ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------o0o---------
Đặng Văn Thái
CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
BỌC PHỦ POLYMER VÀ Ủ QUANG HỌC LÊN
TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO ZnS
PHA TẠP MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 62 44 01 09
DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ
HÀ NỘI - 2017
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Quang lượng tử - Khoa Vật
lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Minh Thi
PGS. TS. Phạm Văn Bền
Phản biện : ..........................................................................
.............................................................................................
Phản biện : ............................................................................
...............................................................................................
Phản biện : .............................................................................
..............................................................................................
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp ĐHQG chấm luận án
tiến sĩ họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN.
Vào hồi giờ ngày tháng năm 2017
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin Thư viện-ĐHQGHN
1
MỞ ĐẦU
Vật liệu nano ZnS, ZnS pha tạp kim loại chuyển tiếp Mn, Cu... (kí hiệu là
ZnS:M, M là: Mn, Cu) phát quang (PL) mạnh vùng xanh lam (430 - 460 nm) với
ZnS, xanh lá cây (485 - 550nm) với ZnS:Cu và da cam - vàng (580 - 620 nm) với
ZnS:Mn. Đối với các vật liệu này khi kích thước hạt giảm xuống đến kích thước
lượng tử thì các tính chất lượng tử được biểu hiện rõ như cường độ phát quang (PL)
tăng, bờ hấp thụ của ZnS về phía sóng ngắn, đỉnh đám PL đặc trưng cho các ion
M2+ dịch về bước sóng dài và cường độ trường tinh thể Dq giảm,....
Để chế tạo các hạt nano ZnS:M có thể dùng phương pháp vật lý như: MEB,
CVD, cấy ion, .... các phương pháp này đòi hỏi cao về phương tiện kĩ thuật và rất
tốn kém. Ngoài ra, các hạt nano cũng có thể được chế tạo bằng phương pháp hóa
học (PPHH) như: vi sóng, thủy nhiệt, đồng kết tủa ... các phương pháp này đơn
giản, dễ thực hiện, tiết kiệm. Tuy nhiên, PPHH thường gặp phải các hiệu ứng “gắn
kết định hướng” làm các hạt nano kết đám và hiệu ứng bề mặt tạo ra các tâm tái
hợp không bức xạ trên bề mặt như: nguyên tử dư thừa, điền kẽ, nút khuyết,.... Tất
cả các hiệu ứng này đều làm giảm khả năng phát quang (PL) của ZnS:M.
Trên thế giới hiện nay phần lớn các nghiên cứu chế tạo các hạt nano ZnS:M
dùng PPHH. Để khắc phục các hạn chế trên các nghiên cứu thường sử dụng các
chất hoạt hóa bề mặt có nhóm phân cực mạnh để bọc phủ các hạt nano đồng thời
còn tăng cường độ PL của chúng như polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl
alcohol (PVA),... Một số nghiên cứu dùng bức xạ tử ngoại ủ quang học các hạt
nano để khử đi các trạng thái bề mặt. Tuy nhiên, các nghiên cứu đều thực hiện một
cách chưa hệ thống, nguyên nhân của sự tăng cường độ PL của các hạt nano ZnS:M
khi được bọc phủ và ủ quang học vẫn chưa được giải thích rõ.
Ở nước ta gần đây đã có một nhóm nghiên cứu chế tạo các hạt nano ZnS:Mn
bọc phủ thioglycerol (TG) và một nhóm khác chế tạo màng ZnS:Cu/PVA đồng thời
nhóm này cũng đã bước đầu ủ quang học các hạt ZnS:Mn bằng bức xạ laser.
Từ những phân tích trên cho thấy việc bọc phủ ZnS:M bằng polymer PVP, PVA
và ủ quang học vẫn là vấn đề thời sự cần được nghiên cứu một cách hệ thống và
2
đặc biệt là sự truyền năng lượng kích thích từ polymer sang các ion M2+ trong
ZnS:M/polymer. Với những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Chế tạo, nghiên
cứu ảnh hưởng của bọc phủ polymer và ủ quang học lên tính chất quang của các
hạt nano ZnS pha tạp một số kim loại chuyển tiếp”.
*Mục đích nghiên cứu của luận án:
1. Nghiên cứu quy trình bọc phủ các hạt nano ZnS:M bằng polymer PVP, PVA
chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa.
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của cách thức bọc phủ và khối lượng của chất bọc
phủ polymer PVP, PVA lên đặc trưng cấu trúc, hình thái học, tính chất quang của
các hạt nano ZnS:M và sự truyền năng lượng kích thích từ polymer sang các ion
M2+ trong các hạt nano n : polymer.
3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ và công suất ủ của một số bức xạ laser
lên phổ PL của các hạt nano ZnS:M.
* Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu.
* Các kết quả chính, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1. Đã xây dựng quy trình và chế tạo được các hạt nano ZnS:M (M: Mn, Cu) bọc
phủ polymer PVP, PVA có kích thước hạt, cấu trúc tinh thể và tính chất quang ổn
định bằng phương pháp đồng kết tủa.
2. Nghiên cứu một cách hệ thống ảnh hưởng của cách thức bọc phủ và khối
lượng của polymer PVP, PVA lên đặc trưng cấu trúc, hình thái học và tính chất
quang của các hạt nano ZnS:M.
3. Sự bọc phủ các hạt nano ZnS:M bằng polymer PVP, PVA đã tạo nên các liên
kết phối trí >C=O-M2+, -OH-M2+ và truyền năng lượng kích thích từ polymer sang
các ion M2+ dẫn đến làm tăng cường độ các đám PL đặc trưng cho các ion này
trong phổ PL và PLE.
4. Đã khảo sát ảnh hưởng của của thời gian ủ và công suất ủ quang học của một
số bức xạ laser lên phổ PL của các hạt nano ZnS:M.
3
5. Sự tăng cường độ PL của các đám đặc trưng cho các ion 2+ khi ủ quang học
là do quá trình quang hóa và polymer hóa để tạo ra các chất thụ động bề mặt. Hai
quá trình này phụ thuộc từng loại mẫu: quá trình quang hóa tạo thành phân tử
ZnSO4 xảy ra đối với các hạt nano ZnS:Mn-TN.Na2S2O3, PS-ZnS:Cu/PVP và
ZnS:Mn-TN.TGA, quá trình polymer hóa chuyển hóa α-hydroxyl axêtic thành -
[CH2COO]n- còn xảy ra đối với các hạt nano ZnS:Mn-TN.TGA.
* Tính mới của đề tài luận án:
1. Nghiên cứu một cách hệ thống ảnh hưởng của cách thức bọc phủ và khối
lượng của polymer PVP, PVA lên đặc trưng cấu trúc, hình thái học và tính chất
quang của các hạt nano ZnS:M.
2. Đã chỉ ra các chuyển dời hấp thụ-bức xạ [HOMO So(n) ↔ LU O T1(π*)]
trong nhóm >C=O của polymer PVP, PVA thông quá các liên kết phối trí >C=O-
M2+ truyền năng lượng kích thích từ polymer sang các ion M2+ dẫn đến làm tăng
cường độ PL của các đám đặc trưng cho các ion 2+ trong phổ PL và PLE.
3. Đã khảo sát ảnh hưởng công suất ủ quang học của một số bức xạ laser lên
phổ PL của các hạt nano ZnS:Mn.
*Bố cục của luận án:
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận án gồm 5 chương:
Chương 1. Tổng quan về vật liệu nano ZnS:M/polymer và ủ quang học.
Chương 2. Thực nghiệm chế tạo các hạt nano n : polymer và phương pháp
nghiên cứu.
Chương 3. Ảnh hưởng của PVP, PVA lên tính chất quang của ZnS:Mn.
Chương 4. Ảnh hưởng của PVP, PVA lên tính chất quang của ZnS:Cu.
Chương 5. Ảnh hưởng của ủ quang học lên phổ phát quang của các hạt nano
ZnS:Mn, ZnS:Cu/PVP.
Các kết quả được thể hiện trong 11 bài báo: 03 bài báo quốc tế (02 bài có ISI).
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO ZnS:Cu, ZnS:Mn
