Nghiên cứu tăng cường tính chất quang của chấm lượng tử CdZnS bằng nano kim loại

LỜI CAM ĐOAN

1. MỞ ĐẦU

1.1. Lý do chọn đề tài

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

1.3. Nội dung nghiên cứu

1.4. Phương pháp nghiên cứu

1.5. Cấu trúc của luận văn

2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ

2.1. Giới thiệu về các chấm lượng tử

2.2. Cấu trúc vùng năng lượng của chấm lượng tử

2.2.1. Chế độ giam giữ lượng tử yếu

2.2.2. Chế độ giam giữ trung gian

2.2.3. Chế độ giam giữ mạnh

2.3. Các dịch chuyển quang học trong các chấm lượng tử

2.4. Tính chất quang của các chấm lượng tử

2.4.1. Tính chất quang của các chấm lượng tử hai thành phần

2.4.1.1. Tính chất hấp thụ

2.4.1.2. Tính chất phát quang

2.4.2. Tính chất quang của các chấm lượng tử hợp kim

2.4.3. Tính chất quang của chấm lượng tử ba thành phần ZnxCd1-xS

2.4.4. Hiệu ứng Plasmon bề mặt

3. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO

3.1. Thực nghiệm chế tạo các chấm lượng tử CdZnS

3.2. Các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu tính chất của vật liệu

3.2.1. Hiển vi điện tử truyền qua

3.2.2. Nhiễu xạ tia X

3.2.3. Phân tích huỳnh quang tia X

3.2.4. Hấp thụ quang

3.2.5. Quang huỳnh quang

4. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Hình dạng và cấu trúc của các chấm lượng tử CdxZn1-xS

4.1.1. Ảnh TEM của chấm lượng tử CdxZn1-xS

4.1.2. Thành phần và cấu trúc của các chấm lượng tử Cdx Zn1-x S

4.2. Tính chất quang của các chấm lượng tử Cdx Zn1-x S

4.2.1. Phổ hấp thụ của các nano tinh thể Cdx Zn1-x S

4.2.2. Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử Cdx Zn1-x S

4.2.3. Tính chất quang của nano tinh thể Cdx Zn1-x S pha tạp ion kim loại

4.2.3.1. Tính chất quang của các chấm lượng tử Cdx Zn1-x S pha tạp Mn

4.2.3.2. Tính chất quang của các chấm lượng tử Cdx Zn1-x S pha tạp Cu

4.3. Ảnh hưởng nano Au lên tính chất quang của các chấm lượng tử CdZnS

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về chấm lượng tử CdZnS và nano kim loại

Chấm lượng tử CdZnS là một loại vật liệu bán dẫn nano có tính chất quang học đặc biệt, được nghiên cứu rộng rãi trong các ứng dụng quang điện tử và y sinh. Nano kim loại, đặc biệt là nano vàng (Au), được sử dụng để tăng cường tính chất quang của các chấm lượng tử thông qua hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa tính chất quang của chấm lượng tử CdZnS bằng cách kết hợp với nano kim loại, nhằm mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực như LED, pin mặt trời và cảm biến sinh học.

1.1. Cấu trúc và tính chất của chấm lượng tử CdZnS

Chấm lượng tử CdZnS là vật liệu bán dẫn hợp kim, có cấu trúc vùng năng lượng phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần Cd và Zn. Kích thước nano của chấm lượng tử dẫn đến hiệu ứng giam giữ lượng tử, làm thay đổi độ rộng vùng cấm và tính chất quang học. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, chấm lượng tử CdZnS có thể điều chỉnh tính chất quang thông qua thay đổi kích thước hoặc thành phần hóa học, mang lại hiệu suất quang học cao và độ ổn định tốt.

1.2. Vai trò của nano kim loại trong tăng cường quang học

Nano kim loại, đặc biệt là nano vàng, được sử dụng để tăng cường tính chất quang của chấm lượng tử CdZnS thông qua hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR). Hiệu ứng này làm tăng cường độ hấp thụ và phát xạ quang, đồng thời cải thiện hiệu suất lượng tử. Nghiên cứu này tập trung vào việc kết hợp nano kim loại với chấm lượng tử CdZnS để tạo ra vật liệu lai có tính chất quang học vượt trội.

II. Phương pháp nghiên cứu và chế tạo

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hóa ướt để chế tạo chấm lượng tử CdZnS và kết hợp với nano kim loại như Au. Các phương pháp thực nghiệm bao gồm nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ hấp thụ UV-Vis và phổ huỳnh quang để phân tích cấu trúc và tính chất quang của vật liệu. Quá trình chế tạo được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất quang học cao nhất.

2.1. Chế tạo chấm lượng tử CdZnS

Chấm lượng tử CdZnS được chế tạo bằng phương pháp hóa ướt, sử dụng các tiền chất hóa học như cadmium acetate, zinc acetate và lưu huỳnh. Quá trình tổng hợp được kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ và thời gian phản ứng để đạt được kích thước và thành phần mong muốn. Các mẫu được phân tích bằng XRD và TEM để xác định cấu trúc tinh thể và kích thước hạt.

2.2. Kết hợp nano kim loại với chấm lượng tử CdZnS

Nano kim loại như Au được kết hợp với chấm lượng tử CdZnS thông qua quá trình phủ lên bề mặt hoặc tạo cấu trúc lai. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt của nano kim loại được khai thác để tăng cường tính chất quang của chấm lượng tử CdZnS. Các mẫu lai được phân tích bằng phổ hấp thụ và huỳnh quang để đánh giá hiệu quả tăng cường quang học.

III. Kết quả và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc kết hợp nano kim loại với chấm lượng tử CdZnS làm tăng đáng kể cường độ hấp thụ và phát xạ quang. Các mẫu lai có hiệu suất lượng tử cao và độ ổn định tốt, phù hợp cho các ứng dụng trong LED, pin mặt trời và cảm biến sinh học. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ nano và vật liệu nano trong lĩnh vực quang điện tử.

3.1. Tăng cường tính chất quang học

Kết quả phân tích phổ hấp thụ và huỳnh quang cho thấy, nano kim loại làm tăng cường độ hấp thụ và phát xạ của chấm lượng tử CdZnS. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt của nano kim loại giúp tăng hiệu suất lượng tử và cải thiện tính chất quang học của vật liệu lai.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Vật liệu lai chấm lượng tử CdZnS và nano kim loại có tiềm năng ứng dụng lớn trong các lĩnh vực như LED, pin mặt trời và cảm biến sinh học. Tính chất quang học vượt trội và độ ổn định cao của vật liệu lai mở ra cơ hội phát triển các thiết bị quang điện tử hiệu suất cao.

Luận Văn Thạc Sĩ: Tăng Cường Tính Chất Quang Của Chấm Lượng Tử CdZnS Bằng Nano Kim Loại