Tên luận án:
Nghiên cứu chế tạo và khảo sát quá trình chuyển pha ZnS/ZnO của các cấu trúc nano ZnS một chiều
Ngành:
Khoa học Vật liệu
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung vào nghiên cứu và phát triển các cấu trúc nano một chiều (1D) của ZnS và ZnS/ZnO, nhằm khai thác tiềm năng của chúng trong lĩnh vực quang điện tử và cảm biến. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ sự quan tâm ngày càng tăng đối với vật liệu nano cấu trúc một chiều và nhu cầu về các vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng cho các ứng dụng như điốt phát quang tử ngoại (UV-LED) và thiết bị hiển thị.
Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo các cấu trúc micro-nano ZnS chất lượng tinh thể cao (dây, đai, thanh nano) bằng phương pháp bốc bay nhiệt (cơ chế VLS và VS), cho thấy phát xạ gần bờ vùng (NBE) mạnh tại nhiệt độ phòng (~340 nm). Một mục tiêu trọng tâm là khảo sát quá trình chuyển pha ZnS → ZnO thông qua ôxy hóa nhiệt các cấu trúc ZnS 1D trong nhiều môi trường (không khí, khí ôxy tinh khiết, trong và sau khi nuôi). Kết quả cho thấy khả năng chuyển đổi hoàn toàn ZnS thành ZnO nanocrystalline với chất lượng tinh thể tốt và phát xạ NBE mạnh. Đặc biệt, nghiên cứu đã phát hiện và kiểm soát việc tạo ra các cấu trúc dị thể ZnS/ZnO với dải phát xạ mới tại bước sóng ~355 nm, nằm giữa phát xạ NBE của ZnS và ZnO.
Luận án cũng nghiên cứu khả năng phát xạ laser tự phát từ các đai nano ZnS ở nhiệt độ phòng, một hiện tượng trước đây chỉ quan sát được ở nhiệt độ thấp. Một đóng góp quan trọng khác là việc đưa ra lời giải thích thuyết phục về nguồn gốc của dải phát xạ màu xanh lục (green) thường thấy trong ZnS 1D, quy cho sự hình thành lớp ZnO không hoàn hảo hoặc các sai hỏng Zn-S-O trên bề mặt. Nghiên cứu còn chỉ ra rằng việc tạo lớp màng ZnO chất lượng tốt có thể tăng cường tính chất quang học, cụ thể là phát xạ NBE của ZnS.
Cuối cùng, luận án đã thành công trong pha tạp ion Mn2+ vào mạng nền ZnS 1D bằng cả phương pháp khuếch tán nhiệt và bốc bay đồng thời, tạo ra các cấu trúc phát xạ màu vàng-cam (~578 nm), chứng tỏ khả năng điều khiển tính chất quang học của vật liệu thông qua pha tạp. Những kết quả này góp phần mở rộng hiểu biết về vật liệu nano ZnS và ZnS/ZnO, đồng thời mở ra nhiều hướng ứng dụng mới trong công nghệ quang điện tử và cảm biến.
Mục lục chi tiết:
B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
Chương 1
Tổng quan về các cấu trúc nano tinh thể một chiều ZnS, ZnO và các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO
- 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- 1.1.1. Giới thiệu
- 1.1.1.1. Vật liệu nano
- 1.1.1.2. Hiệu ứng giam giữ lượng tử
- 1.1.1.3. Hiệu ứng bề mặt
- 1.1.2. Các cấu trúc nano một chiều
- 1.1.2.1. Giới thiệu
- 1.1.2.2. Cơ chế hình thành các cấu trúc nano 1D từ pha hơi
- 1.1.3. Các cấu trúc nano dị thể một chiều
- 1.2. CÁC CẤU TRÚC NANO TINH THỂ MỘT CHIỀU ZnS, ZnO
- 1.2.1. Các cấu trúc nano tinh thể một chiều ZnS
- 1.2.1.1. Tổng hợp các cấu trúc nano một chiều của ZnS
- 1.2.1.2. Tính chất quang của các cấu trúc nano một chiều ZnS
- 1.2.2. Các cấu trúc nano tinh thể một chiều ZnO
- 1.2.2.1. Hình thái cấu trúc của các nano tinh thể một chiều ZnO
- 1.2.2.2. Tính chất quang
- 1.3. CÁC CẤU TRÚC NANO DỊ THỂ MỘT CHIỀU ZnS/ZnO
- 1.3.1. Các cấu trúc nano phức tạp
- 1.3.2. Các cấu trúc nano dị thể đồng trục (lõi /vỏ)
- 1.3.3. Tính chất quang của các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO
- 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÁC THUỘC TÍNH CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SAU CHẾ TẠO
Chương 2
Nghiên cứu sự hình thành cấu trúc nano một chiều ZnS/ZnO từ các cấu trúc nano một chiều ZnS bằng phương pháp bốc bay nhiệt kết hợp với ôxy hóa nhiệt trong môi trường không khí
- 2.1. GIỚI THIỆU
- 2.2. THỰC NGHIỆM
- 2.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 2.3.1. Đánh giá các tính chất của dây nano ZnS chế tạo được bằng phương pháp bốc bay nhiệt
- 2.3.2. Nghiên cứu quá trình chuyển pha ZnS→ZnO trong môi trường không khí
- 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương 3
Sự hình thành cấu trúc nano dị thể ZnS/ZnO một chiều từ các cấu trúc nano một chiều ZnS bằng phương pháp bốc bay nhiệt kết hợp với ôxy hóa nhiệt trong môi trường khí ôxy trong khi nuôi và sau khi nuôi
- 3.1. GIỚI THIỆU
- 3.2. THỰC NGHIỆM
- 3.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 3.3.1. Sự hình thành các cấu trúc nano một chiều ZnS bằng phương pháp bốc bay nhiệt bột ZnS lên trên đế Si/Au theo cơ chế hơi - lỏng - rắn (VLS)
- 3.3.1.1. Hình thái bề mặt và các đặc tính cấu trúc của các nano tinh thể một chiều ZnS nhận được sau khi nuôi
- 3.3.1.2. Tính chất quang của dây nano, đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi
- 3.3.2. Các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO và quá trình chuyển pha ZnS → ZnO bằng phương pháp ôxy hóa nhiệt trong môi trường khí ôxy sau khi nuôi và trong khinuôi
- 3.3.2.1. Nghiên cứu quá trình chuyển pha ZnS → ZnO bằng phương pháp ôxy hóa nhiệt trong khi nuôi
- 3.3.2.2. Nghiên cứu quá trình chuyển pha ZnS → ZnO bằng phương pháp ôxy hóa nhiệt sau khi nuôi trong môi trường khí ôxy
- 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Chương 4
Nghiên cứu sự hình thành cấu trúc nano một chiều ZnS/ZnO bằng phương pháp bốc bay nhiệt theo cơ chế hơi - rắn và quá trình chuyển pha ZnS → ZnO bằng phương pháp ôxy hóa nhiệt
- 4.1. GIỚI THIỆU
- 4.2. THỰC NGHIỆM
- 4.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 4.3.1. Các cấu trúc nano một chiều ZnS nhận được sau khi nuôi bằng phương pháp bốc bay nhiệt theo cơ chế VS
- 4.3.2. Nghiên cứu quá trình chuyển pha ZnS → ZnO trong môi trường không khí vàn guồn gốc của đỉnh phát xạ màu xanh lục (green) trong các cấu trúc một chiều ZnS
- 4.3.3. Nghiên cứu các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO và quá trình chuyển pha ZnS→ZnO bằng phương pháp ôxy hóa nhiệt sau khi nuôi trong môi trường khí ôxy
- 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Chương 5
Chế tạo và tính chất quang của các cấu trúc nano một chiều ZnS, ZnS/ZnO pha tạp Mn2+
- 5.1. GIỚI THIỆU
- 5.2. THỰC NGHIỆM
- 5.2.1. Chế tạo các cấu trúc một chiều ZnS pha tạp Mn sau khi nuôi
- 5.2.2. Chế tạo các cấu trúc một chiều ZnS pha tạp Mn bằng cách bốc bay đồng thời ZnS và MnCl2
- 5.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 5.3.1. Các cấu trúc nano một chiều ZnS: Mn²⁺chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt kết hợp với khuếch tán nhiệt trong môi trường khí Ar
- 5.3.2. Khảo sát cấu trúc, tính chất quang của các cấu trúc nano một chiều ZnS pha tạp Mn2+ bằng phương pháp bốc bay nhiệt đồng thời nguồn vật liệu ZnS và MnCl2
- 5.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN LUẬN ÁN