Luận văn thạc sĩ vật lý chất rắn nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ znosno2 đến sự hình thành pha và tính chất quang của hợp chất zn sn o

Luận văn thạc sĩ vật lý phân tích vật lý chất rắn nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ znosno2 đến sự hình thành pha và tính chất quang của, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Tạ Thị Minh Luôn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Vương
• Trường học: Trường Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Vật Lý Chất Rắn
• Đề tài: Nghiên cứu Ảnh Hưởng Của Tỉ Lệ ZnO: SnO2 Đến Sự Hình Thành Pha Và Tính Chất Quang Của Hợp Chất Zn-Sn-O
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bình Định

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Zn Sn O và Tỷ Lệ ZnO SnO2

Hợp chất Zn-Sn-O đang thu hút sự quan tâm lớn trong nghiên cứu vật liệu nhờ các tính chất đặc biệt như độ linh động điện tử cao, độ dẫn điện cao và các đặc tính quang học ưu việt. Sự đa dạng về pha, từ ZnO, SnO2 đến Zn2SnO4, phụ thuộc vào tỷ lệ ZnO:SnO2, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong quang xúc tác, cảm biến khí, pin mặt trời và đặc biệt là trong lĩnh vực chiếu sáng LED trắng (WLED). Bài viết này đi sâu vào ảnh hưởng của tỷ lệ này đến sự hình thành pha và tính chất quang của Zn-Sn-O, khám phá cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa vật liệu cho các ứng dụng khác nhau. Nghiên cứu này sẽ xem xét các phương pháp chế tạo khác nhau như phương pháp pha rắn và các phương pháp phân tích XRD, UV-Vis và SEM để xác định đặc tính của vật liệu.

1.1. Giới Thiệu Chi Tiết về Hợp Chất Zn Sn O ZTO

Hợp chất Zn-Sn-O (ZTO) là một vật liệu bán dẫn oxit kim loại, có nhiều pha khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ ZnO:SnO2. Các pha phổ biến bao gồm ZnO, SnO2, Zn2SnO4 và ZnSnO3. Mỗi pha có cấu trúc tinh thể và tính chất riêng biệt. Ví dụ, Zn2SnO4 có cấu trúc spinel, trong đó các ion Zn2+ nằm ở nút mạng tứ diện và Sn4+ nằm ở nút mạng bát diện. Các pha của hợp chất Zn-Sn-O đều là bán dẫn với độ rộng vùng cấm đủ lớn để ứng dụng làm vật liệu huỳnh quang. Zn2SnO4 có độ rộng vùng cấm khoảng 3,6 eV, ZnO có Eg = 3,29 eV và SnO2 có Eg = 3.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội của Zn Sn O so với Vật Liệu Truyền Thống

So với các vật liệu huỳnh quang truyền thống, hợp chất Zn-Sn-O có nhiều ưu điểm. Thứ nhất, chúng có độ bền hóa học cao và tính chất quang học tuyệt vời. Thứ hai, chúng không yêu cầu pha tạp với các ion đất hiếm hoặc kim loại chuyển tiếp, giúp giảm chi phí và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu của Nguyễn Văn Quang và cộng sự [7] đã chỉ ra tiềm năng của oxit ZnO pha Al trong công nghệ chiếu sáng rắn, nhưng nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của tỷ lệ ZnO:SnO2 đến tính chất quang và hình thành pha.

II. Thách Thức và Vấn Đề Tối Ưu Tỷ Lệ ZnO SnO2 Hiệu Quả

Mặc dù Zn-Sn-O có nhiều tiềm năng, việc tối ưu hóa tỷ lệ ZnO:SnO2 để đạt được tính chất quang mong muốn vẫn là một thách thức. Các nghiên cứu trước đây thường tập trung vào ứng dụng trong quang xúc tác và pin mặt trời, ít quan tâm đến khả năng ứng dụng trong chiếu sáng WLED. Do đó, việc xác định tỷ lệ ZnO:SnO2 tối ưu để tạo ra phổ huỳnh quang toàn phổ, cải thiện chỉ số hoàn màu (CRI) của đèn LED trắng, và hiệu suất phát quang tốt là rất quan trọng. Sự hình thành pha và cấu trúc tinh thể Zn-Sn-O cũng phụ thuộc lớn vào các điều kiện chế tạo, đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ trong quá trình thực nghiệm.

2.1. Thiếu Nghiên Cứu Về Ảnh Hưởng Tỷ Lệ Đến Tính Chất Quang

Hiện tại, còn thiếu các nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của tỷ lệ ZnO:SnO2 đến tính chất quang của Zn-Sn-O. Các công bố chủ yếu tập trung vào ứng dụng trong quang xúc tác và pin mặt trời. ALI và cộng sự [13] đã điều chế vật liệu nano ZnO-SnO2 pha tạp Ni cho ứng dụng xúc tác quang, nhưng lại không khảo sát sâu về ảnh hưởng của tỉ lệ.Việc thiếu thông tin này gây khó khăn trong việc thiết kế và chế tạo vật liệu Zn-Sn-O với tính chất quang tối ưu cho ứng dụng WLED.

2.2. Kiểm Soát Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Hình Thành Pha

Sự hình thành pha của hợp chất Zn-Sn-O bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm tỷ lệ ZnO:SnO2, nhiệt độ nung, thời gian nung và phương pháp chế tạo. Cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này để đảm bảo sự hình thành pha mong muốn. Pascariu và cộng sự [46] đã chế tạo sợi nano ZnO-SnO2 bằng kỹ thuật quay điện, nhưng cần kết hợp với quá trình nung ở 600 độ C để đạt được pha mong muốn. Sự phụ thuộc vào điều kiện chế tạo đòi hỏi sự nghiên cứu tỉ mỉ và hệ thống.

2.3. Vấn Đề về Hiệu Suất và Chỉ Số Hoàn Màu CRI của LED trắng

Một vấn đề quan trọng trong phát triển đèn LED trắng là đạt được hiệu suất cao và chỉ số hoàn màu (CRI) tốt. Đèn LED trắng truyền thống thường sử dụng các vật liệu huỳnh quang pha tạp, nhưng các vật liệu này có giá thành cao và có thể gây hại cho môi trường. Hợp chất Zn-Sn-O có tiềm năng thay thế các vật liệu này, nhưng cần tối ưu hóa tỷ lệ ZnO:SnO2 để đạt được hiệu suất và CRI mong muốn.

III. Phương Pháp Chế Tạo Tỷ Lệ ZnO SnO2 và Phương Pháp Pha Rắn

Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp pha rắn đơn giản để chế tạo hợp chất Zn-Sn-O. Phương pháp này bao gồm trộn ZnO và SnO2 với các tỷ lệ ZnO:SnO2 khác nhau, sau đó nung ở nhiệt độ cao. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp. Quá trình nung đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành pha và cải thiện tính chất quang của vật liệu. Sau quá trình chế tạo, các mẫu được phân tích bằng XRD, SEM, UV-Vis và phổ huỳnh quang để xác định cấu trúc tinh thể Zn-Sn-O, hình thái học và tính chất quang.

3.1. Chi Tiết Quy Trình Chế Tạo Pha Rắn Zn Sn O

Quy trình chế tạo pha rắn bao gồm các bước sau: Trộn bột ZnO và SnO2 với tỷ lệ ZnO:SnO2 mong muốn. Nghiền hỗn hợp bằng cối chày trong thời gian đủ dài để đảm bảo sự đồng nhất. Nung hỗn hợp ở nhiệt độ cao (ví dụ: 1100°C) trong không khí. Lặp lại quá trình nung nhiều lần để cải thiện tính chất quang. Điều quan trọng là kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ nung và thời gian nung để đạt được pha mong muốn.

3.2. Ưu Điểm và Hạn Chế của Phương Pháp Pha Rắn

Phương pháp pha rắn có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp. Tuy nhiên, phương pháp này có thể khó kiểm soát kích thước hạt và hình thái học của sản phẩm. Ngoài ra, cần nhiệt độ nung cao để thúc đẩy phản ứng, có thể dẫn đến sự bay hơi của các thành phần. Phương pháp sol-gel, phun nhiệt phân hoặc phún xạ có thể cung cấp khả năng kiểm soát tốt hơn về kích thước hạt và hình thái học.

3.3. Các Phương Pháp Phân Tích Vật Liệu Zn Sn O

Sau khi chế tạo, các mẫu Zn-Sn-O được phân tích bằng nhiều phương pháp để xác định cấu trúc tinh thể Zn-Sn-O, hình thái học và tính chất quang. XRD (Nhiễu xạ tia X) được sử dụng để xác định pha và cấu trúc tinh thể Zn-Sn-O. SEM (Kính hiển vi điện tử quét) được sử dụng để khảo sát hình thái bề mặt và kích thước hạt. UV-Vis spectroscopy được sử dụng để đo phổ hấp thụ quang và xác định độ rộng vùng cấm (band gap). Phổ huỳnh quang được sử dụng để nghiên cứu tính chất phát xạ quang.

IV. Ảnh Hưởng Tỷ Lệ ZnO SnO2 Đến Hình Thành Pha và Tính Chất Quang

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ ZnO:SnO2 có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành pha và tính chất quang của hợp chất Zn-Sn-O. Khi tỷ lệ thay đổi, các pha khác nhau (ZnO, SnO2, Zn2SnO4) có thể hình thành. Mỗi pha có một phổ phát quang riêng biệt, góp phần vào phổ phát quang tổng thể của vật liệu. Các tâm khuyết tật trong cấu trúc cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát quang. Nghiên cứu này tập trung vào việc giải thích vai trò của các tâm khuyết tật trong bột huỳnh quang chế tạo được.

4.1. Mối Quan Hệ Giữa Tỷ Lệ ZnO SnO2 và Cấu Trúc Tinh Thể Zn Sn O

Tỷ lệ ZnO:SnO2 quyết định loại pha nào sẽ hình thành trong hợp chất Zn-Sn-O. Ví dụ, khi tỷ lệ ZnO cao hơn, pha ZnO có thể chiếm ưu thế. Khi tỷ lệ SnO2 cao hơn, pha SnO2 có thể chiếm ưu thế. Ở một tỷ lệ nhất định, pha Zn2SnO4 có thể hình thành. Phân tích XRD được sử dụng để xác định các pha khác nhau và cấu trúc tinh thể Zn-Sn-O tương ứng.

4.2. Tác Động của Tỷ Lệ Đến Khe Năng Lượng Vùng Cấm Band Gap

Tỷ lệ ZnO:SnO2 ảnh hưởng đến độ rộng khe năng lượng vùng cấm (band gap) của hợp chất Zn-Sn-O. Thông thường, độ rộng vùng cấm giảm khi tỷ lệ SnO2 tăng. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến phổ hấp thụ quang và tính chất phát xạ quang của vật liệu. UV-Vis spectroscopy được sử dụng để đo độ rộng vùng cấm.

4.3. Vai Trò Của Các Tâm Khuyết Tật Trong Phát Quang

Các tâm khuyết tật trong cấu trúc tinh thể Zn-Sn-O đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát quang. Các khuyết tật có thể tạo ra các mức năng lượng trung gian trong vùng cấm, cho phép các electron chuyển từ vùng dẫn xuống vùng hóa trị và phát ra ánh sáng. Loại và nồng độ của các khuyết tật phụ thuộc vào tỷ lệ ZnO:SnO2 và điều kiện chế tạo.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Đèn LED Trắng WLED và Tỷ Lệ ZnO SnO2

Nghiên cứu này cũng khảo sát ứng dụng của hợp chất Zn-Sn-O trong đèn LED trắng (WLED). Các mẫu Zn-Sn-O với các tỷ lệ ZnO:SnO2 khác nhau được phủ lên chip LED UV, và các thông số của đèn LED được đánh giá, bao gồm CRI, nhiệt độ màu (CCT) và hiệu suất phát quang (LER). Mục tiêu là tìm ra tỷ lệ ZnO:SnO2 tối ưu để tạo ra đèn LED trắng với CRI cao và hiệu suất tốt, thay thế các vật liệu huỳnh quang truyền thống.

5.1. Đánh Giá Chỉ Số Hoàn Màu CRI Của Đèn LED Trắng

Chỉ số hoàn màu (CRI) là một thước đo quan trọng về chất lượng ánh sáng của đèn LED trắng. CRI càng cao, ánh sáng càng trung thực và tự nhiên. Tỷ lệ ZnO:SnO2 ảnh hưởng đến CRI của đèn LED trắng. Mục tiêu là tìm ra tỷ lệ ZnO:SnO2 để đạt được CRI cao nhất.

5.2. Ảnh Hưởng Đến Nhiệt Độ Màu Tương Quan CCT

Nhiệt độ màu tương quan (CCT) là một thước đo về màu sắc của ánh sáng trắng. CCT thấp tương ứng với ánh sáng ấm (đỏ), trong khi CCT cao tương ứng với ánh sáng lạnh (xanh). Tỷ lệ ZnO:SnO2 ảnh hưởng đến CCT của đèn LED trắng. Cần kiểm soát tỷ lệ ZnO:SnO2 để đạt được CCT mong muốn.

5.3. Tối Ưu Hiệu Suất Phát Quang LER

Hiệu suất phát quang (LER) là một thước đo về hiệu quả chuyển đổi điện năng thành ánh sáng. LER càng cao, đèn LED càng tiết kiệm năng lượng. Tỷ lệ ZnO:SnO2 ảnh hưởng đến LER của đèn LED trắng. Cần tối ưu hóa tỷ lệ ZnO:SnO2 để đạt được LER cao nhất.

VI. Kết Luận Tiềm Năng và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Zn Sn O

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng tỷ lệ ZnO:SnO2 có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành pha và tính chất quang của hợp chất Zn-Sn-O. Bằng cách kiểm soát tỷ lệ ZnO:SnO2, có thể điều chỉnh tính chất quang của vật liệu và ứng dụng nó trong đèn LED trắng với CRI cao và hiệu suất tốt. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu huỳnh quang không pha tạp, thân thiện với môi trường cho ứng dụng chiếu sáng.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Nghiên cứu đã xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ ZnO:SnO2, sự hình thành pha và tính chất quang của hợp chất Zn-Sn-O. Các kết quả cho thấy có thể điều chỉnh tính chất quang của vật liệu bằng cách thay đổi tỷ lệ ZnO:SnO2. Nghiên cứu cũng đã chứng minh tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong đèn LED trắng.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Ứng Dụng Vật Liệu Zn Sn O

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện chế tạo để cải thiện tính chất quang của hợp chất Zn-Sn-O. Cần nghiên cứu các phương pháp chế tạo khác, chẳng hạn như sol-gel, để kiểm soát tốt hơn kích thước hạt và hình thái học. Ngoài ra, cần nghiên cứu sâu hơn về vai trò của các tâm khuyết tật trong quá trình phát quang.

6.3. Tiềm Năng Ứng Dụng Rộng Rãi Của Hợp Chất Zn Sn O

Ngoài ứng dụng trong đèn LED trắng, hợp chất Zn-Sn-O còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác, bao gồm quang xúc tác, cảm biến khí và pin mặt trời. Nghiên cứu sâu hơn về tính chất và ứng dụng của vật liệu này có thể mang lại nhiều lợi ích cho xã hội.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU 1. Cấu trúc của vật liệu ZnO, SnO2 1. Cấu trúc của vật liệu ZnO ZnO là hợp chất bán dẫn nhóm AIIBVI thường kết tinh ở hai dạng thù hình chính: Lục giác Wurzite và lập phương giả kẽm. Ngoài ra, ZnO còn tồn tại dưới dạng lập phương đơn giản kiểu NaCl khi ở áp suất cao.

Đặc điểm các dạng cấu trúc đó được mô tả dưới đây [16]. Cấu trúc tinh thể ZnO (a) Cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl; (b) Cấu trúc lập phương giả kẽm; (c) Cấu trúc lục giác Wurtzite [16] * Cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl Đây là cấu trúc giả bền của ZnO xuất hiện ở áp suất cao. Trong cấu trúc 10 này mỗi ô cơ sở gồm 4 phân tử ZnO (hình 1.1a) Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh: Nếu áp suất chuyển pha được tính khi một nửa lượng vật chất đã hoàn thành quá trình chuyển pha thì áp suất chuyển pha từ lục giác Wurzite sang lập phương khoảng 8,7 Gpa. Khi áp suất giảm tới 2 Gpa thì cấu trúc lập phương kiểu NaCl lại biến đổi thành cấu trúc lục giác Wurzite.

Hằng số mạng của cấu trúc lập phương kiểu NaCl khoảng 4,27 Å. * Cấu trúc lập phương giả kẽm Ở nhiệt độ cao, tinh thể ZnO tồn tại ở cấu trúc lập phương giả kẽm. Đây là cấu trúc giả bền của ZnO. Trong cấu trúc này, mỗi ô mạng có 4 phân tử ZnO trong đó 4 nguyên tử Zn nằm ở vị trí có toạ độ: (1/4,1/4,1/4); (1/4,3/4,3/4); (3/4,1/4,3/4); (3/4,3/4,1/4) và 4 nguyên tử oxy nằm ở vị trí có toạ độ: (0,0,0); (0,1/2,1/2); (1/2,0,1/2); (1/2,1/2,0).

Mô hình cấu trúc lập phương giả kẽm được mô tả trên hình 1. * Cấu trúc lục giác Wurtzite Đây là cấu trúc bền vững của tinh thể ZnO. Trong cấu trúc này, mỗi ô mạng có 2 phân tử ZnO, trong đó 2 nguyên tử Zn nằm ở vị trí có toạ độ (0,0,0) và (1/3, 2/3, 1/2) còn 2 nguyên tử O nằm ở vị trí có toạ độ (0, 0, u) và (1/3, 1/3, 1/2+u) với u = 3/5. Mạng lục giác Wurtzite có thể coi là 2 mạng lục giác lồng vào nhau, một mạng chứa các anion O2- và một mạng chứa các cation Zn2+.

Mỗi nguyên tử Zn liên kết với 4 nguyên tử O nằm ở 4 đỉnh của một tứ diện, trong đó 1 nguyên tử ở khoảng cách u.c, 3 nguyên tử còn lại ở khoảng cách [ 1/3 a2 + c2( u - 1/2 )2 ]1/2. Ở 300K, ô cơ sở của ZnO có hằng số mạng a = b = 3,249Å và c = 5,206 Å. Mô hình cấu trúc lục giác Wurtzite được mô tả trên hình 1. 11 Trong ô cơ sở tồn tại 2 trục phân cực song song với mặt (001).

Khoảng cách giữa các mặt phẳng mạng có chỉ số Miller (hkl) trong hệ lục giác wurtzite là: 1 a = [4] d2 4 2 2 a 2 (h + k + hk ) + l 2 2 3 c 1. Cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu ZnO * Cấu trúc vùng năng lượng của mạng lập phương kiểu NaCl Mạng này có đối xứng kiểu lập phương tâm mặt nên cũng có các véc tơ cơ sở giống với các véc tơ cơ sở của mạng lập phương giả kẽm. Vì vậy, vùng Brilouin cũng giống như của mạng lập phương giả kẽm. * Cấu trúc vùng năng lượng của mạng lập phương giả kẽm Mạng lập phương giả kẽm có đối xứng tịnh tiến của mạng lập phương tâm mặt nên có các véc tơ cơ sở là 1 1 1 a1 = a(1,1,0); a2 = a(1,0,1); a3 = a(0,1,1) 2 2 2 Do đó, mạng đảo là mạng lập phương tâm khối, có các véc tơ cơ sở −1 1 b1 = 2a −1 (1, ,0); b2 = 2a −1 (1, ,0); b3 = 2c −1 (0,0,1); 3 3 Vậy vùng Brilouin là khối bát diện cụt.

* Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở dạng lục giác Wurzite Các véc tơ tịnh tiến của ô cơ sở là 1 1 1 a1 = a(1, − 3,0); a2 = a(1, 3,0); a3 = c(0,0,1) 2 2 2 Các véc tơ trong không gian mạng đảo được xác định −1 b1 = 2a−1(1, ,0); b2 = 2a−1(1, ,0); b3 = 2c−1(0,0,1); 1 3 3 12 Vùng Brilouin của ô cơ sở của cấu trúc lục giác Wurzite có dạng khối lục lăng 8 mặt. Sơ đồ vùng Brilouin và sơ đồ vùng năng lượng được trình bày trên hình 1. Vùng Brilouin của cấu trúc lục giác Wurzite Hình 1. Sơ đồ vùng dẫn và vùng hoá trị của bấn dẫn có cấu trúc tinh thể Wurzite 13 1.

Cấu trúc của vật liệu SnO2 Hình 1. Mô hình cấu trúc tinh thể của SnO2 [1]. Vật liệu SnO2 là vật liệu bán dẫn thuộc nhóm AIVBVI. Bán dẫn SnO2 thường có cấu trúc kiểu rutile.

Mạng tinh thể SnO2 có các ô cơ sở thuộc hệ tứ giác tâm khối của cation thiếc (Sn) và các anion ôxy (O) tạo thành bát diện đều quanh Sn. Trong ô cơ sở có chứa 6 nguyên tử, gồm 2 nguyên tử Sn và 4 nguyên tử ôxy. Các nguyên tử Sn tạo thành mạng lập phương tâm khối và các nguyên tử ôxy được đặt gần đúng tại các đỉnh của khối bát diện đều [1]. Hằng số mạng của SnO2 là: a = b = 4,7373 Å, c = 3,1864 Å [44] [1].

Cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu SnO2 Các kết quả nghiên cứu lý thuyết vùng năng lượng của SnO 2 cho thấy đây là bán dẫn có vùng cấm thẳng. Giản đồ cấu trúc vùng năng lượng của SnO 2 được biểu diễn ở hình (1. Ta có thể nhận thấy tại tâm vùng Brillouin () cực đại vùng hoá trị và cực tiểu vùng dẫn nằm trên cùng một véctơ sóng k. Giá trị khe năng lượng nhỏ nhất vào cỡ Eg = 3,6 (eV) tại nhiệt độ phòng [1].

Năng lượng liên kết exciton trong SnO2 rất lớn (cỡ 130 meV). Giản đồ cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn SnO2 [1]. Cấu trúc và tính chất quang học của. vật liệu Zn-O-Sn 1.

Cấu trúc của các pha Zn-O-Sn Khi kết hợp bột kẽm oxit (ZnO) và oxit stannic (SnO2) với nhau, chúng ta có thể nhận được nhiều pha của chúng tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp. Đặc biệt, Sunandan Baruah et al. [50] thảo luận rằng bằng cách sử dụng phương pháp thủy nhiệt, họ có được một hỗn hợp pha của ZnSnO3, Zn2SnO4 và SnO2. Ngoài ra, các tác giả này đã cho rằng có sự biến đổi qua một dạng bền (ZnSnO3) ở nhiệt độ trong khoảng 300–5000C thành orthostannat kẽm bền (Zn2SnO4) ở nhiệt độ trên 6000C.

Hầu hết các báo cáo trước đây đều có kết quả tương tự [50], [56], [30] ZnSnO3 siêu bền có cấu trúc perovskite hướng tâm, trong khi Zn2SnO4 có thể chỉnh hình có cấu trúc spinel lập phương như được thấy trong (hình 1. Cấu trúc perovskite đối với ZnSnO3 và cấu trúc spinel lập phương đối với Zn2SnO4 [50]. Mô hình cấu trúc cho bột ZnSnO3 (a) và Zn2SnO4 (b) (kích thước của nguyên tử dựa trên một tỷ lệ tùy ý) [56]. Mô hình cấu trúc cho bột Zn2SnO4 [50].

Tính chất quang học của các hợp chất Zn-O-Sn Composite ZnO - SnO2 với các pha khác nhau đã được nhiều nhà khoa học quan tâm bởi tính ứng dụng rộng rãi, giá thành rẻ cũng như an toàn với môi trường. Chúng được sản xuất bằng nhiều phương pháp và được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, chỉ có một số báo cáo nhỏ tập trung vào thuộc tính quang học của các vật liệu chủ này. 16 Smilja Markovi´et al.

báo cáo rằng phổ PL của hỗn hợp ZnO - SnO2 (hình 1.9), bao gồm sáu dải tập trung ở 380, 411, 433, 454, 486 và 546 [52]. Phổ PL được tách sóng bằng hàm Gaussian [52]. Phổ hấp thụ UV-vis được đo để xác định độ rộng vùng cấm của vật liệu nano Zn2SnO4 nguyên chất và ZnO pha tạp chất SnO2 / Zn2SnO4 bởi Tiekun Jia et al. Vì vậy, độ rộng vùng cấm của vật liệu nano Zn2SnO4 nguyên chất và ZnO2 / Zn2SnO4 pha tạp chất được ước tính lần lượt là 3,58 eV và 3,60 eV.

Phổ hấp thụ UV-vis của Zn2SnO4 nguyên chất và ZnO có pha tạp chất SnO2 / Zn2SnO4 [55]. 17 Ngoài ra, phổ PL đại diện cho hai cực đại không đối xứng có tâm là 410 nm và 472 nm, trong khi đỉnh phát xạ dải tới 360 nm không được tìm thấy trong đường cong. Tham khảo các tài liệu, hai cực đại xuất hiện có thể được cho là do nút khuyết ôxy hoặc trạng thái bề mặt. Năng lượng vùng cấm của Zn2SnO4 là 3,75eV được ước tính bởi Baichhabi R.

Yakami et al. [14] khi họ nghiên cứu để mở rộng vị trí tồn tại của các dây nano ZTO thông qua việc phân tích các phổ phát xạ phân giải theo thời gian và trạng thái ổn định của chúng và sử dụng những dữ liệu này để phát triển một mô hình mô tả động lực học hạt tải điện trong các dây nano này. Phổ hấp thụ từ phổ phản xạ khuếch tán đo được đối với dây nano ZTO (màu đỏ), phổ hấp thụ của các chuyển tiếp bị cấm trực tiếp (màu xanh lá cây) phù hợp, và PLE được đo ở 640 nm (màu xanh lam) [14]. Hơn nữa, các hạt nano Zn2SnO4 được S.

Dinesh et al. Kết quả của họ cho thấy các hạt nano Zn2SnO4 có một cạnh hấp thụ dốc, điều này cho thấy sự hấp thụ liên quan đến vùng cấm là do sự chuyển đổi nội tại của các chất bán dẫn. Bằng cách sử dụng công thức tauc, có thể ước tính độ rộng vùng cấm hấp thụ quang, giá trị vùng cấm Eg là 3,64 eV. Ngoài ra, phổ PL của các hạt nano Zn2SnO4 đã được đo ở nhiệt độ phòng cho thấy một đỉnh phát xạ rộng 18 màu xanh lá cây có tâm ở 498 nm.

Theo các tác giả này, nguồn gốc của sự phát xạ này có thể phát sinh do ảnh hưởng của các nút khuyết oxy. Phổ hấp thụ UV – Vis và phổ PL của hạt nano Zn2SnO4 được tổng hợp [51]. Các thiết bị phát sáng như đèn LED, WLED và các thiết bị quang-điện tử khác dựa trên vật liệu oxit bán dẫn độ rộng vùng cấm (WBG) đang cho thấy hiệu quả và tính hữu dụng cao trong những năm gần đây vì các đặc tính vật lý nhiệt và hóa học ổn định của chúng [41], [12]. Ngoài ra, đèn LED dựa trên WBG tạo ra nhiều hơn 10 lần ánh sáng trên mỗi watt năng lượng đầu vào so với bóng đèn sợi đốt tương đương và kéo dài tuổi thọ sử dụng lên 30 lần hoặc hơn [12].

Kẽm oxit và thiếc đioxit là một trong những vật liệu mạng tinh thể được ứng dụng nhiều so với các vật liệu khác do chi phí thấp, tổng hợp đơn giản và hoạt động ổn định [11].