ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Thị Bích Ngọc
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG
CỦA CÁC HẠT NANO SILICA CHỨA
CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ
Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn
Mã số: 60440104
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
HDC: TS. Chu Việt Hà
HDP: PGS.TS. Trần Hồng Nhung
Hà Nội – 2014
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS. Trần Hồng
Nhung làm việc ở phòng Nanobiophotonics – Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam và TS. Chu Việt Hà tại trường Đại học Sư phạm – Đại học
Thái Nguyên, những người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện về
cơ sở vật chất, cũng như về mặt tinh thần trong thời gian học tập, hoàn thành luận
văn thạc sĩ.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường, Phòng sau đại học, Văn
phòng khoa Vật lý, Bộ môn Vật lý Chất rắn, trường Đại học Khoa học Tự nhiên –
Đại học Quốc gia Hà nội đã tạo mọi điều kiện để giúp tôi trong quá trình học tập và
nghiên cứu khoa học tại trường.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các cô, chú, anh chị, bạn, em,… ở phòng thí nghiệm
trọng điểm Nanobiophotonics – Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị, tạo điều kiện
cho tôi có cơ hội được học hỏi các kiến thức, trao đổi kinh nghiệm nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ
và động viên để tôi có thể hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện tốt
luận văn của mình.
Hà Nội, tháng 09 năm 2014
Học viên
Nguyễn Thị Bích Ngọc
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 5
1.1. Tổng quan về các chấm lượng tử .................................................................................. 5
1.1.1. Các mức năng lượng của hạt tải trong chấm lượng tử bán dẫn .................. 6
1.1.2. Các tính chất quang lý của các chấm lượng tử ........................................... 9
1.1.2.1. Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử ..................................................... 9
1.1.2.2. Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử .......................................... 10
1.1.2.3. Thời gian sống phát quang, hiệu suất lượng tử và độ bền quang của
các chấm lượng tử ........................................................................................... 10
1.1.2.4. Sự nhấp nháy (blinking) của các chấm lượng tử ............................... 11
1.1.3. Các hạn chế và độ độc hại của các chấm lượng tử ...................................13
1.2. Các phương pháp chế tạo hạt nano silica ....................................................13
1.2.1. Quá trình sol-gel chế tạo mạng nền silica ............................................. 14
a. Phản ứng thuỷ phân ................................................................................. 14
b. Phản ứng ngưng tụ .................................................................................. 14
c. Kết hợp và gel hoá .................................................................................. 15
1.2.2. Phương pháp Stӧber và Micelle đảo chế tạo các hạt nano silica .......... 17
a. Phương pháp Stöber ................................................................................ 17
b. Phương pháp Micelle............................................................................... 18
1.3. Nghiên cứu chế tạo các hạt nano silica chứa các chấm lượng tử ...............19
1.3.1. Các khó khăn khi chế tạo hạt nano silica chứa chấm lượng tử ............ 19
1.3.2. Một số phương pháp chế tạo hạt nano silica chứa chấm lượng tử ....... 19
1.3.2.1. Phương pháp Micelle đảo .............................................................. 19
1.3.2.2. Phương pháp Stӧber ....................................................................... 20
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................ 22
2.1. Chế tạo các hạt nano silica chứa các chấm lượng tử bằng phương pháp Stöber ..... 22
2.1.1. Chế tạo các hạt nano silica chứa chấm lượng tử CdTe ............................23
2.1.2. Chế tạo các hạt nano silica chứa chấm lượng tử CdSe ............................25
2.2. Các kỹ thuật thực nghiệm ............................................................................................ 27
2.2.1. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ............................................................27
2.2.2. Phương pháp đo tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering - DLS)
và thế Zeta ..........................................................................................................28
2.2.3. Phép đo phổ hấp thụ .................................................................................32
2.2.4. Phép đo phổ huỳnh quang ........................................................................34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 37
3.1. Kết quả chế tạo các hạt nano silica chứa chấm lượng tử CdTe và CdSe .................. 37
3.2. Các hạt nano slica chứa chấm lượng tử CdTe ............................................................ 40
3.2.1. Các đặc trưng quang học, phân bố kích thước hạt và khả năng phân tán 40
3.2.1.1. Phổ hấp thụ ........................................................................................ 40
3.2.1.2. Phổ huỳnh quang ............................................................................... 40
3.2.1.3. Bán kính thủy động học và thế zeta của các hạt nano SiO2@CdTe .. 42
3.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên đặc điểm và tính chất quang của hạt ...... 44
3.2.2.1. Ảnh hưởng của xúc tác NH4OH ........................................................ 44
3.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng nước ............................................................... 47
3.2.2.3. Ảnh hưởng của lượng APTES ........................................................... 51
3.3. Các hạt nano slica chứa chấm lượng tử CdSe ............................................................ 53
3.3.1. Các đặc trưng quang học, phân bố kích thước hạt và khả năng phân tán 53
3.3.1.1. Phổ hấp thụ ........................................................................................ 53
3.3.1.2. Phổ huỳnh quang ............................................................................... 53
3.3.1.3. Bán kính thủy động học và thế zeta của các hạt nano SiO2@CdSe .. 54
3.3.2. Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên đặc điểm và tính chất quang của hạt ... 57
3.3.2.1. Ảnh hưởng của xúc tác NH4OH ........................................................ 57
3.3.2.2. Ảnh hưởng của lượng nước ............................................................... 60
3.3.2.3. Ảnh hưởng của lượng APTES ........................................................... 62
3.4. Độ ổn định quang của các hạt nano silica chứa chấm lượng tử theo thời gian và
trong các môi trường khác nhau .......................................................................................... 65
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 70
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Thí nghiệm chế tạo các hạt nano SiO2@CdTe với lượng NH4OH thay đổi. 24
Bảng 2.2. Thí nghiệm chế tạo các hạt nano SiO2@CdTe với lượng nước thay đổi . 24
Bảng 2.3. Thí nghiệm chế tạo các hạt nano SiO2@CdTe với lượng APTES thay đổi . 25
Bảng 2.4. Thí nghiệm chế tạo các hạt nano SiO2@CdSe với lượng nước thay đổi . 26
Bảng 2.5. Thí nghiệm chế tạo các hạt nano SiO2@CdSe với lượng APTES thay đổi ..... 26
Bảng 2.6. Thí nghiệm chế tạo các hạt nano SiO2@CdSe với lượng NH4OH thay đổi . 26
Bảng 2.7. Độ ổn định của các hạt keo trong dung dịch phụ thuộc vào thế zeta [3] ...... 32