Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của plasmon bề mặt trên tính chất quang của vật liệu ZTO và Opal SiO2 với hạt kim loại Au, Ag

• Tác giả: Nguyễn Duy Thiện
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Vũ
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Plasmon Bề Mặt Trên Tính Chất Quang Của Vật Liệu ZTO Và Opal SiO2 Với Hạt Kim Loại Au, Ag
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ vật lý học
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.3. Tính chất vật liệu ZTO và ZTO:Eu
• 1.4. Tổng quan về Opal, SiO₂
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
• 2.1. Các phương pháp chế tạo vật liệu
• 2.1.1. Quy trình chế tạo vật liệu ZTO bằng phương pháp thủy nhiệt
• 2.1.2. Quy trình chế tạo vật liệu composite nền ZTO và nano Au
• 2.1.3. Quy trình chế tạo các quả cầu nano SiO₂ và Opal SiO₂
• 2.1.4. Quy trình chế tạo các hạt nano Ag
• 2.2. Các phương pháp khảo sát tính chất vật liệu
• 2.2.1. Phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể và thành phần pha
• 2.2.2. Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt vật liệu
• 2.2.3. Phương pháp khảo sát tính chất phát quang
• 2.2.4. Phương pháp khảo sát tính chất hấp thụ quang học
• 2.2.5. Phương pháp khảo sát tính chất phản xạ quang học
• 2.2.6. Phương pháp khảo sát đặc trưng tán xạ Raman
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA PLASMON BỀ MẶT TRÊN CÁC HẠT NANO Au LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO ZTO VÀ ZTO:Eu
• 3.1. Cấu trúc tinh thể, hình thái học, quá trình hình thành và phát triển của vật liệu ZTO và ZTO:Eu
• 3.2. Tính chất của vật liệu ZTO và ZTO:Eu
• 3.3. Ảnh hưởng của plasmon bề mặt trên các hạt nano Au lên tính chất quang của vật liệu ZTO và ZTO:Eu
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA PLASMON BỀ MẶT TRÊN CÁC HẠT NANO Ag LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA OPAL SiO₂ VÀ ỨNG DỤNG
• 4.1. Nghiên cứu chế tạo các quả cầu nano SiO₂
• 4.1.1. Hình thái, cấu trúc của các quả cầu nano
• 4.1.2. Ảnh hưởng của TEOS lên kích thước các quả cầu nano SiO₂
• 4.1.3. Ảnh hưởng của NH4OH lên kích thước các quả cầu nano SiO₂
• 4.2. Chế tạo và tính chất của Opal SiO₂
• 4.2.1. Hình thái bề mặt của Opal SiO₂
• 4.2.2. Phổ phản xạ và phổ phát quang của Opal SiO₂
• 4.3. Ảnh hưởng của các hạt nano Ag lên tính chất quang của Opal SiO₂
• 4.3.1. Ảnh hưởng của các hạt nano Ag lên hình thái của Opal SiO₂
• 4.3.2. Ảnh hưởng của plasmon trên các hạt nano Ag lên phổ phản xạ và phổ hấp thụ của Opal SiO₂
• 4.3.3. Ảnh hưởng của plasmon trên các hạt nano Ag lên phổ phát quang của Opal SiO₂
• 4.4. Ứng dụng của Opal SiO₂
• 4.4.1. Khả năng tăng cường tán xạ Raman cho carbendazim
• 4.4.2. Giới hạn phát hiện carbendazim của Opal Ag/SiO₂
• 4.5. Kết luận chương 4
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về plasmon bề mặt

Plasmon bề mặt là hiện tượng quan trọng trong quang học, đặc biệt là trong nghiên cứu vật liệu nano. Tương tác plasmon giữa các hạt nano kim loại như Au và Ag với ánh sáng tạo ra các hiệu ứng quang học độc đáo. Hiện tượng này có thể làm tăng cường tính chất quang của các vật liệu như ZTO và Opal SiO2. Nghiên cứu cho thấy rằng plasmon bề mặt có thể cải thiện đáng kể khả năng phát quang của các vật liệu này, nhờ vào sự tương tác giữa ánh sáng và các điện tử tự do trên bề mặt hạt nano. Điều này mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực quang học, như cảm biến và thiết bị quang học. Theo lý thuyết Mie, hiệu ứng cộng hưởng plasmon có thể được điều chỉnh thông qua kích thước và hình dạng của hạt nano, từ đó tối ưu hóa tính chất quang của vật liệu.

II. Ảnh hưởng của plasmon lên tính chất quang của vật liệu ZTO

Nghiên cứu cho thấy rằng plasmon bề mặt từ các hạt nano Au và Ag có ảnh hưởng mạnh mẽ đến tính chất quang của vật liệu ZTO. Cụ thể, sự hiện diện của các hạt nano này làm tăng cường cường độ phát quang và thay đổi phổ hấp thụ của ZTO. Các thí nghiệm cho thấy rằng khi hạt nano Au được phân tán trong ZTO, phổ phát quang của vật liệu này có sự dịch chuyển về bước sóng dài hơn, cho thấy sự tương tác giữa hạt nano và vật liệu nền. Điều này có thể được giải thích bằng cơ chế truyền năng lượng từ hạt nano đến các ion trong ZTO, dẫn đến sự gia tăng phát quang. Hơn nữa, việc điều chỉnh nồng độ hạt nano cũng cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong tính chất quang học, mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong công nghệ quang học.

III. Ảnh hưởng của plasmon lên tính chất quang của vật liệu Opal SiO2

Vật liệu Opal SiO2 cũng cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính chất quang khi được kết hợp với các hạt nano Ag. Các nghiên cứu chỉ ra rằng plasmon bề mặt từ hạt nano Ag có khả năng tăng cường hiệu ứng phát quang và phản xạ của Opal SiO2. Sự tương tác này không chỉ làm tăng cường cường độ phát quang mà còn làm thay đổi phổ phản xạ của vật liệu. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa kích thước và nồng độ của hạt nano Ag có thể tạo ra các cấu trúc quang học mới với tính năng vượt trội. Điều này mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực như cảm biến quang học và thiết bị phát quang. Nghiên cứu này khẳng định vai trò quan trọng của hạt nano trong việc cải thiện tính chất quang của vật liệu nano.

IV. Ứng dụng của plasmon trong công nghệ quang học

Các nghiên cứu về plasmon bề mặt không chỉ dừng lại ở việc cải thiện tính chất quang của vật liệu mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong công nghệ quang học. Việc sử dụng hạt nano Au và Ag trong các thiết bị quang học có thể tạo ra các cảm biến nhạy bén, có khả năng phát hiện các chất hóa học ở nồng độ thấp. Hơn nữa, các vật liệu như ZTO và Opal SiO2 có thể được ứng dụng trong các thiết bị phát quang, giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của các sản phẩm quang học. Sự kết hợp giữa tính chất quang học và công nghệ nano hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến mới trong nghiên cứu và phát triển các thiết bị quang học hiện đại.