Luận án tiến sĩ vật lý: Khám phá tính chất quang học của tinh thể nano InP qua phương pháp hóa ướt và hóa siêu âm

• Tác giả: Hồ Minh Trung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Long
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Nghiên cứu tính chất quang của tinh thể nano InP bằng phương pháp hóa ướt và hóa siêu âm
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Công nghệ nano
• 1.2. Những hiệu ứng xảy ra trên cấu trúc nano
• 1.3. Hiệu ứng kích thước lượng tử
• 1.4. Hiệu ứng bề mặt
• 1.5. Tính chất của vật liệu có cấu trúc nano
• 1.6. Vật liệu nano InP và một số kết quả nghiên cứu tính chất quang đã công bố trên thế giới
• 1.7. Các phương pháp chế tạo vật liệu
• 1.7.1. Phương pháp hóa ướt (wet chemical)
• 1.7.2. Phương pháp hóa siêu âm (sonochemical)
• 1.7.3. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.7.4. Phương pháp phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao
• 1.7.5. Phương pháp ăn mòn laze
• 2. CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT NANO In VÀ InP
• 2.1. Chế tạo hạt tinh thể nano In
• 2.2. Chế tạo hạt tinh thể nano InP
• 2.2.1. Chế tạo hạt tinh thể nano InP bằng phương pháp hóa ướt
• 2.2.2. Chế tạo hạt tinh thể nano InP bằng phương pháp hóa siêu âm
• 2.3. Quy trình rửa, thu nhận mẫu
• 2.4. Xử lý bề mặt hạt nano InP trong dung dịch HF
• 2.5. Các phương pháp và kỹ thuật khảo sát tính chất hạt nano InP
• 2.5.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM – transmission electron microscope)
• 2.5.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM - scanning electron microscope)
• 2.5.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX hay EDS: energy-dispersive x-ray spectroscopy)
• 2.5.4. Phổ nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction)
• 2.5.5. Phổ tán xạ Raman
• 2.5.6. Phổ hấp thụ UV-vis. Phổ hồng ngoại Fourier (FTIR)
• 2.5.7. Phổ phản xạ khuếch tán
• 2.5.8. Phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC TÍNH CHẤT CỦA HẠT NANO In VÀ InP CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA ƯỚT
• 3.1. Tính chất của hạt nano In chế tạo bằng phương pháp hóa ướt
• 3.2. Tính chất cấu trúc, thành phần hóa học, vi hình thái
• 3.3. Phổ hấp thụ UV-vis
• 3.4. Tính chất của hạt nano InP chế tạo bằng phương pháp hóa ướt
• 3.5. Tính chất cấu trúc, thành phần hóa học, vi hình thái
• 3.6. Tính chất quang của hạt nano InP chế tạo bằng phương pháp hóa ướt
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC TÍNH CHẤT CỦA HẠT NANO InP CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA SIÊU ÂM
• 4.1. Tính chất cấu trúc của hạt nano InP chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm
• 4.2. Tính chất cấu trúc, thành phần hóa học, vi hình thái
• 4.3. Phổ hồng ngoại FTIR
• 4.4. Tính chất quang của hạt nano InP chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm
• 4.5. Phổ hấp thụ UV-vis. Phổ phản xạ khuếch tán
• 4.6. Phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang
• 4.7. Một vài nhận xét về hai phương pháp chế tạo hạt tinh thể nano InP đã sử dụng trong luận án
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ KẾT QUẢ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tinh thể nano InP và tính chất quang

Tinh thể nano InP là một vật liệu bán dẫn quan trọng trong lĩnh vực quang điện tử, đặc biệt là trong vùng quang phổ xanh và hồng ngoại gần. Tính chất quang của tinh thể nano InP được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng phát quang hiệu quả và ứng dụng trong các linh kiện quang điện tử. Các phương pháp chế tạo như phương pháp hóa ướt và phương pháp hóa siêu âm đã được sử dụng để tạo ra các tinh thể nano InP với kích thước và hình thái khác nhau. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát các tính chất quang của tinh thể nano InP, bao gồm phổ hấp thụ UV-vis, phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang, nhằm hiểu rõ hơn về cơ chế phát quang và ứng dụng tiềm năng của chúng.

1.1. Công nghệ nano và vật liệu bán dẫn

Công nghệ nano đã mở ra nhiều cơ hội mới trong việc chế tạo các vật liệu có tính chất đặc biệt. Vật liệu bán dẫn như InP, khi được chế tạo ở kích thước nano, thể hiện các hiệu ứng lượng tử như hiệu ứng kích thước lượng tử và hiệu ứng bề mặt, làm thay đổi đáng kể các tính chất quang và điện của chúng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tinh thể nano InP có thể được sử dụng trong các ứng dụng như pin mặt trời, cảm biến quang và các thiết bị quang điện tử khác.

1.2. Phương pháp chế tạo tinh thể nano InP

Hai phương pháp chính được sử dụng trong nghiên cứu này là phương pháp hóa ướt và phương pháp hóa siêu âm. Phương pháp hóa ướt sử dụng các phản ứng hóa học trong dung dịch để tạo ra các tinh thể nano, trong khi phương pháp hóa siêu âm sử dụng sóng siêu âm để tạo ra các hạt nano với kích thước đồng đều hơn. Cả hai phương pháp đều có ưu điểm riêng và được sử dụng để tạo ra các tinh thể nano InP với các tính chất quang khác nhau.

II. Khảo sát tính chất quang của tinh thể nano InP

Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát các tính chất quang của tinh thể nano InP được chế tạo bằng phương pháp hóa ướt và phương pháp hóa siêu âm. Các kỹ thuật phân tích như phổ hấp thụ UV-vis, phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang được sử dụng để đánh giá các tính chất quang của tinh thể nano InP. Kết quả cho thấy rằng các tinh thể nano InP có khả năng phát quang mạnh trong vùng quang phổ xanh và hồng ngoại gần, điều này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực quang điện tử.

2.1. Phổ hấp thụ UV vis của tinh thể nano InP

Phổ hấp thụ UV-vis được sử dụng để xác định độ rộng vùng cấm của tinh thể nano InP. Kết quả cho thấy rằng độ rộng vùng cấm của tinh thể nano InP thay đổi theo kích thước hạt, phù hợp với hiệu ứng kích thước lượng tử. Điều này cho thấy rằng tính chất quang của tinh thể nano InP có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước hạt.

2.2. Phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang

Phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang được sử dụng để nghiên cứu cơ chế phát quang của tinh thể nano InP. Kết quả cho thấy rằng các tinh thể nano InP có khả năng phát quang mạnh trong vùng quang phổ xanh và hồng ngoại gần, điều này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực quang điện tử. Ngoài ra, việc xử lý bề mặt bằng dung dịch HF đã làm tăng cường độ huỳnh quang của tinh thể nano InP.

III. So sánh hai phương pháp chế tạo tinh thể nano InP

Nghiên cứu này cũng so sánh hiệu quả của phương pháp hóa ướt và phương pháp hóa siêu âm trong việc chế tạo tinh thể nano InP. Kết quả cho thấy rằng phương pháp hóa siêu âm tạo ra các tinh thể nano với kích thước đồng đều hơn và có tính chất quang ổn định hơn so với phương pháp hóa ướt. Tuy nhiên, phương pháp hóa ướt lại có ưu điểm về chi phí thấp và dễ dàng thực hiện hơn. Cả hai phương pháp đều có tiềm năng ứng dụng trong việc chế tạo các vật liệu quang điện tử hiệu suất cao.

3.1. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hóa ướt

Phương pháp hóa ướt có ưu điểm là đơn giản, chi phí thấp và dễ dàng thực hiện. Tuy nhiên, các tinh thể nano được tạo ra bằng phương pháp này thường có kích thước không đồng đều và tính chất quang không ổn định. Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của các ứng dụng quang điện tử.

3.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hóa siêu âm

Phương pháp hóa siêu âm tạo ra các tinh thể nano với kích thước đồng đều hơn và có tính chất quang ổn định hơn. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và chi phí cao hơn so với phương pháp hóa ướt. Mặc dù vậy, phương pháp này vẫn được ưa chuộng trong các nghiên cứu yêu cầu độ chính xác cao.