Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu nano ZnS/MoS2

Chuyên khảo phân tích Luận văn chế tạo và tính chất quang của cấu trúc một chiều zns mos2, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Trần L An
• Người hướng dẫn: GS TS Phạm Thành Huy
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Vật Lý Chất Rắn
• Đề tài: Nghiên Cứu Cấu Trúc Và Tính Chất Quang Của Vật Liệu Nano ZnS/MoS2
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Quy Nhơn

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU NANO
• 1.1.1. Định nghĩa vật liệu nano
• 1.1.2. Đặc trưng của vật liệu nano
• 1.1.3. Tính chất quang
• 1.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Vật liệu ZnS
• 1.2.2. Vật liệu MoS2
• 1.2.3. Vật liệu ZnS/MoS2
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO 1D ZnS BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
• 2.1.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
• 2.1.2. Quy trình chế tạo cấu trúc nano 1D ZnS
• 2.2. CHẾ TẠO CẤU TRÚC LAI NANO 1D/2D ZnS/MoS2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT
• 2.2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
• 2.2.2. Quy trình chế tạo cấu trúc lai nano 1D/2D ZnS/MoS2 bằng phương pháp thủy nhiệt
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu hình thái bề mặt, thành phần nguyên tố của vật liệu bằng ảnh FESEM và phổ tán sắc năng lượng tia X
• 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc tinh thể bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu tính chất quang bằng phép đo phổ huỳnh quang
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ
• 3.1. HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA 1D ZnS CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
• 3.1.1. Hình thái bề mặt của vật liệu 1D ZnS
• 3.1.2. Cơ chế mọc của cấu trúc 1D ZnS
• 3.1.3. Thành phần các nguyên tố hóa học của các cấu trúc 1D ZnS
• 3.1.4. Cấu trúc 1D ZnS
• 3.2. HÌNH THÁI, CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU MoS2 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT
• 3.2.1. Hình thái bề mặt của cấu trúc 2D MoS2
• 3.2.2. Thành phần hóa học của cấu trúc 2D MoS2 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt
• 3.2.3. Cấu trúc tinh thể của 2D MoS2 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt
• 3.3. HÌNH THÁI, CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU NANO LAI 1D/2D ZnS/MoS2
• 3.3.1. Hình thái bề mặt vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2
• 3.3.2. Thành phần các nguyên tố trong mẫu vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2
• 3.3.3. Cấu trúc tinh thể của vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2
• 3.4. TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 1D ZnS VÀ VẬT LIỆU LAI 1D/2D ZnS/MoS2
• 3.4.1. Phổ huỳnh quang của cấu trúc nano 1D ZnS
• 3.4.2. Phổ huỳnh quang của cấu trúc nano lai 1D/2D ZnS/MoS2
• 3.5. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC 1D/2D ZnS/MoS2
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Nano ZnS MoS2 Cấu Trúc Ứng Dụng

Vật liệu nano ZnS/MoS2 đang thu hút sự quan tâm lớn nhờ tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quang điện tử, xúc tác quang, lưu trữ năng lượng và y sinh. Vật liệu nano được phân loại dựa trên số chiều không gian bị giới hạn ở kích thước nanomet, bao gồm không chiều (0D), một chiều (1D), hai chiều (2D) và ba chiều (3D). Cấu trúc nano thấp chiều (0D, 1D, 2D) đặc biệt hấp dẫn do các tính chất độc đáo so với vật liệu khối. Việc kết hợp các cấu trúc khác nhau, ví dụ 1D/0D hoặc 2D/1D, mở ra khả năng tăng diện tích bề mặt và tạo ra các linh kiện điện tử đặc biệt. Nghiên cứu này tập trung vào việc kết hợp ZnS (1D) và MoS2 (2D) để tạo ra cấu trúc lai hứa hẹn nhiều tính chất mới và ứng dụng tiềm năng. Theo [5] và [6], tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng, vào cỡ nanomet, đạt tới kích thước giới hạn của nhiều tính chất hoá lý của vật liệu thông thường.

1.1. Định Nghĩa và Phân Loại Vật Liệu Nano ZnS MoS2

Vật liệu nano được định nghĩa là vật liệu có ít nhất một chiều kích thước nằm trong khoảng từ 1 đến 100 nanomet [7] [22]. Dựa trên hình dạng, chúng được phân loại thành 0D, 1D, 2D và 3D. Vật liệu nano composite là một ví dụ về vật liệu 3D được tạo thành từ các cấu trúc nano thấp chiều. ZnS/MoS2 có thể tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc nano khác nhau, tùy thuộc vào phương pháp chế tạo và tỷ lệ thành phần. Việc kiểm soát kích thước và hình dạng là yếu tố then chốt để điều chỉnh tính chất của vật liệu.

1.2. Đặc Trưng và Tính Chất Quang của Vật Liệu Nano

Tính chất của vật liệu nano khác biệt so với vật liệu khối do ba hiệu ứng chính: hiệu ứng giam giữ lượng tử, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước [5] [6]. Hiệu ứng giam giữ lượng tử xảy ra khi kích thước hạt giảm xuống gần bán kính Bohr của exciton, dẫn đến lượng tử hóa các trạng thái điện tử và dao động. Hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng khi tỷ lệ số nguyên tử trên bề mặt so với tổng số nguyên tử tăng lên. Hiệu ứng kích thước làm thay đổi các đại lượng vật lý và hóa học như độ dẫn điện và nhiệt độ nóng chảy. Các trạng thái bề mặt trở thành kênh tiêu tán năng lượng không phát quang, làm giảm hiệu suất huỳnh quang của vật liệu cấu trúc nano [7].

II. Thách Thức Nghiên Cứu Vật Liệu Nano ZnS MoS2 Hiện Nay

Mặc dù vật liệu nano ZnS/MoS2 hứa hẹn nhiều ứng dụng, vẫn còn nhiều thách thức trong quá trình nghiên cứu và phát triển. Một trong những thách thức lớn nhất là kiểm soát chính xác kích thước, hình dạng và cấu trúc của vật liệu trong quá trình tổng hợp. Sự không đồng nhất về kích thước và hình dạng có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính chất quang và điện của vật liệu. Ngoài ra, việc hiểu rõ cơ chế tương tác giữa ZnS và MoS2 trong cấu trúc nano composite là rất quan trọng để tối ưu hóa tính chất của vật liệu. Theo [5] [7], các tính chất điện, từ, quang, hóa học của các vật liệu đều có kích thước tới hạn trong khoảng từ 1 nm đến 100 nm nên các tính chất này đều có biểu hiện khác thường thú vị ở vật liệu nano so với các vật liệu khối truyền thống.

2.1. Kiểm Soát Kích Thước và Hình Dạng Vật Liệu Nano

Việc kiểm soát kích thước và hình dạng của vật liệu nano là yếu tố then chốt để điều chỉnh tính chất của chúng. Các phương pháp tổng hợp khác nhau có thể dẫn đến các kết quả khác nhau về kích thước và hình dạng. Cần có các phương pháp tổng hợp tiên tiến để đảm bảo tính đồng nhất và khả năng tái tạo của vật liệu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

2.2. Hiểu Rõ Tương Tác Giữa ZnS và MoS2

Tương tác giữa ZnS và MoS2 trong cấu trúc nano composite ảnh hưởng đến tính chất quang và điện của vật liệu. Cần có các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để hiểu rõ cơ chế tương tác này. Các phương pháp mô phỏng vật liệu và tính toán lý thuyết có thể giúp dự đoán và tối ưu hóa tính chất của vật liệu.

2.3. Độ Bền và Tính Ổn Định của Vật Liệu Nano

Độ bền và tính ổn định của vật liệu nano là một yếu tố quan trọng cần xem xét cho các ứng dụng thực tế. Vật liệu nano có thể bị suy giảm tính chất theo thời gian do các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng. Cần có các biện pháp bảo vệ và ổn định hóa để đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất của vật liệu.

III. Phương Pháp Chế Tạo Cấu Trúc Nano 1D ZnS MoS2 Hiệu Quả

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp kết hợp giữa bốc bay nhiệt và thủy nhiệt để chế tạo vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2. Đầu tiên, cấu trúc nano 1D ZnS được tạo ra bằng phương pháp bốc bay nhiệt. Sau đó, lớp MoS2 được phủ lên bề mặt cấu trúc 1D ZnS bằng phương pháp thủy nhiệt. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt hơn kích thước và hình dạng của vật liệu, đồng thời tạo ra cấu trúc nano composite có tính chất quang vượt trội. Theo tài liệu gốc, vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2 được chế tạo bằng phương pháp sử dụng hai bước: đầu tiên cấu trúc nano 1 ZnS được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt, sau đó, bằng phương pháp thủy nhiệt, tiến hảnh phủ một lớp MoS2 lên bề mặt cấu trúc 1 ZnS thu được.

3.1. Quy Trình Bốc Bay Nhiệt Tạo Cấu Trúc Nano 1D ZnS

Phương pháp bốc bay nhiệt được sử dụng để tạo ra cấu trúc nano 1D ZnS. Quá trình này bao gồm việc nung nóng nguồn vật liệu ZnS trong môi trường khí trơ ở nhiệt độ cao. Hơi ZnS sau đó ngưng tụ trên chất nền để tạo thành các dây nano. Các thông số quan trọng trong quá trình này bao gồm nhiệt độ nguồn, áp suất khí và nhiệt độ chất nền.

3.2. Quy Trình Thủy Nhiệt Phủ Lớp MoS2 Lên ZnS

Phương pháp thủy nhiệt được sử dụng để phủ lớp MoS2 lên bề mặt cấu trúc nano 1D ZnS. Quá trình này bao gồm việc trộn các tiền chất MoS2 với cấu trúc ZnS trong dung dịch và đun nóng trong autoclave ở nhiệt độ và áp suất cao. Các thông số quan trọng trong quá trình này bao gồm nồng độ tiền chất, nhiệt độ và thời gian phản ứng.

IV. Phân Tích Cấu Trúc và Tính Chất Quang Vật Liệu ZnS MoS2

Các kỹ thuật phân tích khác nhau được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất quang của vật liệu nano ZnS/MoS2. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) được sử dụng để quan sát hình thái bề mặt của vật liệu. Nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) được sử dụng để phân tích thành phần nguyên tố. Phổ huỳnh quang (PL) được sử dụng để nghiên cứu tính chất quang của vật liệu. Theo tài liệu gốc, các phương pháp phân tích bao gồm: Phân tích hình thái bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), phân tích cấu trúc của mẫu vật liệu thu được qua giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), phân tích thành phần các nguyên tố của mẫu vật liệu thu được từ phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) và phân tích tính chất quang của vật liệu bằng phổ huỳnh quang (PL).

4.1. Phân Tích Hình Thái Bề Mặt Bằng FESEM

Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao về hình thái bề mặt của vật liệu nano. FESEM có thể được sử dụng để xác định kích thước, hình dạng và sự phân bố của các cấu trúc nano ZnS và MoS2.

4.2. Xác Định Cấu Trúc Tinh Thể Bằng XRD

Nhiễu xạ tia X (XRD) là một kỹ thuật mạnh mẽ để xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu nano. XRD có thể được sử dụng để xác định pha tinh thể, kích thước tinh thể và độ tinh khiết của ZnS và MoS2.

4.3. Nghiên Cứu Tính Chất Quang Bằng Phổ Huỳnh Quang PL

Phổ huỳnh quang (PL) là một kỹ thuật nhạy cảm để nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano. PL có thể được sử dụng để xác định các mức năng lượng, các khuyết tật và các quá trình tái hợp trong ZnS và MoS2.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Tính Chất Quang Vật Liệu Nano ZnS MoS2

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2 có tính chất quang vượt trội so với vật liệu ZnS thuần túy. Phổ huỳnh quang của vật liệu lai cho thấy sự tăng cường đáng kể cường độ phát xạ và sự dịch chuyển của các đỉnh phát xạ. Điều này cho thấy sự tương tác giữa ZnS và MoS2 đã ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử và các quá trình tái hợp trong vật liệu. Các kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng của vật liệu lai trong các thiết bị quang điện tử hiệu suất cao.

5.1. Phổ Huỳnh Quang của Cấu Trúc Nano 1D ZnS

Phổ huỳnh quang của cấu trúc nano 1D ZnS cho thấy các đỉnh phát xạ đặc trưng cho các khuyết tật và các quá trình tái hợp trong vật liệu. Cường độ và vị trí của các đỉnh phát xạ phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp và kích thước của cấu trúc nano.

5.2. Phổ Huỳnh Quang của Cấu Trúc Nano Lai ZnS MoS2

Phổ huỳnh quang của cấu trúc nano lai ZnS/MoS2 cho thấy sự thay đổi đáng kể so với cấu trúc ZnS thuần túy. Sự tăng cường cường độ phát xạ và sự dịch chuyển của các đỉnh phát xạ cho thấy sự tương tác giữa ZnS và MoS2 đã ảnh hưởng đến tính chất quang của vật liệu.

5.3. Cơ Chế Hình Thành Cấu Trúc 1D 2D ZnS MoS2

Cơ chế hình thành cấu trúc 1D/2D ZnS/MoS2 bao gồm hai giai đoạn chính: hình thành cấu trúc nano 1D ZnS bằng phương pháp bốc bay nhiệt và phủ lớp MoS2 lên bề mặt ZnS bằng phương pháp thủy nhiệt. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và nồng độ tiền chất ảnh hưởng đến quá trình hình thành cấu trúc.

VI. Ứng Dụng Tiềm Năng Vật Liệu Nano ZnS MoS2 Tương Lai Nào

Vật liệu nano ZnS/MoS2 có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tính chất quang vượt trội của vật liệu lai làm cho nó trở thành ứng cử viên sáng giá cho các thiết bị quang điện tử hiệu suất cao như laser tử ngoại, pin mặt trời và cảm biến khí. Ngoài ra, vật liệu lai cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng xúc tác quang để xử lý ô nhiễm môi trường và trong các thiết bị lưu trữ năng lượng. Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng này sẽ đóng góp vào sự phát triển của khoa học và công nghệ.

6.1. Ứng Dụng Trong Thiết Bị Quang Điện Tử

Vật liệu nano ZnS/MoS2 có thể được sử dụng trong các thiết bị quang điện tử như laser tử ngoại, pin mặt trời và cảm biến khí. Tính chất quang vượt trội của vật liệu lai làm cho nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng này.

6.2. Ứng Dụng Trong Xúc Tác Quang

Vật liệu nano ZnS/MoS2 có thể được sử dụng trong các ứng dụng xúc tác quang để xử lý ô nhiễm môi trường. Vật liệu lai có khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các cặp điện tử-lỗ trống, có thể phân hủy các chất ô nhiễm.

6.3. Ứng Dụng Trong Lưu Trữ Năng Lượng

Vật liệu nano ZnS/MoS2 có thể được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ năng lượng như pin lithium-ion và siêu tụ điện. Vật liệu lai có diện tích bề mặt lớn và độ dẫn điện cao, làm cho nó trở thành lựa chọn tiềm năng cho các ứng dụng này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

GI O Ụ V OT O TR ỜNG I HỌC QU NH N TRẦN LÊ ANH ÀO CHẾ T O VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CẤU TRÚC MỘT CHIỀU ZnS/MoS2 C u nn n Vật lí chất rắn M s 8440104 N ờ ớn d n GS TS P ạm Thành Huy 2 TS ỗ Quang Trung LỜI CAM OAN Tôi xin cam đoan, đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của Thầy GS. Phạm Thành Huy và Thầy TS. ỗ Quang Trung, không trùng lặp với bất kì công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng công bố trong bất kì một công trình nào.

Học viên Trần L An o LỜI CẢM N Trƣớc tiên, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến GS. Phạm Thành Huy và TS. ỗ Quang Trung, những ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ dạy, giúp đỡ hết lòng cả về vật chất lẫn tinh thần và cung cấp những kiến thức khoa học hết sức quí giá giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS.

Nguyễn Tƣ, ngƣời đã tận tình giúp đỡ, khích lệ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Tôi xin gửi lời cảm ơn em Khuất Thị Thƣ, sinh viên năm thứ 2 khoa Công nghệ Vật liệu, Trƣờng ại học Phenikaa và em Lƣu Thị Hà Thu học viên cao học Viện AIST, Trƣờng ại học Bách Khoa Hà Nội đã đồng hành cùng với tôi trong quá trình làm thực nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn tới Trƣờng ại học PHENIKAA, Viện AIST trƣờng ại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi làm thực nghiệm và đo đạc, khảo sát các tính chất của vật liệu. Tôi xin chân thành cảm ơn an Giám Hiệu Trƣờng ại Học Quy Nhơn, Ban Chủ nhiệm khoa, các thầy cô giáo của Khoa Vật lí - Trƣờng ại Học Quy Nhơn, an Giám Hiệu cùng các thầy cô tổ Vật lí trƣờng THPT Nguyễn Trãi An Khê, đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân và bạn bè đã gần gũi, động viên và chia sẻ, giúp tôi khắc phục khó khăn trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Nghiên cứu này đƣợc tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTE ) trong đề tài mã số 103. Xin trân trọng cảm ơn ! ình ịnh, tháng 9 năm 2020 Trần L An o MỤC LỤC LỜI AM OAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ẦU. Lý do chọn đề tài.

Mục đích nghiên cứu. ối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

3 HƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU NANO .1 ịnh nghĩa vật liệu nano .2 ặc trƣng của vật liệu nano. Tính chất quang. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU. Vật liệu ZnS.

Vật liệu MoS2. Vật liệu ZnS/MoS2. 22 HƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM. CHẾ T O VẬT LIỆU NANO 1D ZnS BẰNG PHƢƠNG PH P ỐC BAY NHIỆT.

Dụng cụ, thiết bị và hóa chất:. Quy trình chế tạo cấu trúc nano 1D ZnS. CHẾ T O CẤU TRÚC LAI NANO 1D/2D ZnS/MoS2 BẰNG PHƢƠNG PH P THỦY NHIỆT. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất.

Quy trình chế tạo cấu trúc lai nano 1D/2D ZnS/MoS2 bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. PHƢƠNG PH P PHÂN TÍ H. Phƣơng pháp nghiên cứu hình thái bề mặt, thành phân nguyên tố của vật liệu bằng ảnh FESEM và phổ tán sắc năng lƣợng tia X. Phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc tinh thể bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD).

Phƣơng pháp nghiên cứu tính chất quang bằng phép đo phổ huỳnh quang. 34 HƢƠNG 3: KẾT QUẢ. HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA 1D ZNS CHẾ T O BẰNG PHƢƠNG PH P ỐC BAY NHIỆT. Hình thái bề mặt của vật liệu 1D ZnS.

ơ chế mọc của cấu trúc 1D ZnS. Thành phần các nguyên tố hóa học của các cấu trúc 1D ZnS. Cấu trúc 1D ZnS. HÌNH THÁI, CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU MoS2 CHẾ T O ƢỢC BẰNG PHƢƠNG PH P THỦY NHIỆT.

Hình thái bề mặt của cấu trúc 2D MoS2. Thành phần hóa học của cấu trúc 2D MoS2 chế tạo bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. Cấu trúc tinh thể của 2D MoS2 chế tạo bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. HÌNH THÁI, CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU NANO LAI 1D/2D ZnS/MoS2.

Hình thái bề mặt vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2. Thành phần các nguyên tố trong mẫu vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2. Cấu trúc tinh của vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2. TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 1D ZnS VÀ VẬT LIỆU LAI 1D/2D ZnS/MoS2 3.1 Phổ huỳnh quang của cấu trúc nano 1D ZnS .2 Phổ huỳnh quang của cấu trúc nano lai 1D/2D ZnS/MoS2.

Ơ HẾ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC 1D/2D ZnS/MoS2. 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 56 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 58 QUYẾT ỊNH GIAO Ề TÀI LUẬN VĂN TH SĨ (bản sao) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầ đủ N ĩa tiếng việt Eg Energy in the forbidden area Năng lƣợng vùng cấm VLS Vapor - Liquid - Solid ơ chế hơi – lỏng – rắn VZn Zinc Vacancy Nút khuyết kẽm VS Sulfur Vacancy Nút khuyết lƣu huỳnh PL Photoluminescence Phổ huỳnh quang UV Ultraviolet Tử ngoại Phổ tán sắc năng lƣợng EDS Energy Dispersive X-ray Spectroscopy tia X XRD X-ray Diffraction Phổ nhiễu xạ tia X Field- Emission Scanning Electron Kính hiển vi điện tử quét FESEM Microscope phát xạ trƣờng 0D 0- Dimensional Không chiều 1D 1- Dimensional Một chiều 2D 2- Dimensional Hai chiều 3D 3- Dimensional Ba chiều 1T Tetragonal Tứ phƣơng 2H Hexagonal Lục giác 3R Rhombohedral a phƣơng NIR Near infrared Hồng ngoại gần DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Số nguyên tử và năng lƣợng hạt nano cầu [5].8 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.

Các cấu trúc nano thấp chiều phân loại theo kích thƣớc vật liệu [5]. Phổ năng lƣợng exciton [24]. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của chất bán dẫn [24]. Các loại chất bán dẫn hình thành do tạp chất.

Quá trình tái hợp của điện tử và lỗ trống trong chất bán dẫn. Các dạng cấu trúc của ZnS. Cấu trúc lớp của vật liệu MoS2 [31]. Các dạng cấu trúc tinh thể của vật liệu MoS2 (A) Bát diện (pha- 1T), ( ) Lăng trụ tam giác (pha- 2H), ( ) Lăng trụ tam giác (pha- 3R) [35].

Sự thay đổi cấu trúc vùng cấm của vật liệu MoS2 theo số lớp nguyên tử [37]. Quá trình truyền điện tử từ MoS2 sang ZnS. Quá trình truyền hạt tải tử ZnS sang MoS2 [45]. Lò bốc bay nhiệt tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học Phenikaa.

Quá trình bốc bay của vật liệu ZnS tại nhiệt độ 1150 °C. Quy trình thủy nhiệt tổng hợp cấu trúc nano lai 1D ZnS/MoS2. Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM và E S tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST)- ại học Bách khoa Hà Nội. Hệ đo giản đồ nhiễu xạ tia X (D/MAX-2500/PC) tại Viện (KICET), Hàn Quốc.

Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích là đèn Xenon công suất 450 W có bƣớc sóng từ 250 ÷ 800 nm, tại viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trƣờng ại học Bách khoa Hà Nội. Ảnh FESEM của vật liệu nano 1D ZnS tổng hợp bằng phƣơng pháp bốc bay nhiệt tại 1150 oC trong 1 giờ với các vùng nhiệt độ khác nhau. Ảnh FESEM của các dây nano ZnS với độ phóng đại khác nhau cho quan sát hạt kim loại Au xúc tác. Phổ EDS của các mẫu vật liệu ZnS 1 tƣơng ứng với ba vùng nhiệt của đế.

Phổ XRD của mẫu vật liệu nano 1D ZnS. Ảnh FESEM của MoS2 thủy nhiệt ở 180oC trong các thời gian khác nhau a&b (8 giờ), c&d (12 giờ), d&e (24 giờ). Ảnh FESEM, ảnh điện tử EDS phân bố theo lớp nguyên tố, ảnh mapping các thành phần nguyên tố và phổ EDS của mẫu MoS2 thủy nhiệt ở thời gian 12 giờ. Phổ XRD của MoS2 thủy nhiệt trong thời gian 12 giờ.

Ảnh FESEM của vật liệu nano lai 1D/2D ZnS/MoS2. Phổ EDS của cấu trúc nano lai 1D/2D ZnS/MoS2 với nồng độ MoS2 ban đầu là 0,04M và 0,2M. Phổ EDS mapping của cấu trúc 1D/2D ZnS/MoS2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của cấu trúc 1D/2D ZnS và ZnS/MoS2.

Phổ huỳnh quang PL của cấu trúc 1D ZnS. Phổ huỳnh quang của cấu trúc nano lai 1D/2D ZnS/MoS2. ơ chế hình thành cấu trúc 1D/2D ZnS/MoS2. LÝ DO CHỌN Ề TÀI Vật liệu nano là vật liệu mới có nhiều tính chất ƣu việt so với các vật liệu khối truyền thống, có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ: trong các thiết bị quang - điện tử, quang xúc tác để xử lý ô nhiễm môi trƣờng, thiết bị lƣu trữ năng lƣợng, trong pin mặt trời, trong y sinh.

Dựa vào hình dạng vật liệu, ngƣời ta chia vật liệu nano thành vật liệu nano không chiều (0D), một chiều (1D), hai chiều (2D) và ba chiều (3D) [5] [6]. Các cấu trúc nano thấp chiều dạng không chiều, dạng một chiều và dạng hai chiều đang ngày càng thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc bởi chúng có nhiều những tính chất mới mà ở dạng vật liệu khối không có [7]. Gần đây, với việc kết hợp các loại vật liệu có cấu trúc khác nhau nhƣ 1 /0 (dây nano/hạt nano) [8] [9] [10] đã làm tăng đáng kể diện tích bề mặt vật liệu giúp tăng khả năng ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến, hoặc cấu trúc 2D/1D (màng mỏng nano/dây nano) [11] [12] [13] cũng tạo ra nhiều cấu trúc linh kiện điện tử đặc biệt cho nhiều khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Tƣơng tự nhƣ vậy, chúng ta hoàn toàn có thể kết hợp vật liệu 1 và 2 để tạo ra cấu trúc một chiều đƣợc bao bọc bởi lớp vỏ hai chiều (gồm một số lớp nguyên tử) để cải thiện các tính chất bề mặt của cấu trúc một chiều đó [14] [15].

Trong các vật liệu tiềm năng và đang đƣợc quan tâm nghiên cứu sâu, rộng hiện nay thì ZnS và MoS2 đang là ứng cử viên tiềm năng cho dạng cấu trúc 1D/2D và hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tính chất và khả năng ứng dụng mới trong các lĩnh vực quang điện tử, năng lƣợng [16] [17] [18] [19].