cụ thể, từ đó tối ưu hóa hiệu quả của thiết bị.

II. Thách thức khi tổng hợp nano perovskite Độ ổn định và độc tính

Mặc dù sở hữu tiềm năng to lớn, việc thương mại hóa vật liệu nano perovskite vẫn đối mặt với hai rào cản chính: độ ổn định và độc tính. Độ ổn định của perovskite, đặc biệt là các perovskite halogenua, là một vấn đề nan giải. Chúng rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường như độ ẩm, oxy, nhiệt độ và tia cực tím (UV). Khi tiếp xúc với không khí, cấu trúc tinh thể có thể bị phân hủy nhanh chóng, dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng về hiệu suất của thiết bị. Nhiều nghiên cứu đang tập trung vào các giải pháp như bao bọc vật liệu, kỹ thuật pha tạp, và biến đổi bề mặt để tăng cường 'sức đề kháng' cho perovskite. Thách thức thứ hai là độc tính của chì (Pb), một thành phần phổ biến trong các hợp chất perovskite hiệu suất cao. Sự hiện diện của chì gây ra lo ngại về tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người trong quá trình sản xuất, sử dụng và thải bỏ thiết bị. Điều này thúc đẩy các nhà khoa học tìm kiếm các vật liệu perovskite 'xanh' hơn, thay thế chì bằng các kim loại ít độc hại hơn như Thiếc (Sn) hay Bismuth (Bi). Việc vượt qua những thách thức này không chỉ là một yêu cầu kỹ thuật mà còn là yếu tố quyết định đến sự chấp nhận và phát triển bền vững của công nghệ perovskite trong tương lai. Các sáng kiến kinh nghiệm trong việc lựa chọn tiền chất và điều kiện tổng hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện cả độ bền và giảm thiểu rủi ro.

2.1. Phân tích vấn đề độ ổn định của perovskite trước môi trường

Hạn chế lớn nhất của perovskite halogenua là độ ổn định của perovskite còn thấp khi tiếp xúc với môi trường thực tế. Độ ẩm trong không khí là kẻ thù số một, có khả năng khởi đầu quá trình hydrat hóa và phá vỡ cấu trúc tinh thể, biến perovskite hoạt động thành các hợp chất không có tính quang hoạt. Tương tự, oxy và bức xạ UV cũng có thể tạo ra các khuyết tật trong mạng lưới tinh thể, trở thành các bẫy điện tích và làm giảm hiệu suất thiết bị. Nhiệt độ cao cũng làm tăng tốc độ phân hủy, đặc biệt với các perovskite lai hữu cơ-vô cơ do sự bay hơi của thành phần hữu cơ. Để giải quyết, các chiến lược như sử dụng lớp phủ kỵ nước, pha tạp các ion có độ bền cao hơn vào cấu trúc, hay thay thế cation hữu cơ dễ bay hơi bằng cation vô cơ (như Cesium) đang được tích cực nghiên cứu. Việc tìm ra một công thức perovskite vừa có hiệu suất cao vừa bền bỉ là chìa khóa để đưa công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm.

2.2. Giải quyết bài toán độc tính chì trong pin mặt trời perovskite

Chì (Pb) là nguyên tố đóng vai trò trung tâm trong việc tạo ra các pin mặt trời perovskite có hiệu suất kỷ lục. Tuy nhiên, bản chất độc hại và khả năng rò rỉ ra môi trường của chì là một mối lo ngại nghiêm trọng. Một sự cố nhỏ trên tấm pin có thể giải phóng các hợp chất chì hòa tan vào đất hoặc nguồn nước. Do đó, việc phát triển các vật liệu perovskite không chứa chì hoặc ít chì là một hướng đi cấp thiết. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc thay thế Pb²⁺ bằng các ion kim loại khác có cấu hình electron tương tự như Sn²⁺ hoặc Ge²⁺. Mặc dù vậy, các vật liệu này thường có độ ổn định thấp hơn do Sn²⁺ dễ bị oxy hóa thành Sn⁴⁺. Một hướng tiếp cận khác là sử dụng cấu trúc 'perovskite kép' (A₂B'B''X₆) hoặc các dẫn xuất perovskite có chứa các ion như Bismuth (Bi³⁺) và Antimon (Sb³⁺). Tìm kiếm một vật liệu thay thế hoàn hảo vừa an toàn vừa hiệu quả vẫn là một thách thức lớn cho cộng đồng khoa học.

III. Hướng dẫn tổng hợp nano perovskite bằng phương pháp đồng kết tủa

Trong số các kỹ thuật hóa ướt, phương pháp đồng kết tủa nổi lên như một lựa chọn hiệu quả và kinh tế để tổng hợp keo nano perovskite. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc kết tủa đồng thời các cation kim loại từ một dung dịch muối dưới dạng hydroxit, carbonat hoặc oxalat bằng cách thêm vào một tác nhân kết tủa. Ưu điểm lớn của phương pháp này là khả năng tạo ra sản phẩm có độ đồng nhất cao về thành phần hóa học ở cấp độ nguyên tử, do các ion được trộn lẫn hoàn hảo trong pha lỏng trước khi kết tủa. Như được trình bày trong nghiên cứu của Nguyễn Minh Trí (2015) về tổng hợp bột nano YFe₀.₇Al₀.₃O₃, quy trình thường bắt đầu bằng việc hòa tan các muối nitrat của Yttri, Sắt và Nhôm vào nước cất. Sau đó, dung dịch amoniac được thêm từ từ vào để tăng pH, gây ra sự kết tủa đồng thời của các hydroxit kim loại. Hỗn hợp kết tủa sau khi được lọc, rửa sạch để loại bỏ ion tạp và sấy khô sẽ được nung ở nhiệt độ thích hợp. Quá trình nung là giai đoạn quyết định, giúp phân hủy các hydroxit và hình thành pha tinh thể perovskite mong muốn. Phương pháp này không đòi hỏi thiết bị phức tạp và có thể được thực hiện dễ dàng trong điều kiện phòng thí nghiệm, cho phép sản xuất vật liệu với kích thước nanomet và độ phân tán tốt.

3.1. So sánh phương pháp đồng kết tủa với sol gel và thủy nhiệt

Khi lựa chọn phương pháp tổng hợp, việc so sánh ưu nhược điểm là rất cần thiết. Phương pháp đồng kết tủa được ưa chuộng vì sự đơn giản, chi phí thấp và khả năng kiểm soát tốt tỉ lượng các nguyên tố. Tuy nhiên, việc kiểm soát hình thái và kích thước hạt có thể khó khăn hơn. Phương pháp sol-gel cho phép kiểm soát tốt hơn về kích thước và độ đồng đều của hạt nano, nhưng quy trình phức tạp hơn, đòi hỏi việc lựa chọn dung môi và chất tạo gel phù hợp, đồng thời chi phí tiền chất (thường là các alkoxide) cũng cao hơn. Trong khi đó, phương pháp thủy nhiệt thực hiện phản ứng trong môi trường nước ở nhiệt độ và áp suất cao, cho phép tạo ra các tinh thể có độ kết tinh cao trực tiếp từ dung dịch mà không cần bước nung sau đó. Dù vậy, phương pháp này yêu cầu thiết bị chịu áp suất cao (autoclave) và khó kiểm soát khi các tiền chất có độ hòa tan khác nhau. Nhìn chung, đồng kết tủa là phương pháp cân bằng tốt giữa hiệu quả, chi phí và khả năng thực hiện, đặc biệt phù hợp cho các nghiên cứu ban đầu và sản xuất quy mô lớn.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành pha perovskite

Để thu được vật liệu nano perovskite đơn pha với các đặc tính mong muốn, việc kiểm soát chặt chẽ các điều kiện thực nghiệm là cực kỳ quan trọng. Yếu tố đầu tiên là nồng độ và tỉ lệ các ion tiền chất, quyết định thành phần hợp thức của sản phẩm cuối cùng. Thứ hai là pH của dung dịch; giá trị pH ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ kết tủa và khả năng kết tủa hoàn toàn của các cation. Tác nhân kết tủa (ví dụ: NH₃, NaOH, KOH) cũng cần được lựa chọn cẩn thận. Nhiệt độ và thời gian phản ứng ảnh hưởng đến quá trình hình thành và phát triển của mầm kết tủa. Quan trọng nhất là nhiệt độ nung. Phân tích nhiệt (TGA/DTA) thường được sử dụng để xác định khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy tiền chất và kết tinh pha perovskite. Nhiệt độ nung quá thấp sẽ không tạo được pha tinh thể hoàn chỉnh, trong khi nhiệt độ quá cao có thể gây kết khối hạt và làm mất đi cấu trúc nano.

IV. Bí quyết khảo sát và đặc trưng hóa vật liệu nano perovskite

Sau khi tổng hợp thành công, bước tiếp theo và không kém phần quan trọng là đặc trưng hóa vật liệu để xác nhận cấu trúc, hình thái và các tính chất của chúng. Đây là một quy trình đa phương pháp, đòi hỏi sự kết hợp của nhiều kỹ thuật phân tích hiện đại. Để xác định sự hình thành của pha tinh thể perovskite, nhiễu xạ tia X (XRD) là công cụ không thể thiếu. Giản đồ XRD cung cấp thông tin về các mặt phẳng tinh thể, hằng số mạng và độ tinh khiết của pha. Từ độ rộng của các đỉnh nhiễu xạ, có thể ước tính kích thước hạt tinh thể trung bình thông qua công thức Scherrer. Để quan sát trực tiếp hình thái và kích thước hạt, các kỹ thuật hiển vi điện tử được sử dụng. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy hình ảnh bề mặt và sự phân bố của các hạt, trong khi kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cung cấp hình ảnh với độ phân giải cao hơn, cho phép nhìn rõ từng hạt nano riêng lẻ và thậm chí cả các mặt phẳng mạng tinh thể. Bên cạnh đó, các phương pháp quang phổ được dùng để khảo sát các tính chất quang-điện. Phổ hấp thụ UV-Vis xác định khả năng hấp thụ ánh sáng và vùng cấm năng lượng của vật liệu. Phổ quang phát quang (PL) đánh giá khả năng và hiệu suất phát xạ ánh sáng, một thông số quan trọng cho các ứng dụng như đèn LED perovskite.

4.1. Phân tích cấu trúc pha tinh thể bằng nhiễu xạ tia X XRD

Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (XRD) là phương pháp nền tảng để xác nhận cấu trúc của vật liệu perovskite. Bằng cách chiếu một chùm tia X đơn sắc vào mẫu bột và ghi lại cường độ tia nhiễu xạ theo góc 2θ, ta thu được một giản đồ đặc trưng. Vị trí của các đỉnh nhiễu xạ (peak) tương ứng với khoảng cách giữa các mặt phẳng mạng tinh thể (d-spacing), cho phép xác định cấu trúc tinh thể (lập phương, trực thoi, v.v.) bằng cách so sánh với các dữ liệu chuẩn từ cơ sở dữ liệu (ví dụ: JCPDS). Sự xuất hiện của các đỉnh lạ cho thấy sự tồn tại của pha tạp. Ngoài ra, độ rộng tại nửa chiều cao của đỉnh (FWHM) có thể được sử dụng để tính toán kích thước trung bình của các hạt tinh thể. Trong tài liệu tham khảo, giản đồ XRD của mẫu YFe₀.₇Al₀.₃O₃ nung ở các nhiệt độ khác nhau cho thấy sự hình thành pha perovskite và sự phát triển kích thước hạt khi tăng nhiệt độ, chứng minh tầm quan trọng của XRD trong việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp.

4.2. Khảo sát hình thái học qua kính hiển vi điện tử SEM TEM

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là hai công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu thế giới vi mô của vật liệu nano. SEM sử dụng một chùm electron quét trên bề mặt mẫu, cung cấp hình ảnh ba chiều về hình thái bề mặt, độ xốp và sự phân bố kích thước hạt. TEM, ngược lại, chiếu chùm electron xuyên qua mẫu siêu mỏng, tạo ra hình ảnh hai chiều với độ phân giải cực cao. TEM không chỉ cho phép đo chính xác kích thước và hình dạng của từng hạt nano mà còn có thể tiết lộ cấu trúc bên trong, các khuyết tật mạng và các mặt phẳng tinh thể. Các ảnh TEM của mẫu YFe₀.₇Al₀.₃O₃ đã xác nhận kích thước hạt trong khoảng 20-40 nm, phù hợp với tính toán từ dữ liệu XRD, và cho thấy các hạt có hình cầu gần như đồng nhất. Sự kết hợp giữa SEM và TEM mang lại một cái nhìn toàn diện về hình thái học của vật liệu.

4.3. Đánh giá tính chất quang học của perovskite qua phổ PL UV Vis

Tính chất quang học của perovskite là yếu tố quyết định đến tiềm năng ứng dụng của chúng trong các thiết bị quang điện tử. Phổ hấp thụ UV-Vis đo lường lượng ánh sáng mà vật liệu hấp thụ ở các bước sóng khác nhau. Từ cạnh hấp thụ của phổ, ta có thể xác định năng lượng vùng cấm (bandgap), một thông số cơ bản quyết định dải quang phổ hoạt động của vật liệu. Phổ quang phát quang (PL) lại khảo sát quá trình tái hợp bức xạ của các cặp electron-lỗ trống sau khi được kích thích bởi ánh sáng. Vị trí đỉnh phát xạ PL tương ứng với năng lượng vùng cấm, còn cường độ và thời gian sống của tín hiệu PL liên quan trực tiếp đến chất lượng tinh thể và hiệu suất lượng tử phát quang của vật liệu. Việc phân tích các phổ này giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và tối ưu hóa vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.

V. TOP ứng dụng đột phá của vật liệu nano perovskite ngày nay

Sự kết hợp giữa các tính chất quang điện tử ưu việt và chi phí sản xuất thấp đã đưa vật liệu nano perovskite trở thành tâm điểm của nhiều lĩnh vực công nghệ cao. Ứng dụng nổi bật và được biết đến rộng rãi nhất là trong pin mặt trời perovskite. Với hiệu suất chuyển đổi năng lượng đã vượt mốc 26% trong phòng thí nghiệm, pin perovskite đang thách thức sự thống trị của pin silicon truyền thống và hứa hẹn một kỷ nguyên mới cho năng lượng tái tạo. Bên cạnh đó, khả năng phát quang với độ tinh khiết màu sắc cao và hiệu suất lượng tử lớn làm cho perovskite trở thành vật liệu lý tưởng cho các thiết bị phát sáng. Đèn LED perovskite (PeLED) có tiềm năng tạo ra các màn hình thế hệ mới với màu sắc rực rỡ, tiêu thụ ít năng lượng hơn và chi phí sản xuất thấp hơn so với công nghệ OLED hiện tại. Ngoài hai lĩnh vực chủ đạo này, vật liệu nano perovskite còn cho thấy tiềm năng trong nhiều ứng dụng khác. Khả năng tạo ra các cặp electron-lỗ trống hiệu quả dưới ánh sáng mặt trời giúp chúng trở thành chất quang xúc tác (photocatalysis) mạnh mẽ, có thể dùng để phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ trong nước hoặc sản xuất hydro từ nước. Các tính chất điện độc đáo cũng mở ra cơ hội ứng dụng trong các loại cảm biến, bộ nhớ điện trở và các linh kiện điện tử khác.

5.1. Pin mặt trời perovskite Công nghệ năng lượng của tương lai

Pin mặt trời perovskite đại diện cho bước đột phá lớn nhất trong công nghệ quang điện trong thập kỷ qua. Lớp hấp thụ ánh sáng làm từ perovskite rất mỏng, chỉ vài trăm nanomet, nhưng có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời cực kỳ hiệu quả trên toàn bộ dải phổ khả kiến. Điều này, kết hợp với quãng đường khuếch tán dài của hạt tải điện, giúp giảm thiểu sự tái hợp và đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng ấn tượng. Quy trình chế tạo pin perovskite, thường dựa trên các kỹ thuật in hoặc phủ dung dịch, đơn giản và ít tốn kém hơn nhiều so với quy trình sản xuất tấm silicon tinh khiết đòi hỏi nhiệt độ và chân không cao. Những ưu điểm này làm cho pin perovskite trở thành một giải pháp hấp dẫn để sản xuất điện mặt trời giá rẻ, có thể ứng dụng trên các bề mặt linh hoạt, trong suốt hoặc thậm chí tích hợp vào các thiết bị điện tử.

5.2. Đèn LED perovskite và các thiết bị phát quang hiệu suất cao

Chấm lượng tử perovskite đã chứng tỏ là vật liệu phát quang thế hệ mới đầy hứa hẹn. Chúng sở hữu những ưu điểm vượt trội như hiệu suất lượng tử quang phát quang gần 100%, độ rộng phổ phát xạ hẹp (cho màu sắc tinh khiết), và khả năng điều chỉnh bước sóng phát xạ trên toàn bộ dải màu khả kiến chỉ bằng cách thay đổi thành phần hóa học hoặc kích thước hạt. Những đặc tính này làm cho chúng trở thành ứng cử viên sáng giá cho đèn LED perovskite (PeLED). So với đèn LED chấm lượng tử truyền thống (dựa trên CdSe), PeLED có khả năng chịu khuyết tật tốt hơn và chi phí sản xuất thấp hơn. Các màn hình sử dụng công nghệ PeLED hứa hẹn sẽ mang lại gam màu rộng hơn, độ sáng cao hơn và hiệu quả năng lượng tốt hơn, mở đường cho các thiết bị hiển thị, chiếu sáng và thậm chí cả laser thế hệ tiếp theo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TONG QUAN VE VAN DE NGHIÊN CỨU 1. CÔNG NGHỆ NANO VA VAT LIEU NANO Ngày nay, chúng ta dé dang bat gap “nano” trong nhiều van dé, lĩnh vực. thiết bi nhu: tu lanh khang khuan chira nano bac, may giặt khử mùi nho cong nghệ nano bạc.

sơn chống âm mốc. dé lau chủi nhờ nano TiO;.Đây là minh chứng cho sự ứng dung rộng rãi của công nghệ nano vả khoa học nano vao nhiều lĩnh vực trong đời sống. Như vậy, có thẻ nói lĩnh vực thuộc về nano đã góp phan phan chia cụ thé hơn các ngảnh khoa học nỏi chung. Nếu trước kia việc phan chia các ngành khoa học thành toán học, vật lý.

lả theo chiều doc: thi chỉnh những lĩnh vực thuộc nano đã một lần nữa phản chia chúng theo chiều ngang. Khoa học nano, cong nghệ nano. khoa học vật liệu mới là một ví đụ điền hình cho sự phân chia này. Sự ra đời của hàng loạt tạp chí có uy tín liên quan như Nano Letters, Nanotoday đã chứng minh rõ ràng hơn điều này.

Vậy “nano” có nghĩa la gì? Khoa học nano, công nghệ nano có những điểm chung nào? Từ "nano" có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp mang ý nghĩa ước giảm đi một ty lan cho đơn vị gắn vào trước nó (10). Ứng dụng điều này, ching ta có thé dé đàng hiểu | nanogram chính là Iphần ty của gram, 1 nanomet là một phan ty của met. Khoa học nano là ngành khoa học nghiền cứu về các hiện tượng vả sự can thiệp vao vật liệu ở mức độ nguyên tử, phan tử va đại phân tử. tinh chất của vật liệu khác han với tính chat của chúng tại các quy mô lớn hơn.

Chính điều nay đã khiến khoa học nano nói chung được quan tâm nhiều hơn so với các ngành khoa học dừng lại ở mức độ micro. Và cũng như nhiều ngành khác, khoa học nano không bao giờ tách rời các ngảnh khoa học cơ bản như toán học.Hơn nữa chúng gắn bỏ mật thiết với nhau, củng nhau phát triển. Nếu hóa học góp phan tổng kết những phương pháp điều chẻ vật liêi nano thi chỉnh khoa học nano cũng góp phan giúp hóa học tim ra những tính chat rất riêng của chúng. Nếu vật lý lam sang to hơn nhưng tinh chất quang, điện.

tử của vật liệu nano thi cũng chính khoa học nano đã giúp phat SVTH: Nguyễn Minh Tri 9 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiên minh. sáng ché ra hàng loạt con chip siêu nhỏ, hang loạt điện thoại thông minh.Hon bao giờ hết. khoa học nano vả sinh học đã, dang và sẽ gắn bó với nhau hơn nữa trong việc tim ra nhiều phương thuốc.

nhiều loại thiết bị tinh vi phục vụ đời sống, sức khỏe con người. Sỡ di khoa học nano gan liền với các ngành khoa học cơ bản khác chính là nhờ chiếc cau nói — công nghệ nano. Dây chính là tô hợp các quá trình chế tạo ra vật liệu. các hệ kỳ thuật ma chức năng của chúng được xác định bởi cau trúc nano-các đơn vị cau trúc có kích thước từ 1 đến 100 nm.

Ngay nay công nghệ nano đã đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện đại của khoa học. Ranh giới giữa công nghệ nano va khoa học nano đối khi không rõ rang, tuy nhiên chủng đều cỏ chung đổi tượng là vật liệu nano. Day chỉnh là loại vật liệu cỏ it nhất một chiêu theo kích nanomet. So với những vật liệu có kích thước lớn, vật liệu nano cỏ nhiều tính chất nôi trội, khác biệt.

Các tinh chất đặc trưng cau vật liệu như tinh dẫn điện, dẫn nhiệt. hiệu ứng từ có thé bị thay đôi khi giảm xuống kích thước nanomet.Có thẻ phân chia vật liệu nano theo trạng thải bao gồm rắn. lỏng va khi. vật liệu nano dạng rắn được nghiên cửu nhiều hơn cá.

Nếu tiếp tục phân chia theo cầu trúc ta sẽ thu được vật liệu nano không chiều (OD), một chiêu (1D) va hai chiéu (2D). Vật liệu nano không chiều là loại vật liệu mà cả ba chiều đều có kích thước nano. Chính loại vật liệu nano này được ứng dụng trong các tủ lạnh, máy giặt được cho rằng có khả năng kháng khuẩn cao. mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong việc chăm sóc sức khỏe con người.

Vật liệu nano một chiều 1a loại vật liệu có | chiều theo mang kích thước nanomet. Phyllyosilicat được kết hợp với các polime dé tạo nanocomposit cô các tính chat chịu nhiệt. vật liệu nano hai chiều là loại vật liệu có 2 chiêu mang kích thước nanomet. Ong nano cacbon lả một vi dụ điển hình cho loại vật liệu nảy.

SVTH: Nguyễn Minh Trí 10 Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Day chi là cách phân chia thông dụng nhất. Ngoài ra còn rất nhiều cách phan chia khác như dựa vào nguồn ban dau, dựa vào ứng dụng thực tiễn của chúng. UNG DỤNG CUA VAT LIEU NANO Sức mạnh của công nghệ nano, vật liệu nano đã được minh chứng bằng nhiều img dụng vô củng thiết thực.

phục vụ yêu cau ngày càng cao của khoa học kỹ thuật. Những tinh chất nỗi trội của loại vật liệu nay sớm đã được ứng dung trong các lĩnh vực điện tử va truyền thông. Những img dụng của chúng còn tiến xa hơn nữa trong những nghiên cửu bao vệ môi trường sóng. Tất nhiên những ứng dụng thiết thực nay một lần nữa minh chứng cho tinh hừu dụng của loại vật liệu này.

Điện tử và truyền thông Dau năm 2008, hằng điện thoại nỏi tiếng thé giới Nokia đã giới thiệu một mẫu smartphone lam ngỡ ngang cá thé giới. Day là mẫu điện thoại cỏ sự hợp tac giữa trung tâm nghiên cứu Nokia và trường Dai Học Cambridge Anh. Mẫu điện thoại của Nokia được coi là thiết bị di động của tương lai nhờ thiết kế trên công nghệ nano. Nokia Morph có kha nắng mém đẻo, co din thích ứng theo môi trường và ý thích của người sử dụng.

Tuy nhiên những bí mật vẻ tên, cấu tạo của vật liệu nano này vẫn còn được giữ bí mật cho tới ngày nay. Mẫu điện thoại Morph Ngày 06/12/2007, nhóm nghiên cứu Silicon của IBM đã công bế một kết quả quan trong trong img dụng của quang điện tử nano nén Silicon, sử dụng ảnh sang thay thé cho các sợi đồng cho việc truyền tái thông tin trong các "não" của một con chip. SVTII: Nguyễn Minh Tri H Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Kết quả được công bé trên tạp chi Optics Express, các nha nghiên cứu của IBM nhắn mạnh đây là một thành công vô cùng quan trọng trong việc truyền tải thông tin giữa các lõi.

hay “não” của một con chip, bang cách sử dụng các xung ánh sáng. thay thẻ cho các tin hiệu điện trong day dẫn thông thường. đẻ tạo nên một siéu máy tinh trén chip hoàn toản bang silicon. Điều đáng chú ý là bộ điều ché nảy có kích thước nhỏ hơn 100 (va có kha năng thu nhỏ hơn tới 1000 lan) so với các thiết bị điều chế hiện tại.

Đây cũng là thiết bị sau cùng trong hệ thong tích hợp can được silicon hóa, dé xây dựng một chip hoàn toản trên nén silicon, Công nghệ mới này sẽ hưởng tới một phương pháp công suất - hiệu qua dé có thé liên thông hang trăm đến hang nghìn các lõi với nhau trong một chip nhỏ, vả thay thé hoàn toán các dây dẫn. Sử dụng ảnh sáng thay cho day dẫn dé truyền thông tin giữa các lõi sẽ tăng tốc độ lên tới 100 lần, trong khi chỉ tiêu hao 1/10 năng lượng so với kỳ thuật dây dẫn đương thời. Công nghệ nano và cuộc cách mạng xanh Công nghệ nano tiềm năng là “một giấc mơ xanh nhân đôi”. Với công nghệ nano chúng ta có thé tạo ra những sản phẩm và quy trình xanh ngay từ lúc ban đầu” bả Barbara Karn, một nhà khoa học môi trường, người tê chức thành lập chương trình Công Nghệ Nano Xanh nắm trong khuôn khỏ dy án Công Nghệ Nano Trọng Điểm.

Thật vậy, ban báo cáo tại Hội Hóa Học Mỹ lần 4 của nhà khoa học Karen Schmidt thuộc Dự Án Công Nghệ Nano Trọng Điểm đã khẳng định “Một sự phối hợp hợp chặt chẽ giữa công nghệ nano với nguyên tắc cũng như thực tiền của ngành hỏa học xanh va khoa học xanh dang nắm giữ chia khỏa xây dựng một xã hội có khả năng chống đỡ được những tác hại của mỏi trường trong thế ky 21°. Một ví dụ điển hình đã được nha hóa học Vicki Colvin và các cộng sự tại đại học Rice tiến hanh. Họ đã khám pha ra các hạt nano sắt từ oxit có kích thước 12 nanomet có thé loại bỏ hơn 99% Arsenic trong dung SVTH: Nguyễn Minh Tri 12 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến địch, trong khi 46 đồng nghiệp của họ tại đại học bang Oklahoma đã chế tạo thành công những cảm biến có kích thước nano có thẻ phát hiện các chất gây 6 nhiễm tới nông độ phan ti.3 Ung dụng công nghệ nano trong lĩnh vực y tế Trong lĩnh vực y tế, nano bạc nhận được nhiều sự quan tâm nhất bởi đặc tính kháng khuan, diệt trùng.TS Phan Hồng Khôi, Chủ tịch Hội Vật lý Việt Nam.

Viện Khoa học vật liệu “Nano là công nghệ cua thể ky 21. giúp bảo vệ va nâng cao chat lượng cuộc sông. Nano Silver là một ứng dụng hoàn thiện của khoa học vả céng nghệ Nano đổi với bạc dé tăng tính năng điệt khuẩn, sát trùng, tiểu độc và khử mùi. được ứng dung trong một số sản phẩm như các đụng cụ bảo quản thực phẩm.

son, các vật liệu may mặc, mỳ phẩm.” Tại Hội thao, sau một thời gian kiểm tra chặt chè vẻ chất lượng va ứng dụng, lan đầu tiên các sản phẩm của Hãng Mummybear như bình sữa. ca uống nước, ban chải đánh răng sử dụng công nghệ Nano Silver được Bộ Y tế, Viện Dinh đường. Cục An toàn vệ sinh thực phẩm Vinacontrol cấp chứng nhận đạt tiêu chuẩn sản phẩm vẻ chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, đưa vào lưu hành rộng rãi trên thị trường. Đây thực sự 1a một tin vui đối với người tiêu dùng, đặc biệt là các ba mẹ trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khỏe trẻ em.

Bình sữa sử dụng công nghệ Nano Silver. SVIII: Nguyễn Minh Tri 13 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS, Nguyễn Anh Tiên Không đừng lại ở đó, những ứng dụng của vật liệu nano trong điều trị ung thư dang là tâm điểm của nhiều công trình nghiên cứu. Các nhà nghiên cứu đang phát triển những phân tử nano được thiết kế đặc biệt dé ứng dụng hiệu qua hơn trong y học. Những phan tử nano mang một nam cham cực nhỏ và một bộ DNA, khi bị tác động bằng trường điện từ.

chúng sẽ giải phóng ra chất thuốc đúng như mong muốn của điều trị viên.