Luận án tiến sĩ vật lý kỹ thuật và công nghệ nano: Nghiên cứu chế tạo và tính chất phát quang, quang điện, điện hóa của cấu trúc nano dị chất

• Tác giả: Lê Hà Chi
• Người hướng dẫn: Nguyễn Năng Định
• Trường học: Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật và Công nghệ Nanô
• Đề tài: Chế tạo và khảo sát tính chất phát quang, quang điện, điện hóa của cấu trúc nano dị chất
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VẬT LIỆU VÀ MỘT SỐ LINH KIỆN CHỨA CHUYỂN TIẾP DỊ CHẤT CẤU TRÚC NANÔ
• 1.1. Vật liệu chứa chuyển tiếp dị chất cấu trúc nanô
• 1.2. Giới thiệu chung
• 1.3. Phân loại các chuyển tiếp dị chất
• 1.4. Các tính chất của vật liệu chứa chuyển tiếp dị chất có cấu trúc nanô
• 1.5. Các linh kiện quang - điện chứa chuyển tiếp dị chất cấu trúc nanô
• 1.5.1. Điốt phát quang hữu cơ (OLED)
• 1.5.2. Pin mặt trời hữu cơ (OSC)
• 1.5.3. Pin ion Liti
• 1.6. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin ion liti
• 1.7. Các đặc trưng cơ bản của pin ion liti
• 1.8. Các loại vật liệu sử dụng trong pin ion Liti
• 1.9. Vật liệu nanô cho pin ion liti
• 1.10. Sự tạo thành lớp chuyển tiếp điện cực - dung dịch điện ly (SEI)
• 1.11. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU CHỨA CHUYỂN TIẾP DỊ CHẤT NANÔ
• 2.1. Công nghệ chế tạo và các kỹ thuật phân tích cấu trúc, hình thái học
• 2.1.1. Công nghệ chế tạo vật liệu chứa chuyển tiếp dị chất cấu trúc nanô
• 2.1.2. Công nghệ chế tạo màng mỏng
• 2.1.3. Các kỹ thuật phân tích cấu trúc tinh thể và hình thái học
• 2.2. Thực nghiệm chế tạo và khảo sát cấu trúc của vật liệu chứa chuyển tiếp dị chất nanô ứng dụng cho các linh kiện quang điện tử
• 2.2.1. Chế tạo và khảo sát cấu trúc của vật liệu POSS-PF
• 2.2.2. Chế tạo và khảo sát cấu trúc vật liệu PVK+nc-MoO3
• 2.2.3. Chế tạo và khảo sát cấu trúc vật liệu MEH-PPV+nc-TiO2
• 2.3. Thực nghiệm chế tạo và khảo sát cấu trúc vật liệu spinel LiNi 0.5O4 ứng dụng cho pin ion Liti
• 2.3.1. Thực nghiệm chế tạo vật liệu spinel LiNi0
• 2.3.2. Phân tích cấu trúc tinh thể
• 2.3.3. Phân tích hình thái học
• 2.3.4. Thực nghiệm chế tạo tổ hợp vật liệu điện cực dương LiNi 0
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT QUANG VÀ QUANG ĐIỆN CỦA CÁC LỚP CHUYỂN TIẾP DỊ CHẤT CẤU TRÚC NANÔ ỨNG DỤNG CHO CÁC LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ
• 3.1. Các kĩ thuật đo đạc tính chất quang và quang điện
• 3.1.1. Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-vis)
• 3.1.2. Phổ quang huỳnh quang
• 3.1.3. Phép đo đặc tuyến I-V
• 3.1.4. Phép đo đặc tuyến L-V và E – V
• 3.2. Các tính chất quang và điện huỳnh quang của vật liệu POSS-PF
• 3.2.1. Các tính chất quang của vật liệu POSS-PF
• 3.2.2. Các đặc tuyến của linh kiện điện huỳnh quang POSS-PF
• 3.3. Các tính chất quang và điện của vật liệu PVK+nc-MoO3
• 3.3.1. Phổ quang huỳnh quang
• 3.3.2. Linh kiện OLED, đặc tuyến dòng - thế (I-V)
• 3.4. Tính chất quang và quang điện của vật liệu MEH-PPV+nc-TiO2
• 3.4.1. Tính chất quang của vật liệu MEH-PPV+nc-TiO2 cấu trúc chuyển tiếp dị chất khối
• 3.4.2. Tính chất quang điện của vật liệu MEH-PPV+nc-TiO2 với cấu trúc chuyển tiếp dị chất khối hạt nanô
• 3.4.3. Tính chất quang điện của vật liệu MEH-PPV+nc-TiO2 với cấu trúc chuyển tiếp dị chất lớp kép (bilayer heterojunction)
• 3.5. Các tính chất quang và điện của vật liệu MEH-PPV+CNTs
• 3.5.1. Phổ hấp thụ
• 3.5.2. Phổ quang huỳnh quang
• 3.5.3. Tính chất điện, đặc tuyến I-V
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA CÁC LỚP CHUYỂN TIẾP DỊ CHẤT CẤU TRÚC NANÔ ỨNG DỤNG CHO PIN ION LITI
• 4.1. Các phương pháp đo điện hóa
• 4.1.1. Phép đo dòng không đổi (Galvanostatic cyclations - CG)
• 4.1.2. Phép đo điện thế quét vòng (Cyclic voltammetry - CV)
• 4.2. Chế tạo pin liti
• 4.3. Các đặc trưng điện hóa của pin Liti
• 4.3.1. Ảnh hưởng của các phương pháp chế tạo khác nhau
• 4.3.2. Ảnh hưởng của các nguyên liệu gốc khác nhau
• 4.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ và lượng bù Li+
• 4.4. Kết luận chương 4
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

I. Giới thiệu và tổng quan

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc chế tạo nano và khảo sát tính chất của các cấu trúc nano dị chất. Mục tiêu chính là nghiên cứu các tính chất phát quang, quang điện, và điện hóa của các vật liệu này. Cấu trúc nano dị chất được xem là một hướng nghiên cứu tiềm năng trong lĩnh vực công nghệ nano và vật liệu quang điện. Luận án cung cấp cái nhìn tổng quan về các tính chất vật liệu và ứng dụng quang điện của các cấu trúc này, đồng thời đề cập đến các phương pháp chế tạo nano hiện đại.

1.1. Tổng quan về vật liệu nano dị chất

Các vật liệu nano dị chất là sự kết hợp giữa các thành phần hữu cơ và vô cơ, tạo ra các tính chất vật liệu độc đáo. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như quang điện, phát quang, và điện hóa. Luận án nhấn mạnh vai trò của công nghệ nano trong việc phát triển vật liệu mới, đặc biệt là các vật liệu có khả năng tái chế và thân thiện với môi trường.

1.2. Mục tiêu và ý nghĩa của luận án

Luận án hướng đến việc chế tạo và khảo sát tính chất của các cấu trúc nano dị chất để tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng quang điện và phát quang. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị học thuật mà còn mang lại các giải pháp thực tiễn trong việc phát triển các vật liệu quang điện tiên tiến.

II. Phương pháp chế tạo và khảo sát

Luận án trình bày chi tiết các phương pháp chế tạo nano và kỹ thuật phân tích cấu trúc, hình thái học của các cấu trúc nano dị chất. Các phương pháp như lắng đọng pha hơi hóa học (CVD) và lắng đọng pha hơi vật lý (PVD) được sử dụng để tạo ra các màng mỏng có cấu trúc nano. Các kỹ thuật phân tích như nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM) được áp dụng để đánh giá cấu trúc và hình thái của vật liệu.

2.1. Công nghệ chế tạo vật liệu nano

Các phương pháp chế tạo nano được sử dụng trong luận án bao gồm tổng hợp hóa ướt và tổng hợp pha rắn. Các phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác cấu trúc và thành phần của các cấu trúc nano dị chất, từ đó tối ưu hóa các tính chất vật liệu.

2.2. Kỹ thuật phân tích cấu trúc và hình thái

Các kỹ thuật như XRD, SEM, và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể và hình thái học của vật liệu. Các kết quả phân tích này giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất vật liệu.

III. Nghiên cứu tính chất phát quang và quang điện

Luận án tập trung vào việc khảo sát tính chất phát quang và quang điện của các cấu trúc nano dị chất. Các kỹ thuật như phổ hấp thụ UV-Vis và phổ quang huỳnh quang được sử dụng để đánh giá khả năng phát quang của vật liệu. Các đặc tuyến I-V và L-V được đo để đánh giá hiệu suất quang điện của các linh kiện.

3.1. Tính chất phát quang của vật liệu nano

Các tính chất phát quang của vật liệu được nghiên cứu thông qua phổ quang huỳnh quang. Kết quả cho thấy các cấu trúc nano dị chất có khả năng phát quang mạnh, phù hợp cho các ứng dụng trong điốt phát quang hữu cơ (OLED).

3.2. Tính chất quang điện của vật liệu nano

Các đặc tuyến I-V và L-V được đo để đánh giá hiệu suất quang điện của các linh kiện. Kết quả cho thấy các cấu trúc nano dị chất có hiệu suất quang điện cao, phù hợp cho các ứng dụng trong pin mặt trời hữu cơ (OSC).

IV. Nghiên cứu tính chất điện hóa

Luận án cũng tập trung vào việc khảo sát tính chất điện hóa của các cấu trúc nano dị chất ứng dụng trong pin ion liti. Các phương pháp như phép đo dòng không đổi (CG) và phép đo điện thế quét vòng (CV) được sử dụng để đánh giá hiệu suất điện hóa của vật liệu.

4.1. Phương pháp đo điện hóa

Các phương pháp CG và CV được sử dụng để đánh giá hiệu suất điện hóa của các cấu trúc nano dị chất. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả, phù hợp cho các ứng dụng trong pin ion liti.

4.2. Ứng dụng trong pin ion liti

Các cấu trúc nano dị chất được chế tạo và khảo sát để ứng dụng trong pin ion liti. Kết quả cho thấy vật liệu có hiệu suất cao và độ bền tốt, phù hợp cho các ứng dụng thực tế.