Nghiên cứu tính chất màng mỏng của ZnO pha tạp nguyên tố đất hiếm Nghiên cứu tính chất màng mỏng của ZnO pha tạp nguyên tố đất hiếm Nghiên cứu tính chất màng mỏng của ZnO pha tạp nguyên tố đất hiếm luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
–––––––––––––––––––––––––
Nguyễn Thị Thảo
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT MÀNG MỎNG ZnO PHA TẠP NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - Năm 2014
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
–––––––––––––––––––––––––
Nguyễn Thị Thảo
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT MÀNG MỎNG ZnO
PHA TẠP NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 60.44.01.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Phạm Nguyên Hải
Hà Nội - Năm 2014
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, cho phép tôi được gửi lời cảm ơn ch}n th{nh v{ s}u sắc tới
TS Phạm Nguyên Hải l{ người đ~ trực tiếp hướng dẫn khoa học, chỉ bảo tận
tình v{ tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi trong suốt qu| trình nghiên cứu v{ thực hiện luận văn
Tôi xin ch}n th{nh c|m ơn CN Nguyễn Văn Thanh l{ người đ~ giúp đỡ
tôi rất nhiều trong qu| trình l{m việc thực nghiệm để tôi có thể ho{n th{nh luận văn n{y
Tôi xin được gửi lời cảm ơn đến c|c Thầy cô gi|o trong Khoa Vật Lý – Trường Đại học Khoa học tự nhiên Đại học Quốc gia H{ Nội, đặc biệt l{ c|c Thầy cô trong Bộ môn Vật lý chất rắn đ~ dạy dỗ v{ trang bị cho tôi những tri thức khoa học v{ tạo điều kiện học tập thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian qua
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Quang Hòa, thầy Sái Công Doanh v{ Dương Thị Mai Hương đ~ giúp đỡ tôi trong c|c phép đo
Cuối cùng xin b{y tỏ lòng biết ơn s}u sắc v{ tình yêu thương tới gia đình v{ bạn bè – nguồn động viên quan trọng nhất về mặt tinh thần cũng như vật chất giúp tôi có điều kiện học tập v{ nghiên cứu khoa học như ng{y hôm nay
Xin ch}n trọng cảm ơn!!!
H{ Nội, th|ng 12 năm 2014
Học viên
Nguyễn Thị Thảo
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả c|c kết quả được trình b{y trong luận văn l{ kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Phạm Nguyên Hải C|c số liệu v{ kết quả trong luận văn n{y l{ ho{n to{n trung thực v{ không có bất cứ sao chép n{o từ c|c công bố của người kh|c m{ không có trích dẫn trong mục t{i liệu tham khảo
Trang 5MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Danh mục c|c kí hiệu, c|c chữ viết tắt
Danh mục hình vẽ
Danhmụcbảngbiểu
Lời mở đầu
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 3
1.1 Một số tính chất vật lý của ZnO 3
1.1.1 Cấu trúc mạng lục gi|c Wurtzite 3
1.1.2 Cấu trúc mạng lập phương giả kẽm 4
1.1.3 Cấu trúc mạng lập phương đơn giản kiểu NaCl 5
1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO dạng lục gi|c wurtzite 6
1.3 TínhchấtquangcủavậtliệuZnO 8
1.4 C|cnguyêntốđấthiếm 9
1.4.1 Giới thiệu về c|c nguyên tố đất hiếm 9
1.4.2 Sự ph|t xạ của ion đất hiếm 10
1.4.3 Ion Europium III (Eu3+) 11
1.5 VậtliệuZnOphatạp Eu 3+ v{ứngdụng 13
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 15
2.1 Chế tạo mẫu bằng phương pháp phun tĩnh điện 15
2.2 C|c phương ph|p thực nghiệm x|c định tính chất của mẫu 16
2.2.1 Phương pháp nhie ̃u xạ tia X (XRD) 17
2.2.2 Phương pháp quan sát ảnh hie ̉n vi đie ̣n tử quét (SEM) 18
2.2.3 Ảnh hiển vi lực nguyên tử AFM 20
2.2.4.Phổ t|n sắc năng lượng EDS 20
Trang 62.2.5 Phổquanghuỳnh quang 21
2.2.6 Phương ph|p đo phổ t|n xạ Raman 22
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24
3.1 Nghiên cứu tính chất m{ng mỏngZnO:Eu 3+ 24
3.1.1 Hình th|i bề mặt m{ng mỏng ZnO:Eu3+ 24
3.1.2 Đặc trưng cấu trúc tinh thể của màng mỏng ZnO:Eu3+ 26
3.1.3 Phổ t|n xạ Raman 29
3.1.4 Tính chất quang của m{ng ZnO:Eu3+ 31
3.2 Ảnh hưởng của qu| trình ủ nhiệt lên tính chất m{ng mỏng ZnO:Eu 3+ 36 KẾT LUẬN 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO 42
BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 44
Trang 7DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
A2B6 Hợp chất nguyên tố nhóm 2 v{ nguyên tố nhóm 6
Góc therta
Năng lượng cùng cấm
Khí Nitơ
EDS T|n sắc năng lượng
SEM Kính hiển vi điện tử quét
XRD Nhiễu xa tia X
Ion
Trang 8DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng (a)- theo Birman v{(b)-
theo Thomas của ZnO ở l}n cận k=0
8
Hình 1.7 Giản đồ năng lượng của c|c ion RE 3+ - Giản đồ Dieke 11
Hình1.8 Giản đồ c|c mức năng lượng của ion Eu 3+ v{ c|c chuyển
Hình 2.3 Nhiễu xạ kế tia X Brucker D5005 (Bruker, Đức) tại Khoa
Hình 2.7 Thiết bịđo huỳnh quang Fluorolog FL3-22 (Jobin Yvon
Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt độ đế ở 160 (a) v{
Hình 3.2 Ảnh SEM đo trên mẫu ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt độ đế ở
Hình 3.3 Ảnh SEM (a) v{ AFM (b) đo trên mẫu ZnO:Eu 3+ (2%)
Hình 3.4.Phổ t|n sắc năng lượng EDS mẫu m{ng ZnO:Eu 3+ (2% ) ở 26
Trang 9nhiệt độ đế 200°C
Hình 3.5.Phổ XRD của c|c mẫu m{ng ZnO:Eu 3+ (2%) tại c|c nhiệt độ
lắng đọng 160 o C, 200 o C, 250 o C v{ 400 o C 27
Hình 3.6 Phổ XRD của c|c mẫu m{ng ZnO:Eu 3+ (4%) tại c|c nhiệt
độ lắng đọng 200 o C, 250 o C, 300 o C v{ 400 o C 27
Hình 3.7 Phổ t|n xạ Raman của mẫu m{ng ZnO: Eu 3+ (2%) tại c|c
Hình 3.8 Phổ t|n xạ Raman của mẫu m{ng ZnO: Eu 3+ (4%) tại c|c
Hình 3.9 Phổ kích thích huỳnh quang của ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt độ
Hình 3.10 Phổ PL tại bước sóng kích thích tại λex = 340 nm của
m{ng mỏng Zn:Eu 3+ (2%) tại c|c nhiệt độ đế: 160 o C, 200 o C, 250 o C v{
400 o C
33
Hình 3.11 Phổ PL tại bước sóng kích thích tại λex = 340 nm của
m{ng mỏng Zn:Eu 3+ (4%) tại c|c nhiệt độ đế: 200 o C, 250 o C, 300 o C v{
400 o C
33
Hình 3.12 Phổ PL bước sóng kích thích tại λex = 395 nm của m{ng
mỏng ZnO:Eu 3+ (2%) tại c|c nhiệt độ đế kh|c nhau: 200 o C, 250 o C v{
400 o C
33
Hình 3.13 Phổ PL tại bước sóng kích thích tại λex = 395 nm của
m{ng mỏng Zn:Eu 3+ (4%) tại c|c nhiệt độ đế kh|c nhau: 200 o C,
250 o C, 300 o C v{ 400 o C
34
Hình 3.14 Phổ PL kích thích tại λex =467nm của m{ng mỏng
ZnO:Eu 3+ (2%) tại c|c nhiệt độ đế:160°C, 200°C, 250°C v{ 400°C 35
Hình 3.15 Phổ PL kích thích tại λex =467nm của m{ng mỏng
ZnO:Eu 3+ (4%) tại c|c nhiệt độ đế:200°C, 250°C, 300°C v{ 400°C 36
Hình 3.16 Cơ chế truyền năng lượng trong mạng tinh thể ZnO pha
Hình 3.17 Ảnh SEM của mẫu màng ZnO:Eu 3+ (2%) nhiệt độ đế ở
Trang 10Hình 3.18 Phổ XRD của mẫu màng ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt độ đế
250°C, ủ N 2 tại 400 o C trong 4 h và không ủ 38
Hình 3.19 Phổ tán xạ Raman của mẫu màng ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt
độ đế 250°C và 400°C, ủ N 2 tại 400 o C trong 4 h 39
Hình 3.20 Phổ PL kích thích tại bước sóng 340 nm của màng
ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt độ đế 400°C ủ N 2 trong 4h 40
Hình 3.21 Phổ PL kích thích tại bước sóng 340 nm của màng
ZnO:Eu 3+ (4%) ở nhiệt độ đế 400°C ủ N 2 trong 4h 40
Hình 3.22 Phổ PL của mẫu màng ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt độ đế
200°C , ủ N 2 trong 4h và không ủ N 2 với bước sóng kích thích 395 nm 41
Hình 3.23 Phổ PL của mẫu màng ZnO:Eu 3+ (2%) ở nhiệt độ đế
250°C, ủ N 2 và không ủ N 2 với bước sóng kích thích 467 nm 41
Trang 11DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.Một số thông số vật lý của vật liệu ZnO dạng lục gi|c ở
Bảng 3.1.Gi| trị hằng số mạng tinh thể mẫu phun tĩnh điện ZnO:Eu
Trang 12TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Lê Thị Thanh Bình (1996), Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất của các màng mỏng A II B IV, Luận án phó tiến sĩ Toán-Lý, Hà Nội
2 Nguyễn Ngọc Long (2007), “Vật lý chất rắn”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
Hà Nội
3 Lê Thị Thanh Bình, Lê Duy Khánh, Nguyễn Thanh Bình, Nguyễn Ngọc Long
“Chế tạo màng SnO 2 bằng phương pháp phun tĩnh điện” Khoa Vật lý, Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN
4 Nguyễn Hữu Thắng, “Nghiên cứu và chế tạo vật liệu ZnO và ZnO pha tạp
Eu 3+ ”, Luận văn tốt nghiệp đại học 2009, và các tài liệu kèm theo
5 Nguyễn Văn Hiếu (2012), Chế tạo và nghiên cứu vật liệu ôxít kim loại có kích thước nanomét sử dụng trong pin mặt trời, Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành:
Vật lý Chất rắn; Trường Đại học khoa học tự nhiên, ĐHQGHN
6 Trần Thu Hương, Trần Kim Anh , Lê Quốc Minh (2009) , Liên hợp hóa sinh vật liệu nano phát quang YVO4:Eu nhằm đánh dấu huỳnh quang y sinh , Hội
nghị vật lý và khoa học vật liệu toàn quốc lầ thứ 6, tr 887-891
Tiếng Anh
7 Duong Thi Mai Huong, Nguyen Hoang Nam, Le Van Vu, Nguyen Ngoc Long (2012), “Preparation and optical characterization of Eu 3+ doped CaTiO 3 perovskite powders”, Journal of Alloys and Compounds 537
(2012), 54–59
8 Chih-Cheng Yang, Syh-Yuh Cheng, Hsin-Yi Lee, San-Yuan Chen, “Effects ofphase transformation on photoluminescence behavior of ZnO:Eu prepared
in different solvents” Ceramics International 32 (2006) 37–41
9 R Ayouchi, F Martin, D Leinen, J.R Ramos-Barrado (2003), “Growth of pure ZnO thin films prepared by chemical spray pyrolysis on silicon”, Journal
of Crystal Growth 247 (2003) 497–504
Trang 1310 O Lupan, T Pauporté, B Viana, P Aschehoug, M Ahmadi, B Roldan
Cuenyac, Y.Rudzevichc, Y.Linc, L.Chow “Eu-doped ZnO nanowire arrays grown by electrodeposition”, Applied Surface Science 282 (2013) 782–788
11 Meili Wanga, Changgang Huang, Zhi Huang, Wang Guo, Jiquan Huang,
Hong He, Hai Wang, Yongge Cao, QuanlinLiu, Jingkui Liang “Synthesis and photoluminescence of Eu-doped ZnO microrods prepared by hydrothermal method” Optical Materials xxx (2009)
12 M.-Garcia-Hipolito, C.D Hernasndes-Pénez, O Alvarez-Fregoso,E
Martínez, J Guzmán-Mendoza, C Falcony “Characterization of europium doped zinc aluminate luminescent coatings synthesized by ultrasonic spray pyrolysis process” Optical Materials 22 (2003) 345–351
13 T Pauporte, F Pelle, B Viana, P Aschehoug, “Synthesis and Optical Properties of Pure and Eu +3 lon Doped ZnO Nanoparticles Prepared Via Sol-Gel Method”, J Phys Chem C 111 (2007) 15427
14 Vinod Kumar, Vijay Kumar, S Som, M.M Duvenhage, O.M Ntwaeaborwa,
H.C Swart “Effect of Eu doping on the photoluminescence properties of ZnO nanophosphors for red emission applications”, Applied Surface Science 308
(2014) 419–430
15 Te-Hua Fang, Yee-Shin Chang, Liang-Wen Ji, Stephen D Prior, Walter Water, Kuan-Jen Chen, Ching-Feng Fang, Chun-Nan Fang, Siu-Tsen Shen
“Photoluminescence characteristics of ZnO doped with Eu 3+
powders”,
Journal of Physics and Chemistry of Solids 70 (2009) 1015–1018
16 F J Manjón, B Marí, J Serrano, A H Romeno (2005), “Silent Raman modes in zinx oxide and nitrides”, J Appl Phys 97, (2005)
Trang 14Bài báo liên quan đến Luận án
Phạm Nguyên Hải, Nguyễn Thị Thảo và Nông Ngọc Hồi
Hội nghị Khoa học Khoa Vật lý 2014 (sẽ xuất bản trên tạp chí VNU 2015)