Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại bức xạ năng lượng cao đến các tính chất của chấm lượng tử cdte định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHÙNG VIỆT TIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ NĂNG LƯỢNG CAO ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdTe ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG T

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHÙNG VIỆT TIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ NĂNG LƯỢNG CAO ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdTe ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

TRONG MÔI TRƯỜNG VŨ TRỤ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHÙNG VIỆT TIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ NĂNG LƯỢNG CAO ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdTe ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

TRONG MÔI TRƯỜNG VŨ TRỤ

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH BÌNH

Hà Nội - 2011

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NANO TINH THỂ CdTe 3

1.1 Giới thiệu về vật liệu nano 3

1.2 Tính chất chung của CdTe 7

1.2.1 Tính chất cấu trúc 7

1.2.2 Tính chất quang 10

1.2.3 Ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài lên tính chất của CdTe 11

1.3 Ứng dụng 14

1.3.1 Ứng dụng vật liệu nano 14

1.3.2 Ứng dụng nano tinh thể CdTe 17

CHƯƠNG 2:KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 19

2.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 19

2.2 Chế tạo mẫu 20

2.3 Xử lý mẫu 21

2.4 Kỹ thuật đo phổ hấp thụ 22

2.5 Kỹ thuật đo phổ huỳnh quang 25

2.6 Kỹ thuật đo thời gian sống huỳnh quang 26

CHƯƠNG 3:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Ảnh hưởng của bức xạ tia X 29

3.1.1 Phổ hấp thụ 29

3.1.2 Phổ huỳnh quang 30

3.2 Ảnh hưởng của bức xạ tia Gamma 31

3.2.1 Phổ hấp thụ 31

3.2.2 Phổ huỳnh quang 32

3.2.3 Thời gian sống 33

3.3 Ảnh hưởng của bức xạ Nơtron nhiệt 38

3.3.1 Phổ hấp thụ 38

3.3.2 Phổ huỳnh quang 39

3.4 Ảnh hưởng của bức xạ photon hãm 40

3.4.1 Phổ hấp thụ 40

3.4.2 Phổ huỳnh quang 41

3.4.3 Thời gian sống 42

KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1.Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano cấu tạo từ

nguyên tử giống nhau

Bảng 1.2.Các thông số mạng tinh thể của một số hợp chất thuộc nhóm A 2 B 6

Bảng 1.3 Các thông số vùng năng lượng của CdTe

Bảng 1.4.Ước tính sản lượng các loại vật liệu và thiết bị nano khác nhau của

thế giới trên cơ sở các tổng quan và Tạp chí Hóa học Quốc tế (2003 - 2004 ) và nghiên cứu thị trường (BCC 2001)

Bảng 1.5.Sản lượng điện do pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới Bảng 3.1.Các giá trị khớp theo hàm stretched-exponential đường cong suy

giảm phát quang của chấm lượng tử CdTe theo bước sóng, mẫu không xử lý và mẫu CdTe chiếu xạ tia Gamma

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1.Một số thực thể từ nhỏ như nguyên tử ( kích thước khoảng

angstron) đến lớn như tế bào động vật (khoảng một vài chục micron)

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa tỉ số nguyên tử bề mặt và tổng số nguyên tử với

số lớp nguyên tử khác nhau trong một cấu trúc nano

Hình 1.3 Sự thay đổi hình thái từ tinh thể dạng khối tới chấm lượng tử dẫn

tới cấu trúc vùng năng lượng và hàm mật độ trạng thái của chất bán dẫn cũng thay đổi theo

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tinh thể giả kẽm liên kết tứ diện và đối xứng lập phương (a) và cấu trúc vùng Brillouin(b)

Hình 1.5 Cấu trúc vùng năng lượng của CdTe

Hình 1.6 Phổ hấp thụ (trái) và phổ phát xạ (phải) của chấm lượng tử CdTe

bọc TGA (thiolglycolic acid) trong dung môi H 2 O Màu sắc của chấm lượng tử thay đổi từ đỏ đến xanh ứng với sự giảm dần kích thước trung bình của chấm lượng tử

Hình 1.7 Phổ huỳnh quang của chấm lượng tử keo CdTe các kích cỡ khác nhau, tăng khoảng 2-20 nm

Hình 1.8.Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của QDs trong quá tình tổng hợp Hình 1.9 Phổ hấp thụ (a) và vị trí đỉnh phổ (b) của mầm và chấm lượng tử

CdTe sau khi xử lí nhiệt độ ở các công suất khác nhau của lò vi sóng

Hình 1.10 Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh huỳnh quang (b)của

mầm và chấm lượng tử CdTe sau khi xử lý nhiệt ở các công suất khác nhau của lò

Hình 2.1 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu CdTe QDs tổng hợp ở 120 o sau 5

phút Trên góc là ảnh TEM phân giải cao

Hình 2.2 Các mẫu CdTe được chiếu xạ với các điều kiện khác nhau: Chiếu

bức xạ photon hãm, chiếu xạ Nơtron nhiệt, không chiếu xạ, chiếu xạ Gamma, chiếu

xạ tia X (từ trái qua phải) với cùng tỉ lệ nồng độ 100µl:1600µl

Hình 2.3 Hệ đo phổ hấp thụ Cary 5000 (Viện Khoa học Vật liệu)

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của hệ đo hấp thụ quang học UV-VIS-NIR

Hình 2.5 Hệ đo phổ huỳnh quang Cary Eclipse

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của máy phổ kế huỳnh quang

Hình 2.7 Nguyên lý phép đo TCSPC

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ đo TCSPC

Hình 3.1 Phổ hấp thụ của CdTe chiếu xạ tia X

Hình 3.2 Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu xạ tia X

Hình 3.3 Phổ hấp thụ của CdTe chiếu xạ tia Gamma

Hình 3.4 Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu xạ tia Gamma

Hình 3.5 (a)Đường cong suy giảm phát quang của phát xạ exciton từ chấm

lượng tử CdSe tại 620 nm ± 5 nm (đường màu xám) và đường khớp exponential (màu đỏ) (giá trị  0.99 nếu khớp theo stretched-exponential, rất gần với 1), hình góc trên tương ứng được vẽ theo thang log của cường độ phát quang; (b) tốc độ phát xạ của exciton phụ thuộc vào tần số phát quang trong chấm lượng tử CdTe [12]

single-Hình 3.6 Đồ thị sự phụ thuộc theo bước sóng của thời gian sống của chấm

lượng tử CdTe không xử lý và CdTe chiếu xạ tia Gamma

Hình 3.7 Các trạng thái exciton sáng ( 0U , 1U , 1L ); các trạng thái exciton tối ( 0 L , 2 ) và trạng thái bề mặt trap ( Trap ) Sự phát xạ của các exciton sáng ứng với các quá trình 1, 3, 6

Hình 3.8 Phổ hấp thụ của CdTe chiếu xạ Nơtron nhiệt

Hình 3.9 Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu xạ Nơtron nhiệt

Hình 3.10 Phổ hấp thụ của CdTe chiếu bức xạ photon hãm

Hình 3.11 Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu bức xạ photon hãm

Hình 3.12 Đường cong suy giảm huỳnh quang của mẫu CdTe khi chiếu bức

xạ photon hãm

Hình 3.13 Đường cong suy giảm huỳnh quang của mẫu CdTe - P sau chiếu

1 tuần và sau chiếu 8 tuần

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, nghiên cứu chế tạo và ứng dụng chấm lượng tử QDs là

đề tài thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới Trong các hệ chấm lượng tử thì các chấm lượng tử dựa trên hợp chất A2B6 được nghiên cứu nhiều hơn

cả Các vật liệu bán dẫn này có vùng cấm thẳng, phổ hấp thụ nằm trong vùng nhìn thấy và một phần nằm trong miền tử ngoại gần, có hiệu suất phát xạ lớn, do đó thích hợp với nhiều ứng dụng trong thực tế Chấm lượng tử nhóm A2B6 như CdS, CdSe, CdTe có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực đa dạng, ví dụ như trong các linh kiện chuyển đổi năng lượng mặt trời, các linh kiện quang điện tử, các detector siêu nhậy, trong các linh kiện phát sáng (QD-LED), trong các ứng dụng y-sinh như hiện ảnh phân tử và tế bào [18], các cảm biến sinh học nano (nano-biosensor) [25] Có thể nói hiện nay là thời đại của chấm lượng tử vì có rất nhiều ứng dụng hứa hẹn và nổi bật của chấm lượng tử trong các lĩnh vực kể trên

Việc cố gắng tập trung vào chấm lượng tử nano Stranski-Krastanow đã cho thấy độ chịu đựng bức xạ rất cao do hiệu ứng giam giữ lượng tử 3 chiều thậm chí đã cho thấy cường độ huỳnh quang tăng lên [16] hoặc chất lượng laser diode tăng sau khi có một lượng đáng kể proton [22] Từ đó độ chịu đựng bức xạ cao từ vũ trụ là một lợi thế tiềm năng khác để sử dụng nano tinh thể làm cảm biến sinh học trong mọi ứng dụng trong vũ trụ

Đặc tính nổi trội của chấm lượng tử là hiệu ứng giam giữ lượng tử do kích thước giảm xuống cỡ nm Hiệu ứng này dẫn đến các hạt tải tích điện bị giam giữ về mặt không gian, ở bên trong thể tích rất bé của nano tinh thể Hệ quả là các mức năng lượng của điện tử và lỗ trống từ chỗ liên tục trong tinh thể khối trở nên gián đoạn, hấp thụ quang học ở các mức năng lượng này cho phép xác định hình dạng, kích thước của chấm lượng tử Do hiệu ứng này, người ta có thể sử dụng kích thước của các chấm lượng tử này để thay đổi trong một khoảng rộng và chính xác, năng lượng của các trạng thái điện tử gián đoạn và dịch chuyển quang học Kết quả là các nhà khoa học có thể thay đổi phát xạ ánh sáng từ các hạt chấm lượng tử này, từ phổ

tử ngoại, nhìn thấy, hồng ngoại gần và tới vùng hồng ngoại giữa Các hạt chấm lượng tử này cũng tạo ra nhiều tính chất quang mới như là sự nhân các hạt tải (carrier multiplication), đơn hạt nhấp nháy (single-particlen blinking) và truyền tín hiệu phổ [10]

Một trong những ứng dụng của chấm lượng tử CdTe được các nhà nghiên cứu, công nghệ đặc biệt quan tâm là sử dụng làm các linh kiện quang - điện tử Các linh kiện quang điện tử sử dụng chấm lượng tử CdTe có kích thước nhỏ, hiệu suất cao thích hợp sử dụng trong điều kiện vũ trụ Tuy nhiên trong điều kiện vũ trụ, linh kiện, vật liệu chịu tác động điều kiện rất khắc nghiệt như thay đổi nhiệt độ lớn, ảnh hưởng trực tiếp các tia vũ trụ như tia , tia , tia X… Nhằm đánh giá khả năng sử

dụng vật liệu CdTe QDs trong điều kiện vũ trụ chúng tôi chọn “Nghiên cứu ảnh

hưởng của các loại bức xạ năng lượng cao đến các tính chất của chấm lượng tử CdTe định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ” là đề tài luận văn

Luận văn ngoài lời mở đầu và phần kết luận, luận văn gồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan: Giới thiệu chung về CdTe, các tính chất chung của

CdTe và những ứng dụng của chúng đối với đời sống

Chương 2: Kỹ thuật thực nghiệm: Trình bày phương pháp chế tạo mẫu và

xử lý mẫu Kỹ thuật đo phổ hấp thụ Kỹ thuật đo phổ huỳnh quang Kỹ thuật đo thời gian sống huỳnh quang

Chương 3: Kết quả và thảo luận: Trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng

của các bức xạ: bức xạ tia X, bức xạ gamma, bức xạ nơtron nhiệt và bức xạ photon hãm lên tính chất quang học của chấm lượng tử CdTe thông qua các phép đo phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang, thời gian sống huỳnh quang của CdTe

Phần kết luận: Tổng hợp các kết quả mà luận văn đã đạt được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NANO TINH THỂ CdTe

1.1 Giới thiệu về vật liệu nano

Vật liệu nano (nano materials) là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây Điều đó được thể hiện bằng số các công trình khoa học, số các bằng phát minh sáng chế, số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano gia tăng theo cấp số mũ Con số ước tính về số tiền đầu

tư vào lĩnh vực này lên đến 8,6 tỷ đô la vào năm 2004

Khi ta nói đến nano là nói đến một phần tỷ của cái gì đó, ví dụ, một nano giây là một khoảng thời gian bằng một phần tỷ của một giây Còn nano mà chúng ta dùng ở đây có nghĩa là nano mét, một phần tỷ của một mét Nói một cách rõ hơn là vật liệu chất rắn có kích thước nm vì yếu tố quan trọng nhất mà chúng ta sẽ làm việc là vật liệu ở trạng thái rắn Vật liệu nano là một thuật ngữ rất phổ biến, tuy vậy không phải ai cũng có một khái niệm rõ ràng về thuật ngữ đó Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan là khoa học nano (nanoscience ) và công nghệ nano (nanotechnology ) Theo viện hàn lâm hoàng gia Anh: Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử

Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô nano mét

Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau Kích thước của vật liệu nano trải một khoảng khá rộng, từ vài nm đến vài trăm nm Để có một con số dễ hình dung, nếu ta

có một quả cầu có bán kính bằng quả bóng bàn thì thể tích đó đủ để làm ra rất nhiều hạt nano có kích thước 10 nm, nếu ta xếp các hạt đó thành một hàng dài kế tiếp nhau thì độ dài của chúng bằng một ngàn lần chu vi của trái đất

Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ

bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu Chỉ là vấn đề kích thước thôi thì không có gì đáng nói, điều đáng nói là kích thước của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này

Chúng ta hãy lấy một ví dụ: Vật liệu sắt từ được hình thành từ những đô men, trong lòng một đô men, các nguyên tử có từ tính sắp xếp song song với nhau nhưng lại không nhất thiết phải song song với mô men từ của nguyên tử ở một đô men khác Giữa hai đô men có một vùng chuyển tiếp được gọi là vách đô men Độ dày của vách đô men phụ thuộc vào bản chất của vật liệu mà có thể dày từ 10-100

nm Nếu vật liệu tạo thành từ các hạt chỉ có kích thước bằng độ dày vách đô men thì

sẽ có các tính chất khác hẳn với tính chất của vật liệu khối vì ảnh hưởng của các nguyên tử ở đô men này tác động lên nguyên tử ở đô men khác

Chính vì ý nghĩa khoa học cơ bản cũng như triển vọng ứng dụng to lớn nên các nghiên cứu khoa học–công nghệ, nghiên cứu ứng dụng vật liệu có cấu trúc nano đang được thực hiện tại nhiều phòng thí nghiệm tiên tiến trên thế giới Vật liệu có kích thước cấu trúc nano được hiểu theo nghĩa chung là kích thước các hạt vật liệu nằm trong vùng một vài nano mét đến nhỏ hơn 100 nm

Hình 1.1 Một số thực thể từ nhỏ như nguyên tử (kích thước khoảng

angstron) đến lớn như tế bào động vật (khoảng một vài chục micron) [2]

Để có thể hình dung, so sánh về vật liệu có kích thước nano mét, Hình 1.1

trình bày một số thực thể từ nhỏ như nguyên tử (atom, kích thước khoảng angstron) đến lớn như tế bào động vật (animal cell, khoảng vài chục micron), và vùng kích thước của vật liệu có cấu trúc nano/chấm lượng tử đang được quan tâm (NCs/QDs, vùng một vài đến một vài chục nano mét cũng là vùng kích thước của các protein)

Với kích thước nhỏ như vậy, số nguyên tử phân bố trên bề mặt trở nên rất

đáng kể so với số nguyên tử nằm bên trong hạt Bảng 1.1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt nano cấu tạo từ các nguyên tử giống nhau và Hình 1.2 biểu diễn

mối quan hệ giữa tỉ số nguyên tử bề mặt và tổng số nguyên tử với số lớp nguyên tử khác nhau trong một cấu trúc nano

Bảng 1.1 Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano cấu tạo từ nguyên

Năng lƣợng

bề mặt (erg/mol)

Tỉ số năng lƣợng bề mặt trên năng lƣợng toàn phần (%)

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa tỉ số nguyên tử bề mặt và tổng số nguyên tử với

số lớp nguyên tử khác nhau trong một cấu trúc nano [2]

Khi kích thước của vật liệu giảm xuống cỡ nano mét, có hai hiện tượng đặc biệt xảy ra:

Thứ nhất, tỷ số giữa số nguyên tử nằm trên bề mặt và số nguyên tử trong cả hạt nano trở nên rất lớn Mặt khác, năng lượng liên kết của các nguyên tử bề mặt bị

hạ thấp một cách đáng kể vì chúng không được liên kết một cách đầy đủ, thể hiện qua nhiệt độ nóng chảy hoặc nhiệt độ chuyển pha cấu trúc của các hạt nano thấp hơn nhiều so vật liệu khối tương ứng (thí dụ với TiO2, nhiệt độ chuyển pha từ cấu trúc anatase sang cấu trúc rutile khoảng 4000 C khi vật liệu có kích thước nano và khoảng 12000 C khi vật liệu ở dạng khối) Bên cạnh đó, cấu trúc tinh thể của hạt và hiệu ứng lượng tử của các trạng thái điện tử bị ảnh hưởng đáng kể bởi số nguyên tử trên bề mặt, dẫn đến vật liệu ở cấu trúc nano có nhiều tính chất mới lạ so với vật liệu khối và hứa hẹn mang lại những ứng dụng quan trọng trong cuộc sống

Thứ hai, khi kích thước của hạt giảm xuống xấp xỉ bán kính Bohr của exciton trong vật liệu khối thì xuất hiện hiệu ứng giam giữ lượng tử (quantum confinement effects), trong đó các trạng thái điện tử cũng như các trạng thái dao động trong hạt nano bị lượng tử hoá Các trạng thái bị lượng tử hoá trong cấu trúc nano sẽ quyết định tính chất điện và quang nói riêng, tính chất vật lý và hoá học nói chung của cấu trúc đó

Chính hai tính chất liên quan đến kích thước nano mét của vật liệu trên đã làm cho các cấu trúc nano trở thành đối tượng của nghiên cứu cơ bản, cũng như nghiên cứu ứng dụng Các tính chất của các cấu trúc nano có thể thay đổi được bằng cách điều chỉnh hình dạng và kích thước cỡ nano mét của chúng

Hình 1.3.Sự thay đổi hình thái từ tinh thể dạng khối tới chấm lượng tử dẫn

tới cấu trúc vùng năng lượng và hàm mật độ trạng thái của chất bán dẫn cũng thay

đổi theo

1.2 Tính chất chung của CdTe

CdTe có độ rộng vùng cấm 1.52 eV có khả năng phát huỳnh quang trong vùng nhìn thấy Bước sóng huỳnh quang có thể thay đổi nhờ hiệu ứng giam cầm lượng tử trong các chấm lượng tử có kích thước khác nhau

1.2.1 Tính chất cấu trúc

Tinh thể CdTe thường có cấu trúc lập phương giả kẽm (cubic zincblende) Cấu trúc này được mô tả như cặp các mặt đan xen vào nhau ở tâm mặt lập phương Nguyên tử Cd hình thành một mạng con và nguyên tử Te hình thành một mạng con khác Đặc điểm quan trọng của sắp xếp mạng zinblende kiểu này là sự thiếu trục đối xứng kết quả tinh thể CdTe có tính phân cực cao trừ hướng không phân cực [110]

Ví dụ khi nuôi tinh thể thì hướng [111] sẽ phát triển mạnh hơn

Ở nhiệt độ phòng hằng số mạng của CdTe lớn nhất trong họ bán dẫn A2B6 Các kết quả nghiên cứu cho thấy hằng số mạng của CdTe thay đổi từ 6.480 Å tới 6.488 Å tùy thuộc vào điều kiện chế tạo hay xử lý mẫu Từ phổ nhiễu xạ tia X có thể tính được hằng số mạng và hệ số dãn nở nhiệt của CdTe theo phương trình sau:

a(T ) = 6.4802 + 31.94 ×10-6T + 31.94 ×10-9T 2 + 31.94 ×10-12T 3 , (1.1)

β(T ) = 4.932 ×10-6+ 1.165 ×10-9T + 1.428 ×10-12T 2 , (1.2)

Trong đó: a(T) là hằng số mạng, β(T ) là hệ số giãn nở nhiệt

Liên kết trong CdTe được đặc trưng bởi liên kết trung gian giữa liên kết ion

và liên kết hóa trị trong đó liên kết ion chiếm khoảng 72%

Vùng Brillouin của cấu trúc Zinblende có dạng bát diện cụt có 14 mặt, 6 mặt theo hướng [100] và 8 mặt theo hướng [111] Tâm vùng được đánh dấu bằng điểm

Γ hướng [111] và [100] được gọi là hướng L và hướng Δ tương ứng

Các thông số mạng tinh thể của CdTe và một số chất thuộc nhóm A2B6 được

cho trên Bảng 1.2:

Bảng 1.2.Các thông số mạng tinh thể của một số hợp chất thuộc nhóm A 2 B 6 [4]

Hợp

chất

Loại cấu trúc tinh thể

Nhóm đối xứng không gian

5.4000 3.8200 6.2340 1.6360

ZnO Lập phương

Lục giác

F43m(T d2) P63mc( 2

6v

4.2700 3.2495 5.2059 0.3450 1.6020

CdS Lập phương

Lục giác

F43m(T d2) P63mc( 2

6v

5.8350 4.1360 6.7134 1.6230

CdTe Lập phương

Lục giác

F43m(T d2) P63mc(C 6v2 )

6.4780 4.5700 7.4370 1.6270

ZnSe Lập phương

Lục giác

F43m(T d2) P63mc( 2

6v

5.6670 4.0100 6.5400 1.6310

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tinh thể giả kẽm liên kết tứ diện và đối xứng lập phương (a) và cấu trúc vùng Brillouin (b)

Cấu trúc vùng năng lƣợng

Cấu trúc vùng năng lượng của CdTe được cho trên hình 1.5 CdTe đặc trưng

bởi cấu trúc vùng thẳng với cực tiểu của vùng dẫn và cực đại vùng hóa trị nằm ở tâm vùng Brillouin (hay điểm Γ) Vùng hóa trị được chia làm ba phân vùng, hai phân vùng trong đó suy biến tại k=0 Phân vùng thứ nhất chứa các lỗ trống nặng(hh), phân vùng thứ hai chứa các lỗ trống nhẹ (lh), phân vùng thứ ba chứa các

trạng thái spin quỹ đạo trong đó tương tác giữa vùng dẫn và vùng hóa trị qua k.p

không phụ thuộc vào k Các thông số năng lượng của CdTe cho trong bảng 1.3

Hình 1.5.Cấu trúc vùng năng lượng của CdTe Bảng 1.3.Các thông số vùng năng lượng của CdTe

Splitter spin - quỹ đạo, Δ0(eV) 0.91 [9]

CdTe là 1 hợp chất được kết tinh từ cadmium Cd và tellurium Te Nó được

sử dụng trong cửa sổ quang học hồng ngoại (infraredoptical window) và nguyên

liệu pin năng lượng mặt trời

Công thức phân tử CdTe Khối lượng phân tử 240,01 g.mol-1 Mật độ 5,85g/cm3 Điểm nóng chảy 1092° C Nhiệt độ sôi 1130° C Độ hòa tan trong các dung môi khác không hòa tan dải khoảng cách 1,44 eV (300K) Chiết suất (nD)

(blue-Hình 1.6 Phổ hấp thụ (trái) và phổ phát xạ (phải) của chấm lượng tử

CdTe bọc TGA (thiolglycolic acid) trong dung môi H 2 O Màu sắc của chấm lượng tử thay đổi từ đỏ đến xanh ứng với sự giảm dần kích thước trung bình của

chấm lượng tử [28]

Tính chất quang học của các chấm

lượng tử CdTe phụ thuộc vào phương pháp

chế tạo, kích thước chấm lượng tử Trên

hình 1.7 là phổ huỳnh quang của chấm

lượng tử với kích thước từ 2 đến 20nm Ta

thấy rằng đỉnh phổ huỳnh thay đổi từ 500

đến 800 nm khác nhau được chế tạo bằng

phương pháp hóa học

Trên Hình 1.8 cho thấy phổ hấp thụ

và phổ huỳnh quang của chấm lượng tử

CdTe chế tạo bằng phương pháp hóa trộn

(TOP) và (DDA) ở 147°C Theo thời gian

kích thước của chấm lượng tử tăng lên do đó

đỉnh hấp thụ và đỉnh huỳnh quang của CdTe

bị dịch về phía bước sóng dài Càng về sau

sự dịch đỉnh này chậm dần và cuối cùng là

bão hòa

1.2.3 Ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài

lên tính chất của CdTe

Các nghiên cứu cho thấy rằng chấm

lượng tử CdTe thay đổi tính chất dưới tác

dụng của điều kiện chiếu xạ khác nhau

Hình 1.9 cho thấy phổ hấp thụ của QDs

CdTe thay đổi khi chiếu xạ với các công suất

khác nhau Mẫu sau khi xử lý chiếu xạ có

đỉnh phổ hấp thụ dịch chuyển rõ rệt về phía

bước sóng dài so với mẫu chưa xử lý chiếu

xạ Sự dịch chuyển đỉnh hấp thụ của QDs

CdTe về phía bước sóng dài tương ứng với

kích thước QDs của các mẫu tăng lên khi

công suất chiếu xạ tăng

1.2.3.1 Ảnh hưởng của công suất

chiếu xạ lên tính chất quang của QDs

CdTe

Phổ hấp thụ (Hình 1.9a) cho thấy mẫu

đã qua xử lý chiếu xạ có đỉnh phổ hấp thụ

dịch chuyển rõ rệt về phía bước sóng dài so

với mẫu chưa xử lý chiếu xạ Sự dịch chuyển

Hình 1.7.Phổ huỳnh quang của chấm

lượng tử keo CdTe các kích cỡ khác nhau, tăng khoảng2-20nm [15]

Hình 1.8.Phổ hấp thụ và phổ

huỳnh quang của QDs trong quá

trình tổng hợp [9]

của các đỉnh hấp thụ về phía bước sóng dài tăng tương ứng với công suất chiếu xạ của các mẫu Sự dịch chuyển đỉnh hấp thụ của QDs CdTe về phía bước sóng dài tương ứng với kích thước QDs của các mẫu tăng lên khi công suất chiếu xạ tăng Điều này được giải thích như sau: khi công suất chiếu xạ tăng lên, tốc độ gia nhiệt cho mẫu tăng tương ứng, các mầm tinh thể tăng động năng, tốc độ chuyển động tăng nên xác suất va chạm giữa các vi mầm tinh thể tăng lên Quá trình hình thành QDs CdTe xảy ra trong môi trường nước dưới tác động của sóng viba là quá trình kết tụ của các vi mầm tinh thể tạo thành hạt có kích thước lớn hơn Cùng một thời gian chiếu xạ, kích thước QDs tăng theo công suất chiếu xạ Các chấm lượng tử có kích thước tương ứng bán kính Bohr xảy ra hiệu ứng kích thước lượng tử và độ rộng vùng cấm hiệu dụng giảm khi kích thước hạt tăng lên Vì vậy các mẫu chiếu xạ công suất lớn hơn kích thước hạt lớn hơn và đỉnh phổ hấp thụ dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn Sự dịch chuyển đỉnh phổ hấp thụ theo công suất chiếu xạ được

thể hiện trên Hình 1.9b

Hình 1.9.Phổ hấp thụ (a) và vị trí đỉnh phổ (b) của mầm và chấm lượng tử

CdTe sau khi xử lí nhiệt độ ở các công suất khác nhau của lò vi sóng [6]

Hình 1.10.Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh huỳnh quang (b)của

mầm và chấm lượng tử CdTe sau khi xử lý nhiệt ở các công suất khác nhau của lò

vi sóng [6]

Phổ huỳnh quang (Hình 1.10a) cho thấy, các mẫu qua xử lý chiếu xạ trong lò

vi sóng có cường độ huỳnh quang lớn hơn rất nhiều so với cường độ huỳnh quang của dung dịch chứa các vi mầm tinh thể ban đầu Điều này thể hiện QDs CdTe chỉ được hình thành khi các vi mầm tinh thể được liên kết với nhau nhờ quá trình xử lý nhiệt thông qua việc chiếu xạ sóng vi ba trong lò vi sóng So sánh phổ huỳnh quang của các mẫu được chiếu xạ với công suất khác nhau chúng ta nhận thấy rằng cường

độ huỳnh quang giảm khi công suất chiếu xạ tăng Mẫu có công suất chiếu xạ thấp(300W) tốc độ gia nhiệt thấp, quá trình phát triển chấm lượng tử chậm nên sự kết tinh của tinh thể hoàn hảo hơn, do đó cường độ huỳnh quang mạnh hơn Tương

ứng với phổ hấp thụ (Hình 1.9), đỉnh phổ huỳnh quang của các mẫu cũng dịch

chuyển về phía bước sóng dài khi công suất chiếu xạ tăng lên

Độ rộng đỉnh phổ huỳnh quang của các mẫu chiếu xạ ở công suất khác nhau

được trình bày trên Hình 1.10b Quan sát Hình 1.10b có thể thấy rằng, mẫu chiếu

xạ ở công suất nhỏ(300W) có độ rộng đỉnh huỳnh quang hẹp hơn, nghĩa là kích thước QDs trong mẫu đồng đều, khi công suất chiếu xạ tăng lên sự đồng đều về kích thước lại giảm xuống thể hiện ở độ rộng đỉnh huỳnh quang mở rộng hơn Từ kết quả trên cho thấy để thu được QDs có độ đồng đều về kích thước hạt thì công suất chiếu xạ phải nhỏ tức là tốc độ gia nhiệt chậm

1.2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiếu xạ lên tính chất quang của QDs CdTe

Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của các mẫu có thời gian chiếu xạ khác

nhau với cùng một công suất 300W được trình bày trên Hình 1.11 và 1.12

Hình 1.11 Phổ hấp thụ (a) và vị trí các đỉnh phổ (b) của chấm lượng tử

CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng [6]

Hình 1.12.Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh phổ (b) của chấm

lượng tử CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng [6]

Phân tích các hình cho thấy, thời gian xử lý nhiệt càng tăng, vị trí đỉnh hấp thụ exciton và đỉnh huỳnh quang càng dịch về phía bước sóng dài tương ứng với kích thước trung bình của QDs trong mẫu tăng theo thời gian chiếu xạ sóng viba trong lò vi sóng Tuy nhiên, tốc độ phát triển kích thước hạt trung bình không tăng tuyến tính theo thời gian Kích thước hạt từ mầm vi tinh thể ban đầu tăng nhanh theo thời gian chiếu xạ trong khoảng 100 phút đầu, sau đó tăng chậm dần và tiến đến bão hòa với thời gian trên 360 phút Hiện tượng này được giải thích là ban đầu tốc độ phát triển hạt tỉ lệ với nồng độ các vi tinh thể trong dung dịch Khi thời gian

xử lý nhiệt tăng, các hạt có kích thước lớn hơn phát triển, nồng độ các vi tinh thể trong dung dịch giảm nên tốc độ phát triển kích thước hạt giảm Bán kính hạt tăng lên, mật độ nguyên tử hoạt động giảm, quá trình vận chuyển khối giảm dẫn đến kích thước hạt dần đến bão hòa tương ứng với thời gian chiếu xạ dài Với hệ mẫu trên, thời gian chiếu xạ kéo dài đến khoảng 360 - 480 phút thì kích thước trung bình của hạt tăng không đáng kể Sự dịch chuyển đỉnh phổ huỳnh quang về phía bước sóng

dài theo thời gian chiếu xạ (Hình 1.12a) cũng diễn ra tương tự phổ hấp thụ (Hình

1.11a) Độ rộng của phổ huỳnh quang theo thời gian chiếu xạ trình bày trên Hình 1.12b Từ hình cho thấy, sự đơn phân tán về kích thước giảm khi thời gian chiếu xạ

tăng lên tương ứng thời gian xử lí nhiệt càng lâu thì độ đồng đều về kích thước càng giảm Kết quả này phù hợp với các công bố của các nhóm nghiên cứu trước

1.3 Ứng dụng

1.3.1 Ứng dụng vật liệu nano

Vật liệu nano có triển vọng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Chẳng hạn, ống nano cacbon, dây nano silic đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các linh kiện điện tử, cũng như các chuyển mạch quang Các vật liệu gốm trên cơ sở tinh thể

nano Si3N4, SiC có độ cứng siêu cao, ít bị mài mòn, được dùng trong cơ khí để chế tạo mũi khoan, dao cắt gọt, các ổ bi Vật liệu TiO2 anatase với kích thước cỡ nano mét cho thấy chúng là một chất xúc tác quang điện hóa mạnh, mở ra một khả năng ứng dụng làm vật liệu xúc tác, làm sạch môi trường: kính được phủ hạt tinh thể nano TiO2 sẽ không dính ướt; các loại sơn có pha hạt nano TiO2 sẽ có độ bám dính rất cao, làm cho lớp sơn bền lâu và không bám bụi Các hạt nano từ: Fe2O3,

Fe3O4 được sử dụng để đốt các tế bào ung thư bằng từ trường ngoài mà không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường

Các hạt kim loại có cấu trúc nano cũng là một hướng tiếp cận trong các nghiên cứu khoa học–công nghệ nano Ở đây, tính chất hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt liên quan tới hệ điện tử tự do đặc biệt có ý nghĩa quan trọng Gần đây, hai loại hạt nano kim loại được quan tâm nghiên cứu nhiều là vàng (Au) và bạc (Ag) Vàng kích thước nano (khoảng một vài chục nm) có plasmon bề mặt cộng hưởng ở khoảng 530 nm Quá trình biến đổi photon–plasmon–photon (vùng phổ cộng hưởng ~530 nm) cho phép tiếp cận trực tiếp lĩnh vực nano–photonics, tận dụng được các ưu thế "nhanh" của quang tử (photonics) và "kích thước nano" của điện tử Plasmon bề mặt trong các hạt vàng còn được sử dụng để truyền năng lượng ánh sáng cho các tế bào, protein được đánh dấu riêng, nhằm có được sự đốt nóng chọn lọc trong điều trị định vị các mô ung thư Các hạt nano bán dẫn (CdS, CdSe, CuInS2 ) được sử dụng trong đánh dấu sinh học, phát hiện các phân tử DNA, phát hiện ung thư, virút hay các ứng dụng trong pin mặt trời, chiếu sáng rắn [12]

Bảng 1.4 Ước tính sản lượng các loại vật liệu và thiết bị nano khác nhau

của thế giới trên cơ sở các tổng quan và Tạp chí Hóa học Quốc tế ( 2003 - 2004 )

và nghiên cứu thị trường (BCC 2001) [7]

Sản lượng ước tính ( tấn/năm )

Ứng dụng Vật liệu/Thiết bị 2001

(tấn/năm)

2005-2010 (tấn/năm)

2011-2020 (tấn/năm)

Ứng dụng

kết cấu

Ceramic, chất xúc tác, composit, chất phủ, màng mỏng, bột, kim loại

thông tin và

truyền thông

Ống nano đơn vách, linh kiện điện tử nano, vật liệu quang điện tử (titan đioxit, kẽm oxit, sắt oxit), điốt phát sáng hữu cơ (OLEDs)

cụ viết trực tiếp

10 100 100-1000

Môi trường Vật liệu lọc nano, màng 10 100

1000-10000

1.3.2 Ứng dụng nano tinh thể CdTe

Pin năng lượng mặt trời: CdTe là nguyên liệu có ứng dụng cao trong quá

trình làm màng mỏng hợp kim mặt trời Màng mỏng CdTe cung cấp 1 hiệu quả chi phí thiết kế pin năng lượng mặt trời

Một môđun CdTe của 10% ánh sáng điện chuyển đổi hiệu quả có thể cung cấp khoảng 100W hiệu suất trong điều kiện ánh sáng tiêu chuẩn, do đó, trung bình 7g/100W = 70g/kW năng lượng điện được sử dụng

Ở Mỹ, tính trung bình nguồn năng lượng mặt trời sử dụng tại 1 vùng, như Kansas, trong 1m2,10% hiệu suất hiệu quả của môđun CdTe chứa 7g Cd cung cấp khoảng 5400 kWh trên cả mức mong đợi cho nhu cầu của cuộc sống trong vòng 30 năm Số lượng đó vào khoảng 770 kWh/g Cd, hoặc 0,001 g/kWh (số lượng này chứa trong môđun và không phát xạ Cd hoàn toàn có thể tái chế)

Hình 1.13.Mặt cắt ngang của một tế bào năng lượng mặt trời mỏng CdTe [7]

Hình 1.14 MW CdTe PV Array, Waldpolenz, Đức

Bảng 1.5.Sản lượng điện do pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới [7]

Công nghệ

sản xuất

Sản lượng

MW

Thị trường

%

Sản lượng

MW

Thị trường

%

Sản lượng

MW

Thị trường

% Silic tinh thể 7.039 87.1 7.707 80.2 9.242 76.6

CdTe 515 6.4 1.180 12.3 1.571 13.0 Màng mỏng khác 525 6.5 725 7.5 1.248 10.4

Tổng cộng 8.079 100 9.612 100 12.064 100

Ta nhận thấy rằng, sản lượng pin mặt trời trên cơ sở silic đơn tinh thể và đa tinh thể chiếm thị trường nhiều nhất và thị trường đang giảm mặc dù sản lượng vẫn tăng Trong khi đó các pin mặt trời màng mỏng, CdTe có sản lượng ngày càng nhiều sở dĩ như vậy là chi phí sản xuất ra pin mặt trời màng mỏng rẻ hơn so với pin mặt trời silic tinh thể

Ngoài ra CdTe còn có nhiều ứng dụng phổ biến trong cuộc sống như: Máy dò:CdTe có thể được pha trộn với thủy ngân để tạo ra máy dò tia hồng

ngoại (HgCdTe) CdTe trộn với 1 lượng nhỏ kẽm tạo ra ở thể rắn tia X tạo ra máy

dò tia gamma (ZnCdTe)

CdTe còn được sử dụng như 1 nguyên liệu hồng ngoại quang học cho cửa

sổ quang học và thấu kính nhưng ứng dụng của nó rất ít và bị hạn chế bởi tính độc

hại của nó Một dạng sơ khai của CdTe từ IR được biết đến dưới cái tên là Irtran –

6 nhưng nay không dùng nữa

CdTe cũng được dùng máy biến điệu điện quang học Nó có hệ số điện

quang học lớn nhất của đường ảnh hưởng điện quang học giữa mức II – VI tinh thể hợp kim( 12

10 m V/ )

CdTe cùng với clo được dùng như 1 máy dò bức xạ cho tia X, tia gamma,

các hạt beta và alpha CdTe có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng cho phép tạo ra máy

dò tìm có ứng dụng rộng rãi trong quang phổ hạt nhân Những tính chất này tạo ra CdTe cao hơn để thực hiện thiết bị dò tia X và tia gamma với hiệu suất cao có số nguyên tử lớn, điện tử lớn và tính di động cao cỡ 1100 2

cm /V.s, do đó nó là giải

pháp hiệu quả cho quang phổ học [7]

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

2.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Trong hơn 30 năm qua, việc nghiên cứu chế tạo các hạt tinh thể nano (NCs)

đã được phát triển mạnh mẽ Vật liệu kích thước nano có các tính chất quang, điện,

từ và hóa rất thú vị mà tinh thể khối không thể có được Đối với các ứng dụng tương lai, việc chế tạo tinh thể nano có kích thước đồng nhất (đơn phân tán với độ sai lệch phân bố kích thước <5%) là rất quan trọng, bởi vì tính chất quang, điện và

từ phụ thuộc mạnh vào phân bố kích thước của chúng

Có hai phương thức để tổng hợp vật liệu nano: phương thức ―xuất phát từ bé‖ (bottom–up) và phương thức ―xuất phát từ to‖ (top–down) Phương thức ―xuất phát từ to‖ thường là các phương pháp vật lý được thực hiện bằng cách nghiền tinh thể khối thành các tinh thể có cấu trúc nano, người ta chia nhỏ, ―đẽo gọt‖ một vật thể lớn để tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano có tính chất mong muốn Phương pháp ―xuất phát từ bé‖ thường là các phương pháp hóa học, người ta lắp ghép những hạt có kích thước cỡ nguyên tử, phân tử hoặc cỡ nano mét để tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano và tính chất mong muốn

Phương pháp vật lý ―xuất phát từ to‖ được áp dụng để chế tạo vật liệu có cấu trúc nano và chấm lượng tử bán dẫn thường là các phương pháp nghiền cơ năng lượng cao (high energy milling technique), phương pháp quang khắc (photolithography)…Sản phẩm của phương pháp vật lý từ trên xuống dùng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao thường là các vật liệu kích thước nano mét Phương pháp này có tính ưu việt là dễ thực hiện, và có thể chế tạo một lượng lớn vật liệu mà không cần nung ủ Tuy nhiên cấu trúc tinh thể của hạt vật liệu nano chế tạo bằng phương pháp này thường bị biến dạng mạng, do đó cần ủ nhiệt sau chế tạo để loại

bỏ biến dạng và khuyết tật mạng Trong khi đó phương pháp quang khắc là kỹ thuật

sử dụng trong công nghệ bán dẫn, công nghệ vật liệu nhằm tạo ra các chi tiết của vật liệu và linh kiện với hình dạng, kích thước xác định bằng cách sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo ra hình ảnh cần tạo Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp bán dẫn và vi điện

tử, nhưng không cho phép tạo các chi tiết nhỏ do hạn chế của nhiễu xạ ánh sáng

Các phương pháp hoá học ―xuất phát từ bé‖ có thể kể như phương pháp phún

xạ (sputtering), phương pháp lắng đọng trong chân không bằng laser xung (PLD, pulsed laser deposition), phương pháp lắng đọng hoá học (CVD, chemical vapor deposition), phương pháp nổ (combusition method), phương pháp sol–gel (sol–gel method), phương pháp thủy nhiệt (hydrothermal method), phương pháp đồng kết

tủa, phương pháp micelle đảo, phương pháp phun nóng sử dụng dung môi hữu cơ

có nhiệt độ sôi cao

Các phương pháp hóa học từ dưới lên có ưu điểm là dễ tạo ra các màng mỏng cấu trúc nano có độ sạch và chất lượng tinh thể cao Tuy nhiên, các phương pháp vật lý này thường yêu cầu thiết bị phức tạp, cần có sự đầu tư lớn, không phù hợp với hoàn cảnh thực tế của một nước đang phát triển Trong khi đó, các phương pháp hoá học với đầu tư trang thiết bị không lớn, dễ triển khai, có thể cho sản phẩm với giá thành hạ, thích hợp trong điều kiện nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ ở Việt Nam Hơn nữa, tổng hợp hoá học cho phép thực hiện được ở mức độ phân tử để chế tạo các vật liệu, là cơ sở của kỹ thuật đi từ dưới lên trong công nghệ nano Việc khống chế hình dạng, kích thước hạt và sự phân bố kích thước có thể được thực hiện ngay trong quá trình chế tạo Thực tế đã chứng tỏ rằng có thể chế tạo được những vật liệu có cấu trúc nano/chấm lượng tử bán dẫn chất lượng cao bằng phương pháp hoá học

2.2 Chế tạo mẫu

Các mẫu CdTe sử dụng nghiên cứu trong luận văn này được tổng hợp bằng phương pháp bottom up chế tạo tại viện Khoa học Vật liệu viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Quy trình chế tạo các QDs CdTe trực tiếp trong môi trường nước Cd2+ và NaHTe Cụ thể, tiến hành thí nghiệm với tỉ lệ mol Cd:Te:MPA = 1 : 0,5 : 1,5 và điều chỉnh pH của hỗn hợp dung dịch CdBr2 12,5mM và MPA 18,75 mM trong khoảng từ 7 đến 12 bằng dung dịch NaOH 1M Sau đó, dung dịch NaHTe 0,625 M được phun nhanh vào hỗn hợp dung dịch phản ứng tại nhiệt độ phòng Do quá bão hòa nồng độ của tiền chất trong dung dịch phản ứng, các mầm tinh thể CdTe tạo thành rất nhanh và khá đồng đều Cuối cùng, các mầm tinh thể CdTe này được nuôi trong autoclave ở nhiệt độ 1200C với các thời gian khác nhau để có được các QDs CdTe phát quang màu sắc như mong muốn

Dung dịch NaHTe 0,625M được chế tạo như sau: hỗn hợp 100mg NaBH4 và

160 mg Te được đưa vào bình cầu hai cổ và hút chân không khoảng 30 phút để loại

bỏ oxy Sau đó, điền khí N2 để tạo môi trường bảo vệ (NaHTe rất nhạy với oxy) và phun 2ml nước cất hai lần đã được loại bỏ oxy Sau 30 phút rung siêu âm, Te đã tan hoàn toàn thành dung dịch trong suốt màu tím hồng

Mẫu sau khi chế tạo được kiểm tra cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

và ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao Hình 2.1 cho thấy phổ nhiễu xạ tia

X của mẫu CdTe QDs Phổ nhiễu xạ có ba đỉnh tại 24.16o, 40.31o và 46.82o tương ứng với cấu trúc lập phương Zinblene của CdTe