Nghiên Cứu Chế Tạo và Tính Chất Quang của Chấm Lượng Tử Bán Dẫn Hợp Chất CuInS2

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Thủy
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Quang Liêm
• Trường học: Viện Khoa Học Vật Liệu
• Chuyên ngành: Vật liệu Quang học, Quang điện tử và Quang tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo và Tính Chất Quang của Chấm Lượng Tử Bán Dẫn CuInS2
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANÔ VÀ BÁN DẪN HỢP CHẤT I-III-VI2 CẤU TRÚC NANÔ
• 1.1. Một số hiệu ứng đặc biệt của vật liệu nanô
• 1.1.1. Hiệu ứng giam giữ lượng tử
• 1.1.2. Hiệu ứng bề mặt
• 1.2. Tính chất quang của vật liệu bán dẫn cấu trúc nanô
• 1.2.1. Tính chất hấp thụ
• 1.2.2. Tính chất phát quang
• 1.2.2.1. Một số cơ chế phát quang
• 1.2.2.2. Tính chất phát quang phụ thuộc nhiệt độ
• 1.3. Vật liệu bán dẫn hợp chất 3 nguyên I-III-VI2 cấu trúc nanô
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
• 2.1. Phương pháp chế tạo chấm lượng tử
• 2.1.1. Động học quá trình tạo mầm
• 2.1.2. Động học quá trình phát triển tinh thể
• 2.1.3. Phương pháp phun nóng (hot-injection)
• 2.1.4. Phương pháp gia nhiệt (heating-up)
• 2.1.5. Phương pháp thuỷ nhiệt (hydrothermal)
• 2.2. Một số phương pháp nghiên cứu vi hình thái và cấu trúc của vật liệu
• 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu vi hình thái
• 2.2.1.1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.2.1.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc
• 2.2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.2.2.2. Phương pháp phổ tán xạ Raman
• 2.3. Một số phương pháp nghiên cứu tính chất quang của vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ
• 2.3.2. Phương pháp phổ huỳnh quang
• 2.3.2.1. Phương pháp phổ huỳnh quang dừng
• 2.3.2.2. Phương pháp phổ huỳnh quang phân giải thời gian
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO, VI HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CuInS2, CuIn(Zn)S2 VÀ CuInS2/ZnS
• 3.1. Chấm lượng tử CuInS2 và CuInS2/ZnS cấu trúc lõi/vỏ
• 3.1.1. Chế tạo chấm lượng tử CuInS2 và lõi CuInS2/ vỏ ZnS
• 3.1.1.1. Chế tạo chấm lượng tử CuInS2 lõi bằng phương pháp gia nhiệt
• 3.1.1.2. Chế tạo chấm lượng tử CuInS2 lõi bằng phương pháp phun nóng
• 3.1.1.3. Chế tạo chấm lượng tử CuInS2 bằng phương pháp thuỷ nhiệt
• 3.1.2. Bọc vỏ các chấm lượng tử CuInS2 với ZnS
• 3.1.3. Ảnh vi hình thái và cấu trúc của chấm lượng tử CuInS2 và CuInS2/ZnS
• 3.1.3.1. Ảnh vi hình thái của chấm lượng tử CuInS2 và CuInS2/ZnS
• 3.1.3.2. Cấu trúc của chấm lượng tử CuInS2 và CuInS2/ZnS
• 3.2. Chấm lượng tử bán dẫn hợp chất CuIn(Zn)S2 và CuIn(Zn)S2/ZnS
• 3.2.1. Chế tạo các chấm lượng tử hợp chất CuIn(Zn)S2 và CuIn(Zn)S2/ZnS
• 3.2.1.1. Chế tạo các chấm lượng tử hợp chất CuIn(Zn)S2 lõi
• 3.2.1.2. Bọc vỏ ZnS cho chấm lượng tử hợp chất CuIn(Zn)S2
• 3.2.1.3. Chế tạo các chấm lượng tử CuIn(Zn)S2 và CuIn(Zn)S2/ZnS trong môi trường nước
• 3.2.2. Ảnh vi hình thái và cấu trúc của chấm lượng tử hợp chất CuIn(Zn)S2
• 3.2.2.1. Ảnh vi hình thái của chấm lượng tử hợp chất CuIn(Zn)S2
• 3.2.2.2. Cấu trúc của chấm lượng tử hợp chất CuIn(Zn)S2
• 3.3. Chấm lượng tử hợp chất CuIn(Al)S2
• 3.3.1. Chế tạo các chấm lượng tử hợp chất CuIn(Al)S2
• 3.3.2. Cấu trúc của các chấm lượng tử hợp chất CuIn(Al)S2
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CuInS2 VÀ CuIn(Zn)S2
• 4.1. Hiệu ứng giam giữ lượng tử
• 4.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ các tiền chất Cu:In
• 4.3. Thụ động hoá bề mặt chấm lượng tử CuInS2 bằng lớp vật liệu vỏ ZnS
• 4.4. Huỳnh quang do tái hợp điện tử-lỗ trống ở các cặp đôno-axépto
• 4.5. Vai trò của Zn trong sự hình thành và phát triển các chấm lượng tử lõi hợp chất CuIn(Zn)S2
• 4.6. Vai trò của Al trong sự điều chỉnh năng lượng vùng cấm và năng lượng tái hợp phát quang trong chấm lượng tử CuIn(Al)S2
• 4.7. Tính chất hấp thụ và huỳnh quang phụ thuộc nhiệt độ của chấm lượng tử CuIn(Zn)S2
• 4.8. Sự truyền năng lượng giữa các chấm lượng tử lõi hợp chất CuIn(Zn)S2
• 4.9. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Chế Tạo Chấm Lượng Tử CuInS2

Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của chấm lượng tử bán dẫn CuInS2 đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực vật liệu nanô. Chúng có tiềm năng ứng dụng cao trong các lĩnh vực như quang điện tử và y sinh. Chấm lượng tử CuInS2 không chỉ có cấu trúc tinh thể độc đáo mà còn sở hữu các tính chất quang đặc biệt, hứa hẹn mang lại nhiều giá trị cho nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Chấm Lượng Tử CuInS2 Đặc Điểm và Ứng Dụng

Chấm lượng tử CuInS2 có cấu trúc tinh thể chalcopyrite, với khả năng phát quang mạnh mẽ. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng như đánh dấu huỳnh quang y-sinh và linh kiện quang điện tử.

1.2. Tính Chất Quang của Chấm Lượng Tử CuInS2

Tính chất quang của chấm lượng tử CuInS2 bao gồm khả năng hấp thụ và phát quang, với hiệu suất huỳnh quang cao. Những đặc điểm này làm cho chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực quang học.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Chế Tạo Chấm Lượng Tử CuInS2

Mặc dù chấm lượng tử CuInS2 có nhiều ưu điểm, nhưng việc chế tạo chúng vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như kích thước hạt không đồng đều và tính ổn định của vật liệu là những yếu tố cần được giải quyết để nâng cao hiệu suất và ứng dụng thực tiễn.

2.1. Kích Thước Hạt và Ảnh Hưởng Đến Tính Chất Quang

Kích thước hạt không đồng đều có thể ảnh hưởng đến tính chất quang của chấm lượng tử. Việc kiểm soát kích thước hạt là rất quan trọng để đạt được hiệu suất quang học tối ưu.

2.2. Tính Ổn Định của Chấm Lượng Tử CuInS2

Tính ổn định của chấm lượng tử CuInS2 trong môi trường khác nhau là một thách thức lớn. Nghiên cứu cần tập trung vào việc cải thiện tính ổn định để mở rộng ứng dụng của chúng.

III. Phương Pháp Chế Tạo Chấm Lượng Tử CuInS2 Hiệu Quả

Để chế tạo chấm lượng tử CuInS2, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng vật liệu mà còn tối ưu hóa các tính chất quang của chúng.

3.1. Phương Pháp Gia Nhiệt Trong Chế Tạo Chấm Lượng Tử

Phương pháp gia nhiệt là một trong những kỹ thuật phổ biến để chế tạo chấm lượng tử CuInS2. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các điều kiện phản ứng và kích thước hạt.

3.2. Phương Pháp Phun Nóng và Thủy Nhiệt

Phương pháp phun nóng và thủy nhiệt cũng được sử dụng để chế tạo chấm lượng tử CuInS2. Những phương pháp này giúp tạo ra các chấm lượng tử với kích thước đồng đều và tính chất quang tốt.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Tính Chất Quang của Chấm Lượng Tử CuInS2

Kết quả nghiên cứu cho thấy chấm lượng tử CuInS2 có tính chất quang vượt trội, với khả năng phát quang mạnh mẽ và hiệu suất cao. Những kết quả này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực quang học và y sinh.

4.1. Hiệu Suất Huỳnh Quang của Chấm Lượng Tử

Hiệu suất huỳnh quang của chấm lượng tử CuInS2 đạt mức cao, cho thấy khả năng ứng dụng trong các thiết bị quang học và đánh dấu y-sinh.

4.2. Ảnh Hưởng của Nhiệt Độ Đến Tính Chất Quang

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tính chất quang của chấm lượng tử CuInS2 phụ thuộc vào nhiệt độ, điều này cần được xem xét trong các ứng dụng thực tiễn.

V. Kết Luận và Triển Vọng Tương Lai của Chấm Lượng Tử CuInS2

Chấm lượng tử CuInS2 có tiềm năng lớn trong nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn. Những kết quả đạt được từ nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới cho vật liệu quang học mà còn hứa hẹn nhiều ứng dụng trong y sinh.

5.1. Triển Vọng Ứng Dụng Trong Y Sinh

Chấm lượng tử CuInS2 có thể được sử dụng trong các ứng dụng y sinh như đánh dấu huỳnh quang, nhờ vào tính không độc và hiệu suất quang cao.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện tính ổn định và hiệu suất quang của chấm lượng tử CuInS2 để mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác.