Kết luận
Các chấm lượng tử CdS chế tạo
bằng phương pháp hoá huyền phù theo
hai cách sử dụng chất bẫy bề mặt là MPS
và AOT ở những tỷ lệ khác nhau, cho
kích thước hạt từ 2,42 đến 3,66 nm. Bờ
hấp thụ của các chấm lượng tử này đều bị
dịch về phía sóng ngắn khá nhiều so với
bờ hấp thụ của bán dẫn CdS khối, thể hiện
hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh. Nồng
độ của chất bẫy bề mặt có ảnh hưởng rất
lớn đến kích thước của các chấm lượng
tử: nồng độ chất bẫy càng lớn thì kích
thước hạt chế tạo được càng nhỏ. Với cách
thứ nhất, kích thước chấm lượng tử CdS
phụ thuộc vào tỷ lệ V = CdS/MPS, còn với
cách thứ hai, kích thước chấm lượng tử
300 350 400 450 500 550 600
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
405
CdS W =10 sau 2 th¸ng
§é hÊp thô (®.v.t.y.)
B−íc sãng (nm)
Hình 9. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS
vói W=10 sau 2 tháng
CdS phụ thuộc vào tỷ lệ W = [H2 O]/[AOT]. Với hai cách chế tạo các tinh thểnano CdS như trên,
thời gian phản ứng khác nhau có ảnh hưởng khác nhau lên kích thước của các chấm lượng tử
CdS, thể hiện ưu điểm ở mỗi cách chế tạo. Với cách sử dụng chất bẫy MPS, kích thước hạt tăng
cùng với thời gian thực hiện phản ứng. Với cách thứ hai sử dụng chất bẫy AOT, thời gian cho
phản ứng không ảnh hưởng đến kích thước của các chấm lượng tử. Như vậy, có thể chế tạo các
chấm lượng tử với kích thước như mong muốn tuỳ thuộc vào điều kiện chế tạo
7 trang |
Chia sẻ: thucuc2301 | Lượt xem: 532 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Ảnh hưởng của nồng độ chất bẫy bề mặt lên kích thước của các tinh thể nano bán dẫn Cadmium Sunfua - Vũ Thị Kim Liên, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008
101
Ảnh hưởng của nồng độ chất bẫy bề mặt lên kích thước
của các tinh thể nano bán dẫn Cadmium Sunfua
Vũ Thị Kim Liên - Chu Việt Hà (Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên)
1. Giới thiệu
Hiện nay, các tinh thể nano bán dẫn (hay các chấm lượng tử bán dẫn) đang được tập
trung nghiên cứu chế tạo cho các ứng dụng trong dán nhãn màu và đánh dấu sinh học. Phổ biến
nhất vẫn là các hệ chấm lượng tử bán dẫn nhóm II-VI, trong đó có Cadmium Sunfua (CdS).
Đánh dấu sinh học bằng các chấm lượng tử bán dẫn đang là hướng nghiên cứu có tính thời sự
hiện nay. Để hướng tới ứng dụng này thì các tinh thể nano chế tạo được phải tồn tại được trong
môi trường nước sau đó được đưa vào tế bào sinh học. Việc chế tạo các tinh thể nano bằng
phương pháp hoá ướt có thể đáp ứng được yêu cầu của một tinh thể nano dùng trong đánh dấu
sinh học, đây là phương pháp đơn giản và hiệu quả để tạo ra các hệ chấm lượng tử bền vững và
có kích thước khá đồng đều, hơn nữa phương pháp này khá phù hợp với điều kiện thực nghiệm
ở Việt Nam. Vấn đề chính cần giải quyết trong phương pháp này là ngăn chặn sự kết tụ nhanh
chóng của các hạt tinh thể hay phải khống chế được kích thước của các tinh thể nano. Do đó,
một tác nhân ổn định hay còn gọi là chất bẫy bề mặt thường được thêm vào dung dịch phản ứng.
Kích thước của các tinh thể nano thu được được quyết định bởi nồng độ của tác nhân bẫy bề mặt
này trong dung dịch. Trong nghiên cứu này chúng tôi đã tiến hành chế tạo các tinh thể nano CdS
bằng phương pháp tổng hợp hoá huyền phù với những tỷ lệ chất bẫy bề mặt khác nhau và nghiên
cứu ảnh hưởng của nồng độ chất bẫy bề mặt lên kích thước của các tinh thể nano bán dẫn CdS.
2. Thực nghiệm
Các tinh thể nano bán dẫn CdS được chế tạo bằng phương pháp hoá học huyền phù (hay
phương pháp keo hoá học – colloidal method) theo hai cách. Cách thứ nhất là chế tạo các chấm
lượng tử CdS trong dung môi Methanol, sử dụng chất bẫy bề mặt MPS (C8H18O3SSi – 3
mercaptopropyl trimethoxylsilane); và cách hai là chế tạo các chấm lượng tử CdS bằng phương
pháp Micelle đảo, sử dụng chất bẫy bề mặt AOT (2-ethylhexy sulfosuccinate, muèi disodium).
Trong cách thứ nhất, các hoá chất được sử dụng là: Cd(CH3COO)2.2H2O và C2H5NS,
dung môi methanol CH3OH, chất bẫy bề mặt MPS. Quy trình chế tạo các tinh thể nano bán dẫn
CdS được thực hiện như sau: Đầu tiên, muối Cd(CH3COO)2.2H2O được hoà tan vào methanol
rồi được thêm vào chất bẫy bề mặt MPS để tạo thành dung dịch chứa các vi giọt có các ion
Cd2+. Tiếp theo, muối C2H5NS cũng được hoà tan trong methanol để tạo ra dung dịch chứa các
ion S2-. Sau đó, hai dung dịch này sẽ được đổ vào nhau và khuấy trộn mạnh, các tinh thể nano
CdS sẽ được tạo thành. Các tinh thể nano CdS được chế tạo với các tỷ lệ mol CdS/MPS là 2/1,
1,5/1 và 1/1 (ký hiệu tỷ lệ này là V).
Trong cách thứ hai, các hoá chất Cd(CH3COO)2.2H2O, Na2S.9H2O, dung môi heptane
(C7H16), và chất bẫy AOT được sử dụng để chế tạo các chấm lượng tử CdS bằng phương pháp
Micelle đảo. Quy trình chế tạo các tinh thể nano bán dẫn CdS được thực hiện như sau: Đầu tiên,
hoà tan các muối Cd(CH3COO)2.2H2O và Na2S.9H2O vào nước tạo thành hai dung dịch nước
chứa các ion Cd2+ và S2-. Sau đó hai dung dịch này được cho vào hai phần dung môi heptane đã
được thêm AOT để tạo thành hai dung dịch có các vi giọt (ở đây là các giọt nước) chứa các ion
Cd2+ và S2- được bao bọc bởi các phân tử bẫy AOT. Sau đó, hai dung dịch này cũng được đổ
vào nhau trong điều kiện khuấy trộn mạnh để tạo thành các tinh thể nano CdS. Kích thước của
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008
102
các tinh thể nano phụ thuộc vào tỷ lệ w = [H2O]/[AOT] . Ở đây chúng tôi chế tạo các mẫu chấm
lượng tử CdS với hai tỷ lệ là w = 5 và w = 10.
Các chấm lượng tử bán dẫn CdS sau khi chế tạo được tiến hành đo phổ hấp thụ để đánh
giá kích thước của chúng. Phổ hấp thụ cuả các mẫu chấm lượng tử CdS được đo bằng thiết bị
quang phổ nhãn hiệu JascoV- 670 của Nhật Bản tại phòng Thí nghiệm Quang học và Quang phổ
trường đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.
3. Kết quả và thảo luận
So với bán dẫn khối cùng loại, chấm lượng tử có độ rộng vùng cấm hiệu dụng mở rộng
do hiệu ứng giam giữ lượng tử, cụ thể là độ rộng vùng cấm của chấm lượng tử tăng khi kích
thước của hạt giảm. Thông qua việc đo hấp thụ ta sẽ thấy được bờ hấp thụ của các chấm lượng
tử bán dẫn bị dịch về phía sóng ngắn so với bán dẫn khối. Các chấm lượng tử CdS đã chế tạo
được tiến hành đo phổ hấp thụ trong vùng bước sóng 300-750 nm.
Hình 1 trình bày phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS chế tạo theo cách 1 sử dụng
chất bẫy MPS, với các tỷ lệ V lần lượt là 2/1; 1,5/1 và 1/1. Trên phổ hấp thụ xuất hiện các đỉnh
hấp thụ tại các bước sóng ~ 372 nm (tương ứng với tỷ lệ V = 2/1), ~ 348 nm (tương ứng với tỷ
lệ V = 1,5/1), và ~ 335 nm (tương ứng với tỷ lệ V = 1/1). Các đỉnh hấp thụ này được quy cho
dịch chuyển đầu tiên của điện tử từ trạng thái cơ bản tới trạng thái kích thích đầu tiên 1S3/2 - 1Se
và bị dịch về phía sóng ngắn khá nhiều so với bờ hấp thụ của bán dẫn CdS khối (CdS khối có độ
rộng vùng cấm ở nhiệt độ phòng là 2,842 eV tương ứng với bước sóng 500 nm [1]). Sự dịch
nhiều về phía sóng xanh này của các đỉnh hấp thụ cho thấy các chấm lượng tử CdS thuộc chế độ
giam giữ lượng tử mạnh. Phổ hấp thụ cho thấy, tương ứng với tỷ lệ V càng nhỏ (hay nồng độ
chất bẫy MPS càng lớn) thì bờ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS càng bị dịch nhiều về phía
sóng ngắn so với bờ hấp thụ của bán dẫn CdS khối, tức là độ rộng vùng cấm hiệu dụng của các
chấm lượng tử CdS chế tạo với tỷ lệ V càng nhỏ thì càng lớn tương ứng với kích thước của các
chấm lượng tử này càng nhỏ.
300 350 400 450 500 550 600
0
1
2
3
CdS khè i
(2,482 eV)(3)
(2)
(1)335
348
372
§
é
hÊ
p
th
ô
(®
.v
.t
.y
)
B−íc sãng (nm)
(1) CdS V = 2/1
(2) CdS V = 1,5/1
(3) CdS V = 1/1
300 350 400 450 500 550 600
0
1
2
3
(1) khuÊy 3 giê
(2) khuÊy 6 giê
(2)
(1)
358
372
§
é
hÊ
p
th
ô
(®
.v
.t
.y
.)
B−íc sãng (nm)
CdS V = 2/1
Hình 1. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử
CdS với các nồng độ MPS khác nhau chế
tạo trong cùng một điều kiện với thời gian
thực hiện phản ứng trong 6 giờ
Hình 2. Phổ hấp thụ của các chấm lượng
tử CdS chế tạo vói V=2/1 theo các thời
gian nuôi tinh thể khác nhau
Từ phổ hấp thụ hình 1, chúng tôi ước tính kích thước của các chấm lượng tử CdS theo
công thức Efros, Brus và Kayanuma [2,3]. Kết quả cho thấy kích thước các chấm lượng tử chế
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008
103
tạo theo phương pháp 1 phụ thuộc vào nồng độ chất bẫy MPS theo bảng1. Từ kết quả này, chúng
tôi nhận thấy, trong cùng một điều kiện chế tạo, kích thước của các chấm lượng tử phụ thuộc vào tỷ
số V (là tỷ lệ số mol giữa CdS và MPS): V càng lớn thì kích thước của chấm lượng tử càng lớn hay
nồng độ chất bẫy càng lớn thì kích thước của chấm lượng tử càng nhỏ.Kết quả về sự phụ thuộc của
kích thước các chấm lượng tử vào nồng độ chất bẫy bề mặt MPS cũng phù hợp với các kết quả
nghiên cứu của các nhóm tác giả trong tài liệu tham khảo [4]. Trong nghiên cứu của chúng tôi,
các chấm lượng tử CdS được chế tạo tại cùng một nhiệt độ (ở đây là nhiệt độ phòng) với chất
hoạt động bề mặt MPS, chúng tôi chỉ khảo sát sự thay đổi kích thước hạt bằng việc thay đổi
nồng độ chất hoạt động bề mặt. Kết quả cho thấy khi tỷ lệ V = CdS/MPS giảm thì kích thước
của các chấm lượng tử CdS giảm, hay kích thước của các chấm lượng tử CdS giảm đồng nghĩa
với việc tăng nồng độ chất bẫy bề mặt MPS. Cụ thể, khi tỷ lệ V giảm từ 2/1 đến 1/1 thì bán kính
của các chấm lượng tử CdS giảm từ ~ 1,48 nm đến 1,27 nm.
Bảng 1. Bán kính trung bình của các chấm lượng tử CdS chế tạo theo cách thứ nhất
với thời gian thực hiện phản ứng trong 6 giờ
V = CdS/MPS
Vị trí đỉnh hấp thụ thứ nhất
λ (nm) Eg(R) (eV)
Bán kính chấm lượng tử
R(nm)
2/1 372 3,33 1,5
1,5/1 348 3,56 1,4
1/1 335 3,70 1,3
Đối với mỗi tỷ lệ V chế tạo như trên, chúng tôi khảo sát kích thước của các chấm lượng
tử CdS theo thời gian thực hiện phản ứng. Hình 2, 3 và 4 lần lượt trình bày các phổ hấp thụ của
các chấm lượng tử CdS chế tạo tương ứng với các tỷ lệ V là 2/1, 1,5/1, và 1/1 theo hai thời gian
thực hiện phản ứng khác nhau là 3 giờ và 6 giờ.
Hình 3. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử
CdS chế tạo vói V=1,5/1 theo các thời gian
nuôi tinh thể khác nhau
Hình 4. Phổ hấp thụ của các chấm
lượng tử CdS chế tạo vói V=1/1 theo
các thời gian nuôi tinh thể khác nhau
Trên phổ hấp thụ với thời gian thực hiện phản ứng trong 3 giờ xuất hiện các đỉnh hấp thụ
tại các bước sóng ~ 358 nm, 332nm và 323 nm (lần lượt tương ứng với các tỷ lệ V là 2/1, 1,5/1
và 1/1) và tại bước sóng ~ 372 nm, 348 nm và 335 nm (lần lượt tương ứng với các tỷ lệ V là 2/1,
1,5/1 và 1/1) trong thời gian thực hiện phản ứng là 6 giờ. Các đỉnh hấp thụ này được quy cho
dịch chuyển đầu tiên của điện tử từ trạng thái cơ bản tới trạng thái kích thích đầu tiên 1S3/2 - 1Se
trong chấm lượng tử CdS, và bị dịch về phía sóng ngắn khá nhiều so với bờ hấp thụ của bán dẫn
300 350 400 450 500 550 600
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
(2)
(1)
(1) khuÊy 3 giê
(2) khuÊy 6 giê
CdS V = 1
335
330§
é
h
Êp
th
ô
(®
.v
.t
.y
.)
B−íc sãng (nm)
300 350 400 450 500 550 600
0.0
0.5
1.0
1.5
332
348
CdS V = 1,5/1
(1) khuÊy 3 giê
(2) khuÊy 6 giê
(1)
(2)
C
−ê
ng
®
é
hÊ
p
th
ô
(®
.v
.t.
y.
)
B−¬c sãng (nm)
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008
104
CdS khối tại 500 nm. Sự dịch nhiều về phía sóng xanh này của các đỉnh hấp thụ cho thấy các
chấm lượng tử CdS thuộc chế độ giam giữ lượng tử mạnh. Từ các phổ hấp thụ này, chúng tôi
ước tính kích thước của chúng theo công thức Efros, Brus và Kayanuma (bảng 2).
Bảng 2. Bán kính trung bình của các chấm lượng tử CdS chế tạotheo cách thứ nhất
với thời gian thực hiện phản ứng trong 3 giờ và 6 giờ
V = [CdS]/[MPS]
Vị trí đỉnh dải hấp thụ λ
(nm) Eg(R) (eV)
Bán kính chấm lượng tử
R(nm)
6 giờ 3 giờ 6 giờ 3 giờ 6 giờ 3 giờ
2 372 358 3,33 3,46 1,5 1,4
1,5 348 332 3,56 3,73 1,4 1,3
1 335 323 3,70 3,84 1,3 1,2
Từ bảng 2, so sánh các giá trị bán kính R này với bán kính Bohr exciton của CdS (aB ≈ 3
nm [5]) ta thấy R khá nhỏ so với aB. Từ các phổ hấp thụ ta thấy, đỉnh hấp thụ của các chấm
lượng tử CdS được khuấy trong 3 giờ dịch về phía bước sóng ngắn nhiều hơn đỉnh phổ hấp thụ
của các chấm lượng tử CdS được khuấy trong 6 giờ, tương ứng với kích thước của các chấm
lượng tử được lấy ra sau 3 giờ là nhỏ hơn kích thước của các chấm lượng tử, thể hiện hiệu ứng
kích thước lượng tử. Như vậy, qua khảo sát thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy, trong cùng một điều
kiện chế tạo, nếu nồng độ chất bẫy MPS là lớn thì các chấm lượng tử CdS được tạo ra với kích thước
nhỏ hơn. Do đó, có thể điều khiển được kích thước của các chấm lượng tử theo nồng độ chất bẫy.
Để khảo sát sự bảo vệ của các phân tử chất bẫy chống lại sự kết đám của các nano tinh
thể, các mẫu sau khi chế tạo được tiến hành đo lại phổ hấp thụ. Hình 5 là phổ hấp thụ của các
chấm lượng tử CdS được chế tạo với V = 2/1 sau 16 ngày. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử
CdS được chế tạo với V = 2/1 sau 16 ngày không khác là mấy so với phổ hấp thụ của các chấm
lượng tử này ngay sau khi chế tao, đỉnh phổ hấp thụ ở bước sóng ~ 373 nm chứng tỏ khả năng
chống sự kết đám các tinh thể nano của chất bẫy bề mặt là khá tốt. Như vậy, các chấm lượng tử
CdS chế tạo theo phương pháp này có thể đưa vào các ứng dụng trong thực tế.
300 350 400 450 500 550 600
0
1
2
3
4
373
CdS V = 2/1 sau 16 ngµy
§
é
h
Êp
t
h
ô
(
®.
v.
t.
y.
)
B−íc sãng (nm)
250 300 350 400 450 500 550 600
0
1
2
3
4
5
6
CdS khèi
(2,482 eV)
350
405
§
é
hÊ
p
th
ô
(®
.v
.t.
y.
)
B−íc sãng (nm)
CdS W = 5
CdS W = 10
Hình 5. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử
CdS chế tạo với V=2/1 sau 16 ngày
Hình 6. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS
chế tạo theo cách 2 với các tỷ lệ W khác nhau
Hình 6 trình bày phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS chế tạo theo cách thứ hai (bằng
phương pháp Micelle đảo) sử dụng chất bẫy bề mặt là AOT với các tỷ lệ W = 5 và W = 10,
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008
105
trong cùng một thời gian phản ứng là 15 phút. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử chế tạo theo
phương pháp này cũng xuất hiện hai đỉnh hấp thụ tại bước sóng ~ 350 nm (tương ứng với W =
5) và ở bước sóng ~ 405 nm (tương ứng với W = 10). Các đỉnh hấp thụ này bị dịch về phía sóng
ngắn khá nhiều so với bờ hấp thụ của bán dẫn CdS khối, cho thấy sự giam giữ lượng tử xảy ra
trong các chấm lượng tử này thuộc chế độ giam giữ mạnh. Từ phổ hấp thụ, chúng tôi đánh giá
bán kính trung bình của các chấm lượng tử CdS bằng công thức Efros, Brus và Kayanuma là R
= 1,38 nm (tương ứng với W = 5) và R = 1,83 nm (tương ứng với W = 10). Phổ hấp thụ cho thấy
hiệu ứng kích thước lượng tử: chấm lượng tử có kích thước càng nhỏ thì độ rộng vùng cấm hiệu
dụng càng lớn, theo đó, đỉnh hấp thụ tương ứng với dịch chuyển đầu tiên càng dịch nhiều về
phía sóng dài so với bờ hấp thụ của bán dẫn khối. Kết quả tính toán kích thước của các chấm
lượng tử CdS chế tạo theo phương pháp này cũng cho thấy cho thấy kích thước của các chấm
lượng tử phụ thuộc vào nồng độ chất bẫy bề mặt AOT: Tỷ lệ W càng nhỏ thì kích thước chấm
lượng tử thu được càng nhỏ hay nồng độ chất bẫy AOT càng lớn thì kích thước các tinh thể
nano chế tạo được càng nhỏ. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả của các nhóm nghiên cứu
trong tài liệu tham khảo [6].
Hình 7 và 8 lần lượt trình bày các phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS chế tạo bằng
phương pháp micelle đảo với W = 5 và W = 10, được lấy ra từ phản ứng theo các thời gian khác
nhau. Ở mỗi hình này, các đường phổ hấp thụ là gần như trùng khít lên nhau, hầu như không
thay đổi theo thời gian, chứng tỏ kích thước của các nano tinh thể CdS là không thay đổi trong
suốt quá trình khuấy trộn. Từ đây có thể rút ra kết luận là thời gian cho thực hiện phản ứng
không làm ảnh hưởng đến kích thước của các nano tinh thể. Kích thước của các nano tinh thể
chỉ phụ thuộc vào tỷ lệ W hay chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất bẫy AOT.
300 350 400 450 500 550 600
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
CdS khèi
500 nm (2,482 eV)
CdS w = 5
350
C
−ê
ng
®
é
hÊ
p
th
ô
(®
.v
.t.
y.
)
B−íc sãng (nm)
khuÊy 15 phót
khuÊy 60 phót
khuÊy 180 phót
250 300 350 400 450 500 550 600
0
1
2
3
KhuÊy 15 phót
KhuÊy 60 phót
KhuÊy 90 phót
CdS khèi
500 nm (2,482 eV)
CdS w = 10
405
C
−ê
ng
®
é
hÊ
p
th
ô
(®
.v
.t.
y.
)
B−íc sãng (nm)
Hình 7. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS vói
W=5 theo thời gian thực hiện phản ứng khác nhau
Hình 8. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS
vói W=10 theo thời gian thực hiện phản ứng
khác nhau
Kết quả cho thấy vai trò chống sự kết đám các nano tinh thể của các phân tử chất bẫy
AOT thực sự hiệu quả, dù có thực hiện việc khuấy trộn dung dịch trong thời gian bao lâu chăng
nữa cũng không làm ảnh hưởng đến kích thước của các chấm lượng tử. Nó cũng cho thấy thế
mạnh của phương pháp Micelle đảo. Ở đây môi trường Micelle đảo (là môi trường vi thể không
đồng nhất – microteherogeneous – môi trường có mét l−îng n−íc nhá ë trong dung dÞch
hydrocarbon ®−îc bao quanh bëi c¸c chÊt bÉy bÒ mÆt) đã khống chế quá trình lớn lên của các
chấm lượng tử.
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008
106
Như vậy, các chấm lượng tử CdS chế tạo theo cách hai (bằng phương pháp micelle đảo) có
được sự chống kết đám do các phân tử chất bẫy AOT là rất tốt. Do đó, chúng ta có thể dễ dàng chế
tạo được các chấm lượng tử với kích thước như mong muốn, trong một thời gian chế tạo khá ngắn.
Hình 9 trình bày phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS chế tạo với W = 10 sau 2 tháng, đường hấp
thụ là hầu như không đổi so với đường hấp thụ của mẫu này được đo ngay sau khi chế tạo.
Kết luận
Các chấm lượng tử CdS chế tạo
bằng phương pháp hoá huyền phù theo
hai cách sử dụng chất bẫy bề mặt là MPS
và AOT ở những tỷ lệ khác nhau, cho
kích thước hạt từ 2,42 đến 3,66 nm. Bờ
hấp thụ của các chấm lượng tử này đều bị
dịch về phía sóng ngắn khá nhiều so với
bờ hấp thụ của bán dẫn CdS khối, thể hiện
hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh. Nồng
độ của chất bẫy bề mặt có ảnh hưởng rất
lớn đến kích thước của các chấm lượng
tử: nồng độ chất bẫy càng lớn thì kích
thước hạt chế tạo được càng nhỏ. Với cách
thứ nhất, kích thước chấm lượng tử CdS
phụ thuộc vào tỷ lệ V = CdS/MPS, còn với
cách thứ hai, kích thước chấm lượng tử
300 350 400 450 500 550 600
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
405
CdS W =10 sau 2 th¸ng
§
é
h
Êp
t
h
ô
(
®.
v
.t.
y.
)
B−íc sãng (nm)
Hình 9. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdS
vói W=10 sau 2 tháng
CdS phụ thuộc vào tỷ lệ W = [H2 O]/[AOT]. Với hai cách chế tạo các tinh thểnano CdS như trên,
thời gian phản ứng khác nhau có ảnh hưởng khác nhau lên kích thước của các chấm lượng tử
CdS, thể hiện ưu điểm ở mỗi cách chế tạo. Với cách sử dụng chất bẫy MPS, kích thước hạt tăng
cùng với thời gian thực hiện phản ứng. Với cách thứ hai sử dụng chất bẫy AOT, thời gian cho
phản ứng không ảnh hưởng đến kích thước của các chấm lượng tử. Như vậy, có thể chế tạo các
chấm lượng tử với kích thước như mong muốn tuỳ thuộc vào điều kiện chế tạo
Lời cảm ơn
Nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí của Chương trình nghiên cứu cơ
bản trong Khoa học Tự nhiên giai đoạn 2006-2008; Trung tâm hỗ trợ Châu Á - Đại học Quốc
gia Hà Nội và Quỹ Đào tạo Cao học Hàn Quốc. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn GS.VS.
Nguyễn Văn Hiệu, GS.TSKH Phan Hồng Khôi và PGS.TS. Vũ Ngọc Tú đã ủng hộ và giúp đỡ
chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này.
Summary
The surfactant concentration dependence of the size of CdS semiconductor nanocrystals
Vu Thi Kim Lien - Chu Viet Ha (Thai Nguyen University of Education)
The CdS semiconductor nanocrystals were prepared by colloidal chemical method, via
two approaches. One is synthesis in methanol using the MPS surfactant, and another one is
synthesis in heptane using AOT surfactant. The size of these nanoparticles was estimated from
2.42 to 3.66 nm. We have investigated the surfactant concentration dependence of the size of CdS
semiconductor nanocrystals. The higher the surfactant concentration is, the smaller the size of CdS
nanoparticles is.
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008
107
Tài liệu tham khảo
[1]. Woggon, U. (1996), Optical properties of semiconductor quantumdots, Springer Tract in
modern physics, vol. 136, Springer. Berlin.
[2]. Sapra S. and Sarma D. D. , Electronic structure and spectroscopy of semiconductor
nanocrystals, Solid state and Stratural Chemistry Unit, Indian Institute of Science, Bagalore -
560012, India
[3]. Chu Viet Ha, Vu Thi Hong Hanh, Vu Thi Kim Lien, Pham Thai Cuong, Vu Duc Chinh,
Pham Thu Nga, C. Barthou, P. Benalloul, Synthesis and optical properties of CdS:Mn and CdS:Mn/ZnS
core-shell quantum dots, AJSTD Vol. 24 Issues 1&2, (2007), 77-84
[4]. Sander F. Wuister and Andries Meijerink, Journal of Luminescence 102 – 103 (2003),
338 – 343
[5]. Palmer D.W., The properties of the II-VI compound semiconductors,
www.semiconductors.co.uk, 2002.06
[6]. DaeGwi Kim, Naomi Teratani and Masaaki Nakayama, Seft-narrowing and Photoetching
Effects on the Size Distribution of CdS Quantum Dots Prepared by reverse Micelle Method, Jpn. J. Appl.
Phys., Vol. 41 (2002) Phương trình. 1, No. 8.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- brief_848_9329_16_9984_2053257.pdf