Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và tính chất quang các hạt nano keo huỳnh quang CdSe CdS và CdSe CdS SiO2 trong môi trường nước (Luận văn thạc sĩ)
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
NGUYỄN THỊ LAN ANH
CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO KEO HUỲNH QUANG CdSe/CdS
VÀ CdSe/CdS@SiO2 TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 60.44.01.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Thị Kim Liên
Thái Nguyên - năm 2017
Trang 2i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Thị Kim Liên và PGS.TS Chu Việt Hà, các số liệu và tài liệu trích dẫn có nguồn gốc rõ ràng Kết quả trong luận văn chưa được công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu khoa học nào khác, nếu có gì sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2017
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Lan Anh
Trang 3ii
LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Vũ Thị Kim Liên và cô giáo PGS.TS Chu Việt Hà đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện vô cùng thuận lợi cho
em trong suốt quá trình thực hiện luận văn để em có thể hoàn thành luận văn này
Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Vật
lý - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, khoa Sau Đại học - Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới chị Hoàng Thị Hằng (học viên cao học khóa
24, trường ĐHSP Hà Nội); các bạn Ngô Văn Hoàng, Phùng Văn Vững (học viên cao học trường Đại học Sư phạm - ĐHTN) cùng các bạn sinh viên trong nhóm đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm và thực hiện luận văn này
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2017
Học viên
Nguyễn Thị Lan Anh
Trang 4
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC BẢNG iv
DANH MỤC HÌNH v
MỞ ĐẦU 1
1 Lí do chọn đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu 4
3 Phương pháp nghiên cứu 5
4 Nội dung nghiên cứu 5
5 Bố cục của luận văn 5
Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 6
1.1 Tổng quan về các chấm lượng tử 6
1.1.1 Các mức năng lượng của hạt tải trong chấm lượng tử bán dẫn 6
1.1.2 Các tính chất quang lý của các chấm lượng tử 9
1.1.3 Độ độc hại của các chấm lượng tử 13
1.1.4 Phương pháp chế tạo chấm lượng tử 14
1.2 Tổng quan về các hạt nano silica phát quang 15
1.2.1 Các hạt nano silica chứa tâm màu 15
1.2.2 Các phương pháp thực nghiệm chế tạo hạt nano silica 16
1.3 Nghiên cứu chế tạo các hạt nano silica chứa các chấm lượng tử CdSe/CdS 20
Kết luận chương 1 22
Chương 2: THỰC NGHIỆM 23
2.1 Thực nghiệm chế tạo mẫu 23
2.1.1 Chế tạo các hạt nano CdSe/CdS phân tán trong môi trường nước 23
2.1.2 Bọc các hạt nano CdSe/CdS bởi lớp vỏ silica bằng phương pháp Stöber 25
2.2 Các phương pháp thực nghiệm khảo sát tính chất của mẫu 27
2.2.1 Kính hiển vi điện tử truyền qua 27
2.2.2 Phương pháp đo tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering - DLS) và thế Zeta 29
Trang 5iv
2.2.3 Phép đo phổ hấp thụ 32
2.2.4 Phép đo phổ huỳnh quang 34
Kết luận chương 2 36
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
3.1 Kết quả chế tạo và các tính chất của các hạt nano chấm lượng tử CdSe/CdS 37
3.1.1 Kết quả chế tạo các hạt nano chấm lượng tử CdSe/CdS 37
3.1.2 Đặc trưng quang học của các hạt nano chấm lượng tử CdSe/CdS 38
3.1.3 Hiệu suất lượng tử của các hạt nano CdSe/CdS 44
3.2 Kết quả chế tạo và các tính chất của các hạt nano CdSe/CdS@SiO2 45
3.2.1 Kết quả chế tạo các hạt nano CdSe/CdS@SiO2 45
3.2.2 Kích thước và hình thái 46
3.2.3 Đặc trưng quang học của các hạt nano CdSe/CdS@SiO2 47
3.2.4 Bán kính thủy động học và thế zeta của các hạt nano CdSe/CdS@SiO2 49
3.3 Độ bền quang của các hạt nano CdSe/CdS và CdSe/CdS/SiO2 56
Kết luận chương 3 58
KẾT LUẬN 59
CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
Trang 6thay đổi 27 Bảng 2.4 Độ ổn định của các hạt keo trong dung dịch phụ thuộc vào thế zeta [3] 32 Bảng 3.1 Bán kính lõi CdSe của các chấm lượng tử CdSe/CdS với các tỉ lệ w khác
nhau 40 Bảng 3.2 Phát xạ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdSe/CdS với các tỉ lệ w khác
nhau 43 Bảng 3.3 Hiệu suất lượng tử tại bước sóng kích thích 480 nm 45
Trang 7v
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdSe ở các kích thước khác nhau 9
Hình 1.2 Minh họa sự phát xạ của các chấm lượng tử theo kích thước hạt 11
Hình 1.3 Chấm lượng tử có cấu trúc lõi-vỏ và minh họa cấu trúc vùng năng lượng trong chấm lượng tử cấu trúc lõi- vỏ 12
Hình 1.4 Minh họa cấu tạo của một hạt nano silica chứa tâm màu hữu cơ 15
Hình 1.5 Phổ hấp thụ và huỳnh quang của các hạt nano silica chứa Rhodamine và Rhodamine tự do trong dung môi 16
Hình 1.6 Cường độ huỳnh quang theo thời gian chiếu kích thích của các hạt nano silica chứa Rhodamine B và Rhodamine B tự do dưới kích thích của laser 532, mật độ công suất 1.821011 W/cm2 16
Hình 1.7 Sự hình thành mạng nền silica sau các quá trình thủy phân và ngưng tụ 18
Hình 1.8 Các hệ micelle: micelle thuận (phía trái) và micelle đảo (phía phải) 19
Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo hạt nano CdSe trong nước 24
Hình 2.2 Sơ đồ chế tạo các hạt nano CdSe/CdS trong nước 25
Hình 2.3 Sơ đồ quy trình chế tạo hạt nano CdSe/CdS@SiO2 26
Hình 2.4 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 28
Hình 2.5 Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL) thuộc Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương 28
Hình 2.6 Phân bố điện tích trên bề mặt hạt keo tích điện âm 31
Hình 2.7 Minh họa thế điện động zeta gần bề mặt một hạt keo 31
Hình 2.8 Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis 34
Hình 2.9 Cấu hình chi tiết của một máy phổ kế huỳnh quang Carry Eclipse 35
Hình 2.10 Ảnh chụp hệ đo huỳnh quang nhãn hiệu FS 920 tại phòng thí nghiệm Quang học và Quang phổ - Khoa vật lí, Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên 36
Hình 3.1 Ảnh chụp các mẫu dung dịch chấm lượng tử CdSe/CdS dưới ánh sáng đèn tử ngoại phát xạ các màu đỏ- cam, vàng và xanh lá cây tương ứng với các tỷ lệ w là 1, 2 và 3 37
Hình 3.2 Ảnh TEM của một mẫu chấm lượng tử CdSe/CdS w = 1 37
Trang 8vi
Hình 3.3 Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdSe và CdSe/CdS với cùng một
kích thước lõi CdSe được chế tạo với tỷ lệ w = 1 38 Hình 3.4 Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdSe/CdS với tỷ lệ w khác nhau 39 Hình 3.5 Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdSe và CdSe/CdS với cùng
một kích thước lõi CdSe được chế tạo với tỷ lệ w = 1 41 Hình 3.6 Minh họa cấu trúc lõi/vỏ của các hạt nnao CdSe/CdS đã chế tạo 41 Hình 3.7 Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdSe/CdS với các tỷ lệ w là 1,
2 và 3 dưới bước sóng kích thích 480 nm ở nhiệt độ phòng 43 Hình 3.8 Phổ huỳnh quang chuẩn hóa của các chấm lượng tử CdSe/CdS được chế
tạo với các tỉ lệ w= 1, 2, và 3 44 Hình 3.9 Phổ hấp thụ của các chấm lượng CdSe/CdS với tỉ lệ w = 1, 2 và 3 ở cùng
độ hấp thụ ở 480 nm so sánh với Rhodamine 6G 45 Hình 3.10 Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdSe/CdS với các tỉ lệ w = 1,
2 và 3 ở cùng độ hấp thụ ở 480 nm so sánh với Rhodamine 6G 45 Hình 3.11 Ảnh của các hạt nano silica chứa chấm lượng tử CdSe/CdS 46 Hình 3.12 Ảnh TEM của các hạt nano silica chứa chấm lượng tử CdSe/CdS 47 Hình 3.13 Phổ hấp thụ của các hạt nano silica chứa các chấm lượng tử CdSe/CdS
(với lượng tiền chất chế tạo ban đầu là 700µl H2O, 300µl NH4OH, 1,5µl APTES, 150µl TEOS) so sánh với các chấm lượng tử CdSe/CdS không được bọc silica 47 Hình 3.14 Phổ huỳnh quang của các hạt nano CdSe/CdS@SiO2 (với lượng tiền
chất chế tạo ban đầu là 700µl H2O, 300µl NH4OH, 1.5µl APTES, 150µl TEOS), cùng nồng độ chấm lượng tử đưa vào ban đầu so các chấm lượng tử CdSe/CdS không bọc silica 48 Hình 3.15 Phổ huỳnh quang của các hạt nano silica không chứa chấm lượng tử và
các hạt nano silica chứa chấm lượng tử (CdSe/CdS@SiO2) với cùng một điều kiện chế tạo 49 Hình 3.16 Phân bố kích thước của hạt nano CdSe/Cds@SiO2 được chế tạo với
lượng chất H2O, NH4OH, APTES, TEOS lần lượt là 700µl, 300µl, 1.5µl, 150µl 50
Trang 9vii
Hình 3.17 Thế zeta của các chấm lượng tử CdSe/CdS và hạt nano
CdSe/CdS@SiO2 51 Hình 3.18 Ảnh TEM của hạt nano CdSe/CdS/SiO2 với hai lượng xúc tác là 150 ml
(ảnh trái) và 300 ml (ảnh phải) (các lượng hóa chất khác tương ứng TEOS, H2O, APTES lần lượt là 150 µl, 700 µl, và 1,5µl) 52 Hình 3.19 Phổ hấp thụ của các hạt nano CdSe/CdS/SiO2 với các lượng xúc tác
khác nhau 52 Hình 3.20 Phổ huỳnh quang của các hạt nano CdSe/CdS/SiO2 với lượng xúc tác
khác nhau 53 Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang của các hạt
nano CdSe/CdS/SiO2 theo các lượng xúc tác khác nhau 53 Hình 3.22 Phổ hấp thụ của các hạt nano CdSe/CdS/SiO2 chế tạo với các lượng
APTES khác nhau 55 Hình 3.23 Phổ huỳnh quang của các hạt nano CdSe/CdS/SiO2 chế tạo với các lượng
APTES khác nhau 55 Hình 3.24 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang của các hạt
nano CdSe/CdS/SiO2 theo lượng APTES tham gia phản ứng 56 Hình 3.25 Sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang vào thời gian chiếu ánh sáng
kích thích của các chấm lượng tử CdSe/CdS chế tạo với w = 2 57 Hình 3.26 Phổ huỳnh quang của mẫu CdSe/CdS@SiO2 theo thời gian bảo quản mẫu 57
Trang 10cơ truyền thống và các protein phát quang tự nhiên, các chấm lượng tử có nhiều ưu điểm như độ chói và độ bền quang cao, thời gian sống phát quang dài và không bị tẩy quang nên rất thích hợp sử dụng làm chất đánh dấu huỳnh quang trong sinh học và ứng dụng trong thông tin điện tử Các tính chất quang và điện của chấm lượng tử là sự chuyển tiếp giữa tính chất của vật liệu khối và các phân tử, nguyên tử Các tính chất này phụ thuộc vào kích thước hạt do hiệu ứng giam giữ lượng tử đối với các hạt tải là điện tử và lỗ trống [27] Cụ thể, độ rộng vùng cấm của các hạt nano bán dẫn được mở rộng so với vật liệu khối và độ rộng vùng cấm càng lớn khi kích thước của các chấm lượng tử càng nhỏ Do đó tính chất của các chấm lượng tử có thể được điều khiển bằng cách thay đổi kích thước
Sự phát triển các vật liệu phát quang trên cơ sở các chấm lượng tử dạng keo được quan tâm nghiên cứu trong các ứng dụng đánh dấu y-sinh Việc nghiên cứu đưa các chấm lượng tử có tính tương thích sinh học cao trong các ứng dụng thuộc ngành hóa sinh học, công nghệ sinh học và khoa học y tế như đánh dấu và hiện ảnh tế bào, làm đầu dò phát quang cho các đối tượng và phân tử được dán nhãn ngày càng được quan tâm và phát triển
Các nghiên cứu cho thấy, tính chất phát quang của các chấm lượng tử phụ thuộc mạnh vào cấu trúc bề mặt Các trạng thái bề mặt của các chấm lượng tử làm tăng phát
xạ bề mặt do đó làm giảm hiệu suất tái hợp bức xạ nội tại của các hạt nano này Việc cải thiện tính chất quang của các chấm lượng tử nhằm nâng cao hiệu suất phát xạ bằng cách thay đổi bề mặt chấm là một chủ đề nghiên cứu quan trọng Bọc các chấm lượng
tử bằng các dung dịch hữu cơ không đồng nhất hoặclớp vỏ vô cơ là một chiến lược hiệu quả để tối ưu hóa tính chất phát quang của chấm lượng tử, chẳng hạn như sự ổn định quang hóa trở nên mạnh mẽ và tăng hiệu suất phát quang, đảm bảo các điều kiện
Trang 11Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full