Đ tài: Ch t bán d n Grapheneề ấ ẫ
M C L CỤ Ụ
M C L CỤ Ụ ........................................................................................................ 1
M Đ UỞ Ầ .......................................................................................................... 4
1.Lý do ch n đ tàiọ ề ........................................................................................... 4
2.M c đích nghiên c uụ ứ ..................................................................................... 6
3.Nhi m v nghiên c uệ ụ ứ .................................................................................... 7
4.Đ i t ng nghiên c uố ượ ứ .................................................................................... 7
5.Ph m vi nghiên c uạ ứ ....................................................................................... 7
6.Ph ng pháp nghiên c uươ ứ ............................................................................... 7
N I DUNGỘ ....................................................................................................... 9
Ch ng 1: C s lý thuy tươ ơ ở ế .......................................................................... 9
1.1 M ng tinh th c a v t r nạ ể ủ ậ ắ ................................................................. 9
1.1.1 M ng tinh th lý t ngạ ể ưở .......................................................... 9
1.1.2 Ô s c p (ô c s )ơ ấ ơ ở .................................................................. 9
1.1.3 Phân lo i các lo i m ng tinh thạ ạ ạ ể ......................................... 10
- Th tích c a ô m ng ph i là nh nh t.ể ủ ạ ả ỏ ấ ....................................................... 11
1.1.4 Sai h ng m ng trong m ng tinh th th c tỏ ạ ạ ể ự ế ....................... 12
1.2 Lý thuy t vùng năng l ng c a v t r nế ượ ủ ậ ắ ......................................... 13
1.3 C u trúc graphite (than chì)ấ ............................................................... 16
1.4 C u trúc màng m ngấ ỏ ......................................................................... 17
1.5 Hi u ng Hall l ng tệ ứ ượ ử .................................................................... 18
1.5.1 Hi u ng Hallệ ứ ....................................................................... 18
1.5.2 Hi u ng Hall l ng tệ ứ ượ ử ....................................................... 20
Ch ng 2: S l c v ch t bán d nươ ơ ượ ề ấ ẫ ....................................................... 22
2.1 Khái ni mệ .......................................................................................... 22
2.2 C u trúc mi n năng l ng c a ch t bán d nấ ề ượ ủ ấ ẫ .................................. 22
2.3 Các lo i bán d nạ ẫ ............................................................................... 23
2.3.1 Bán d n thu nẫ ầ ....................................................................... 23
2.3.2 Bán d n pha t p ch tẫ ạ ấ ............................................................ 24
Ch ng 3: Ch t bán d n Grapheneươ ấ ẫ ......................................................... 27
3.1 Khái ni m Grapheneệ .......................................................................... 27
3.2 L ch s ra đ i Grapheneị ử ờ .................................................................... 27
3.3 Tính ch t c a Grapheneấ ủ .................................................................... 32
3.3.1 Graphene là v t li u m ng nh t trong t t c các v t li uậ ệ ỏ ấ ấ ả ậ ệ .. 32
GVHD: Tr ng Minh Đ cươ ứ SVTH: Lê Th Bích Liênị
1
Đ tài: Ch t bán d n Grapheneề ấ ẫ
3.3.2 Graphene có tính d n đi n và nhi t t tẫ ệ ệ ố ............................... 32
3.3.3 Đ b n c a Grapheneộ ề ủ ........................................................... 32
3.3.4 Graphene c ng h n c kim c ngứ ơ ả ươ ....................................... 33
3.3.5 Graphene hoàn toàn không đ cho không khí l t quaể ọ .......... 34
3.3.6 Graphene d ch t o và d thay đ i hình d ng ễ ế ạ ễ ổ ạ ................. 34
3.3.7 Hi u ng Hall l ng t trong Grapheneệ ứ ượ ử .............................. 35
3.3.8 Chuy n đ ng c a đi n t trong Grapheneể ộ ủ ệ ử .......................... 36
3.4 Phân lo i Grapheneạ ........................................................................... 37
3.4.1 Graphene đ nơ ........................................................................ 38
3.4.2 Graphene kép ......................................................................... 38
3.4.2.1 C u t oấ ạ .................................................................... 38
3.4.2.2 Tính ch t đ c bi t- đ r ng vùng c m thay đ i.ấ ặ ệ ộ ộ ấ ổ ... 39
3.4.3 Graphene m c ghép đa l p (MEG)ọ ớ ....................................... 43
3.5 u đi m và nh c đi m c a ch t bán d n GrapheneƯ ể ượ ể ủ ấ ẫ .................... 44
3.5.1 u đi m c a ch t bán d n GrapheneƯ ể ủ ấ ẫ .................................. 44
3.5.2 Nh c đi m c a ch t bán d n Grapheneượ ể ủ ấ ẫ ............................ 45
3.6 Các ph ng pháp ch t o Grapheneươ ế ạ ................................................ 45
3.6.1 Ph ng pháp chemical exfoliationươ ....................................... 46
3.6.2 Ph ng pháp micromechanical cleavage ươ ............................. 46
3.6.3 Ph ng pháp băng keo Scotchươ .............................................. 46
3.6.4 Ma sát các c t graphite lên b m t silicon x pộ ề ặ ố .................... 47
3.6.5 Cho các phân t hydrocacbon đi qua b m t iridiử ề ặ ............... 47
3.6.6 Ph ng pháp t ng h p graphene trên di n tích l nươ ổ ợ ệ ớ ............ 48
3.6.7 K t h p siêu âm tách l p và ly tâm.ế ợ ớ ..................................... 48
3.6.8 Ph ng pháp bóc táchươ ........................................................... 48
3.6.9 G n k t d ng c c trên n n th y tinhắ ế ươ ự ề ủ ................................ 49
3.6.10 Ch t o graphene trong m t lóe sáng đèn flashế ạ ộ ................. 49
3.7 ng d ng GrapheneỨ ụ .......................................................................... 50
GVHD: Tr ng Minh Đ cươ ứ SVTH: Lê Th Bích Liênị
2
Đ tài: Ch t bán d n Grapheneề ấ ẫ
3.7.1 Dây d n và đi n c c trong su tẫ ệ ự ố ........................................... 50
3.7.2 FET graphene ........................................................................ 52
3.7.3 Chíp máy tính ........................................................................ 53
3.7.4 Màn hình ti vi c m ngả ứ ........................................................ 54
3.7.5 Ch t ph gia trong dung d ch khoanấ ụ ị .................................... 55
3.7.6 Làm đ cho các m u nghiên c u trong kính hi n vi đi n tế ẫ ứ ể ệ ử
truy n qua (TEM)ề .......................................................................... 56
K T LU NẾ Ậ .................................................................................................... 59
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả ............................................................................. 60
GVHD: Tr ng Minh Đ cươ ứ SVTH: Lê Th Bích Liênị
3
Đ tài: Ch t bán d n Grapheneề ấ ẫ
M Đ UỞ Ầ
1. Lý do ch n đ tàiọ ề
N n khoa h c công ngh trên th gi i đang phát tri nề ọ ệ ế ớ ể m t cách nhanhộ
chóng nh t là các n c phát tri n nh Hoa Kỳ, Nh t B n, Nga. S phátấ ướ ể ư ậ ả ự
tri n c a khoa h c công ngh đã đem l i nh ng di n m o m i cho cu cể ủ ọ ệ ạ ữ ệ ạ ớ ộ
s ng con ng i và công ngh đi n t vi n thông. Hi n nay trên th gi iố ườ ệ ệ ử ễ ệ ế ớ
đang hình thành m t khoa h c và công ngh m i, có nhi u tri n v ng và dộ ọ ệ ớ ề ể ọ ự
đoán s có tác đ ng m nh m đ n t t c các lĩnh v c khoa h c, công ngh ,ẽ ộ ạ ẽ ế ấ ả ự ọ ệ
k thu t cũng nh đ i s ng kinh t - xã h i c a th k 21. Đó là khoa h cỹ ậ ư ờ ố ế ộ ủ ế ỷ ọ
và công ngh nano. Hi n nay, công ngh đi n t truy n th ng đang ti nệ ệ ệ ệ ử ề ố ế
đ n nh ng gi i h n cu i cùng c a kích th c thang vi mô, khoa h c côngế ữ ớ ạ ố ủ ướ ọ
ngh nano ra đ i m ra h ng nghiên c u m i cho ngành đi n t v iệ ờ ở ướ ứ ớ ệ ử ớ
nh ng linh ki n m i v i kích th c nano. Theo dõi s phát tri n c a khoaữ ệ ớ ớ ướ ự ể ủ
h c công ngh , vào cu i m i năm, t p chí ScienceMag (M ) đ u đi m l iọ ệ ố ỗ ạ ỹ ề ể ạ
nh ng s ki n khoa h c c a th gi i trong năm và ch n ra 10 s ki n n iữ ự ệ ọ ủ ế ớ ọ ự ệ ổ
b t nh t, đ c bi t là ch n ra m t s ki n l n nh t đ c g i là B c đ tậ ấ ặ ệ ọ ộ ự ệ ớ ấ ượ ọ ướ ộ
phá c a năm. Theo t p chí b c đ t phá khoa h c c a năm 2009 là vi c cácủ ạ ướ ộ ọ ủ ệ
nhà khoa h c qu c t phát hi n m t b x ng có niên đ i 4,4 tri u năm t iọ ố ế ệ ộ ộ ươ ạ ệ ạ
Ethiopia, các s ki n còn l i thu c các lĩnh v c:ự ệ ạ ộ ự
V t lý, khám phá vũ tr , y h c, li u pháp gen vàậ ụ ọ ệ
v t li u graphene. Tâm đi m c a lĩnh v c côngậ ệ ể ủ ự
ngh v t li u trong th p k 2000 - 2009 xoayệ ậ ệ ậ ỷ
quanh nh ng nghiên c u v hai tr ng thái m i c aữ ứ ề ạ ớ ủ
cacbon, đó là, ng nano cacbon và graphene. K t khi đ c phát hi n vàố ể ừ ượ ệ
nghiên c u vào đ u nh ng năm 90 c a th k tr c, các nhà khoa h c đãứ ầ ữ ủ ế ỷ ướ ọ
t ng nh n đ nh r ng, có v nh không có gì mà ng nano cacbon không thừ ậ ị ằ ẻ ư ố ể
làm đ c. S đóng góp c a ng nano cacbon trong các ngành công nghi pượ ự ủ ố ệ
GVHD: Tr ng Minh Đ cươ ứ SVTH: Lê Th Bích Liênị
4
Hình 1: Màng Graphene
Đ tài: Ch t bán d n Grapheneề ấ ẫ
mũi nh n hi n nay là khá phong phú, t đi n t , đ ng c siêu nh , t i bọ ệ ừ ệ ử ộ ơ ỏ ớ ộ
nh , pin và trong c lĩnh v c vũ tr . Nh ng nh ng nghiên c u v grapheneớ ả ự ụ ư ữ ứ ề
m i đ c công b h i đ u năm 2009, kh ng đ nh lo i v t li u m i này đãớ ượ ố ồ ầ ẳ ị ạ ậ ệ ớ
nhanh chóng thu hút đ c s quan tâm c a các nhà khoa h c, v i đ c ngượ ự ủ ọ ớ ộ ứ
còn h n c kim c ng, và là lo i v t li u m ng nh t trong t t c các lo iơ ả ươ ạ ậ ệ ỏ ấ ấ ả ạ
v t li u mà chúng ta đã t ng t o ra. Ngoài ra, tính d n đi n c a grapheneậ ệ ừ ạ ẫ ệ ủ
r t lý t ng. Do đó, các nhà khoa h c hi v ng r ng đ n năm 2020,ấ ưở ọ ọ ằ ế
Graphene có th thay th ch t bán d n silicon. Hi n nay, v t li u grapheneể ế ấ ẫ ệ ậ ệ
đã m ra hi v ng cho ngànhở ọ
đi n t .ệ ử
N u s n xuế ả t có thấ ể
c i thi n, graphene s cáchả ệ ẽ
m ng hóa ngành công nghạ ệ
năng l ng. Hi n nay, năngượ ệ
l ng m t tr i và gió, đang g p khó khăn vì các ph ng pháp t n tr ch aượ ặ ờ ặ ươ ồ ữ ư
thích nghi. Nhi u nhà kh o c u nghĩ r ng các siêu t đi n graphene có thề ả ứ ằ ụ ệ ể
là gi i pháp.ả
T năm 2004, các nhà nghiên c u Anh đã tìm ra m t cách đ n gi nừ ứ ở ộ ơ ả
đ bóc nh ng l p phân t dày đ n nguyên t c a các nguyên t cacbonể ữ ớ ử ơ ử ủ ử
kh i các khoanh graphite b ng băng keo. T đó t i nay h đã c g ngỏ ằ ừ ớ ọ ố ắ
nghiên c u d ng màng m ng này. Năm 2009, h đã có b c ti n m i, v iứ ạ ỏ ọ ướ ế ớ ớ
hàng lo t các khám phá, nh ng cách th c và nh ng hi u bi t n n t ng m iạ ữ ứ ữ ể ế ề ả ớ
đ có th t o ra đ c nh ng m ng graphene r ng và bi n chúng thànhể ể ạ ượ ữ ả ộ ế
nh ng thi t b m i.ữ ế ị ớ
Vi t Nam hi n nay khi nh c đ n công ngh nano, v t li u nano thìỞ ệ ệ ắ ế ệ ậ ệ
không còn m i l n a mà v n đ này đang đ c nghiên c u r t nhi u. ớ ạ ữ ấ ề ượ ứ ấ ề Liên
ti p th i gian qua, ngành ế ờ Khoa h c công ngh Vi t Nam ọ ệ ệ đón nh n nh ngậ ữ
GVHD: Tr ng Minh Đ cươ ứ SVTH: Lê Th Bích Liênị
5
Hình 2: C u trúc 2D c a grapheneấ ủ