Nghiên cứu tính chất quang của pigment nano ZnS tại HCMUTE

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO ZnS VÀ ZnS PHA TẠP

1.1. Cấu trúc của ZnS

1.2. Tính chất quang của ZnS cấu trúc nano

1.3. Phổ quang huỳnh quang (PL) của ZnS

1.4. Các hạt nano ZnS pha tạp

1.5. Các ứng dụng tiềm năng của ZnS

1.6. Tâm phát quang của các ion kim loại chuyển tiếp và lý thuyết trường tinh thể

1.6.1. Lý thuyết trường tinh thể

1.6.2. Giản đồ Tanabe – Sugano

1.6.3. Tâm phát quang Mn2+ (3d5)

1.6.4. Trường tinh thể

1.6.5. Các vị trí khác nhau của ion Mn2+ trong tinh thể

1.7. Tổng quan về các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về ZnS NPs

1.7.1. Các công trình nghiên cứu trong nước

1.7.2. Các công trình nghiên cứu ngoài nước

1.8. Hướng tiếp cận nghiên cứu và những đóng góp mới của đề tài

2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LIỆU

2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X

2.2. Phổ hấp thụ UV-Vis

2.3. Phổ quang huỳnh quang (PL)

2.4. Phổ kích thích huỳnh quang (PLE)

2.5. Phổ huỳnh quang phân giải thời gian

2.6. Phổ hồng ngoại FT-IR (Fourier Transform Infrared)

2.7. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO CÁC HẠT PIGMENT NANO ZnS VÀ ZnS:Mn2+

3.1. Quy trình thực nghiệm chế tạo các hạt nano ZnS:Mn2+ NPs bằng phương pháp kết tủa hóa học

3.2. Động học quá trình hình thành các hạt nano ZnS:Mn2+

3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chất bao axit thiolglycolic (TGA) lên tính chất quang của các hạt nano ZnS pha tạp Mn (ZnS:Mn2+)

3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X

3.5. Phổ hấp thụ UV-Vis

3.6. Phổ hồng ngoại FTIR

3.7. Phổ quang huỳnh quang

3.8. Phổ kích thích huỳnh quang

3.9. Quy trình phân tán ZnS:Mn2+ NPs trong dung dịch PVA và tạo màng ZnS:Mn2+ DQs-PVA bằng kỹ thuật in lụa

4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

I. Tổng quan về pigment nano ZnS và nghiên cứu tại HCMUTE

Đề tài nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu pigment nano ZnS, cụ thể là chế tạo và khảo sát tính chất quang học của pigment nano ZnS tại HCMUTE. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng vì ZnS là vật liệu bán dẫn không độc hại, có band gap rộng (khoảng 3.6 eV), phù hợp cho nhiều ứng dụng. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh ZnS pha tạp các ion kim loại như Mn2+ có hiệu suất phát quang cao. Mục tiêu chính là xây dựng quy trình chế tạo ZnS nano, đặc biệt là ZnS:Mn2+ NPs, và điều khiển tính chất quang học của chúng bằng cách sử dụng chất bao bề mặt như axit thiolglycolic (TGA). Nghiên cứu cũng hướng đến ứng dụng pigment nano ZnS trong mực in bảo mật. Đây là một ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật nano trong công nghiệp in ấn, phù hợp với xu hướng nghiên cứu khoa học tại HCMUTE và phát triển công nghệ hiện đại.

1.1. Tổng hợp pigment nano ZnS và kích thước hạt pigment nano ZnS

Phần này tập trung vào quá trình tồng hợp pigment nano ZnS, cụ thể là sử dụng phương pháp kết tủa hóa học ở nhiệt độ 80oC để tạo ra ZnS:Mn2+ NPs. Kích thước hạt pigment nano ZnS được kiểm soát thông qua việc điều chỉnh tỷ lệ TGA/Zn2+. Kỹ thuật tổng hợp ZnS được mô tả chi tiết, bao gồm các điều kiện phản ứng, ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng độ chất phản ứng. Kết quả được phân tích bằng các kỹ thuật như XRD, TEM, phổ hấp thụ UV-Vis, và phổ hồng ngoại FT-IR. Microscopy ZnS (TEM) cho thấy ZnS nano có dạng hình cầu với kích thước khoảng 7.5 nm. Việc kiểm soát kích thước hạt pigment nano ZnS là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến tính chất quang học của vật liệu. Nghiên cứu này đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về kỹ thuật tổng hợp ZnS và điều khiển kích thước hạt pigment nano ZnS nhằm tối ưu hóa tính chất quang học.

1.2. Tính chất quang học pigment nano ZnS và phổ phát quang ZnS

Phần này tập trung vào phân tích tính chất quang học của pigment nano ZnS, đặc biệt là phổ phát quang ZnS và phổ hấp thụ ZnS. Quang phổ học ZnS được nghiên cứu thông qua các kỹ thuật như phổ quang huỳnh quang (PL), phổ kích thích huỳnh quang (PLE), và quang điện tử. Phổ phát quang ZnS cho thấy sự phát xạ ở bước sóng khoảng 600 nm dưới kích thích UV. Phổ hấp thụ UV-Vis được sử dụng để xác định band gap ZnS. Quang phổ học cho phép xác định các thông số quan trọng như cường độ phát xạ, bước sóng phát xạ, và hiệu suất lượng tử. Tính chất quang học được đánh giá dựa trên sự ảnh hưởng của các yếu tố như kích thước hạt pigment nano ZnS, nồng độ Mn2+, và loại chất bao bề mặt. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về cơ chế phát quang ZnS và mối liên hệ giữa cấu trúc tinh thể ZnS và tính chất quang học.

1.3. Ứng dụng pigment nano ZnS trong mực in và thay đổi màu sắc

Phần này tập trung vào việc ứng dụng pigment nano ZnS trong mực in, đặc biệt là trong in bảo mật. ZnS:Mn2+ NPs được phân tán trong dung dịch PVA và sử dụng kỹ thuật in lụa để tạo màng trên đế thủy tinh và nhựa PET. Ứng dụng pigment nano ZnS này cho phép điều khiển thay đổi màu sắc của mực in thông qua việc điều chỉnh tính chất quang học của ZnS nano. Ánh sáng phát ra từ mực in được đánh giá dựa trên tọa độ màu CIE và các thông số màu khác. Việc sử dụng pigment nano ZnS trong mực in bảo mật mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong công nghệ in ấn, chống làm giả. Nghiên cứu này góp phần vào sự phát triển của ứng dụng vật liệu nano trong công nghiệp, cụ thể là trong lĩnh vực in ấn và bảo mật. Hiệu suất lượng tử của pigment nano ZnS là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả ứng dụng.

Khảo sát và chế tạo pigment nano ZnS tại HCMUTE