intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Nghiên cứu chế tạo tinh thể quang tử kiểu opal chứa chấm lượng tử định hướng chế tạo cảm biến

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

8
lượt xem
4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu chế tạo tinh thể quang tử kiểu opal chứa chấm lượng tử định hướng chế tạo cảm biến bước đầu chế tạo vật liệu tinh thể quang tử kiểu opal của SiO2, sau đó phân bố chấm lượng tử lõi CdSe vào trong mạng tinh thể quang tử và nghiên cứu tính chất huỳnh quang của vật liệu chế tạo chứa chấm lượng tử đó.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo tinh thể quang tử kiểu opal chứa chấm lượng tử định hướng chế tạo cảm biến

  1. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TINH THỂ QUANG TỬ KIỂU OPAL CHỨA CHẤM LƯỢNG TỬ ĐỊNH HƯỚNG CHẾ TẠO CẢM BIẾN Lê Minh Thành Trường Đại học Thủy lợi, email: thanhleminh@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU các chấm lượng tử CdSe có thể được kích thích trên một dải bước sóng rộng và phát ra Tinh thể quang tử (photonic crystals) là một với một đỉnh hẹp, tạo ra dải phát xạ thuần loại vật liệu mới xuất phát từ ý tưởng về sự màu trải dài gần như toàn bộ vùng quang tương tự nhiều mặt giữa photon và electron. phổ nhìn thấy. Tinh thể quang tử được công bố đầu tiên vào Mục tiêu của nghiên cứu này là bước đầu năm 1987 do Eli Yablonovitch và Sajeev John chế tạo vật liệu tinh thể quang tử kiểu opal [1]. Về bản chất, tinh thể quang tử là các cấu của SiO2, sau đó phân bố chấm lượng tử lõi trúc nano quang học có ảnh hưởng đến sự lan CdSe vào trong mạng tinh thể quang tử và truyền của các hạt photon trong nó, tương tự nghiên cứu tính chất huỳnh quang của vật như cách mà các tinh thể bán dẫn tác động lên liệu chế tạo chứa chấm lượng tử đó. chuyển động của electron. Tại Việt Nam, các nghiên cứu đầu tiên về tinh thể quang tử được 2. THỰC NGHIỆM tiến hành tại Viện Hàn lâm KH và CN Việt Nam và vẫn được tiếp tục cho đến nay [2]. 2.1. Chế tạo tinh thể quang tử kiểu opal Các tinh thể quang tử thường được ứng dụng Hóa chất chuẩn bị gồm tetraethoxysilane để điều khiển sự lan truyền ánh sáng. Ví dụ (Si(C2H5O)4, tetraethyl orthosilicate, TEOS, chế tạo sợi tinh thể quang tử thay thế cho sợi 98%, Ấn Độ), butan-2-ol (C4H9OH, 99%, quang học truyền thống trong các thiết bị Trung Quốc), cồn tuyệt đối (C2H5OH, 99.5%, quang học phi tuyến. Các tinh thể quang tử Trung Quốc), nước (H2O) và ammonia (NH3 opal SiO2 thường được sử dụng làm chất nền 30%, Đức). Tiến hành chế tạo ra các hạt cầu tăng cường huỳnh quang cho các vật liệu, và SiO2 theo phương pháp của Stober [3], bằng ứng dụng trong vật liệu xúc tác, điện tử, dược cách thủy phân hợp chất TEOS trong điều phẩm và kỹ thuật phân tích. kiện xúc tác bazơ. Trong quá trình này TEOS Chấm lượng tử là một tinh thể nano được thủy phân với nước hình thành các hạt keo làm từ vật liệu bán dẫn mà kích thước của nhỏ (các hạt mầm). Sau đó các hạt keo này tinh thể đủ nhỏ để làm xuất hiện các đặc tính bắt đầu kết tụ lại với nhau cho đến kích thước cơ học lượng tử. Các chấm lượng tử với tính cân bằng (khi hạt keo đủ lớn thì do ảnh chất quang lý đặc biệt như phát huỳnh quang hưởng của lớp điện tích kép trên bề mặt hạt theo kích thước chấm lượng tử, hiệu suất keo sẽ ngăn cản sự hạt keo kết tụ thêm nữa). phát quang cao, bền theo thời gian, nên các Butanol có tác dụng làm cho các hạt cầu tròn, chấm lượng tử đã được sử dụng như các chất bề mặt các hạt cầu trơn nhẵn. Tiếp theo, các đánh dấu cho quá trình dò tìm tương tác sinh hạt keo tròn lơ lửng được ly tâm để loại bỏ học trong các cảm biến sinh học các chất còn dư, để có thể thu được các hạt (biosensors). Chấm lượng tử của cadimi keo SiO2 dạng hình cầu với kích thước đồng thường gặp như CdSe, CdS, CdTe, đều ta tiến hành ly tâm nhiều lần. Sau khi thu CdSe/ZnS và CdSe/ZnSe/ZnS…, trong đó được các hạt SiO2 thì đem phân tán vào cồn. 297
  2. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 Sau đó tiến hành chế tạo tinh thể quang tử chấm lượng tử và các bằng chứng về kích kiểu opal bằng phương pháp tự tập hợp trên thước các chấm lượng tử. Cuối cùng, mẫu đem đế thủy tinh, bằng cách cho các hạt cầu SiO2 đo phổ huỳnh quang (Spectrofluorometer) của đang phân tán trong cồn tuyệt đối vào trong các chấm lượng tử CdSe theo bề dày của mẫu. một cốc nhỏ. Tiếp đó, đặt vào cốc một đế thủy tinh theo một góc nghiêng nhỏ. Toàn bộ 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN hệ sẽ được đặt trong một buồng kín có duy trì 3.1. Kết quả hình thái bề mặt bằng SEM nhiệt độ khoảng 60°C. Quá trình bay hơi từ từ của dung môi sẽ giúp sắp xếp đều đặn các hạt SiO2 trên bề mặt của đế thủy tinh. Chiều dày lớp tinh thể quang tử SiO2 khoảng 34 μm. 2.2. Tinh thể quang tử chứa chấm lượng a) b) tử Hình 2. Ảnh SEM của các hạt SiO2 Đặt toàn bộ hệ tinh thể quang tử SiO2 trong mạng tinh thể quang tử kiểu opal (gồm cả đế thủy tinh) nằm ngang trong dung (a) trên bề mặt tinh thể, (b) tại vị trí mặt cắt dịch chứa các chấm lượng tử CdSe (hãng NNCrystal US Corporation) rồi tiến hành Từ ảnh SEM có thể thấy các hạt SiO2 được rung siêu âm trong 15 phút, khi đó các chấm sắp xếp trật tự trong mạng tinh thể quang tử, lượng tử CdSe sẽ được phân bố từ từ vào các các hạt có hình dạng tròn và đồng đều, kích khoảng trống trong tinh thể và giữa các hạt thước khoảng 230nm. cầu SiO2. Các chấm lượng tử CdSe có phối 3.2. Kết quả phân tích vật liệu bằng TEM tử ổn định là octadecylamine (ODA), kích thước chấm lượng tử 2,0-6,9 nm, các đỉnh hấp thụ 460-640 nm, các đỉnh phát xạ 460- 670 nm, được minh họa trên Hình 1. a) b) Hình 3. Ảnh TEM của (a) mẫu tinh thể khi chưa có CdSe, (b) mẫu tinh thể đã chứa chấm lượng tử CdSe Từ hình ảnh TEM có thể thấy trên bề mặt Hình 1. Ánh sáng huỳnh quang của các hạt cầu SiO2 đã xuất hiện nhiều hạt nhỏ chấm lượng tử CdSe trong dung môi toluen kích thước vài nm và bề mặt hạt cầu SiO2 (hãng NNCrystal US) không còn trơn nhẵn. Các hạt nhỏ kích thước vài nm chính là các chấm lượng tử CdSe bám 2.3. Phân tích đặc trưng vật liệu trên bề mặt của SiO2 cũng như nằm trong các Mẫu tinh thể quang tử kiểu opal chế tạo ban lỗ trống giữa các quả cầu SiO2 trong mạng đầu được đem phân tích đặc trưng về hình thái tinh thể quang tử. Điều đó chứng tỏ rằng bề mặt của mẫu bằng phương pháp kính hiển phương pháp rung siêu âm đã giúp các chấm vi điện tử quét (SEM, Scanning Electron lượng tử dịch chuyển vào các khe trống giữa Microscopy). Mẫu tinh thể quang tử chứa các hạt cầu SiO2 trong tinh thể quang tử. chấm lượng tử CdSe được đem phân tích bằng Kết quả phân tích phân bố kích thước các phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua hạt SiO2 trong tinh thể quang tử trước khi cho (TEM, Transmission Electron Microscopy) CdSe cho thấy giá trị trung bình kích thước các nhằm nghiên cứu về hình dạng thực của các hạt cầu SiO2 là 231 nm (độ lệch chuẩn 20 nm), 298
  3. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 và sau khi đã cho các chấm lượng tử CdSe 4. KẾT LUẬN thâm nhập vào mạng tinh thể quang tử thì giá Nghiên cứu đã bước đầu chế tạo được vật trị trung bình kích thước các hạt cầu SiO2 là 245 nm (độ lệch chuẩn 20 nm). Chứng tỏ trong liệu tinh thể quang tử kiểu opal của SiO2 mạng tinh thể quang tử SiO2 chứa chấm lượng bằng phương pháp Stober trong môi trường tử CdSe thì trên bề mặt các hạt SiO2 đã có sự kiềm kết hợp với phương pháp tự tập hợp. bám dính các chấm lượng tử CdSe và làm kích Sau đó nhờ phương pháp rung siêu âm để thước các hạt SiO2 lớn hơn một chút so với phân bố các chấm lượng tử CdSe vào khoảng dạng tinh thể quang tử opal ban đầu. trống trong mạng tinh thể quang tử và lên bề mặt các hạt cầu SiO2. Thông qua việc kiểm 3.3. Kết quả phổ huỳnh quang tra cấu trúc bằng các phương pháp phân tích Nghiên cứu tiến hành đo phổ huỳnh quang đặc trưng vật liệu SEM và TEM, có thể thấy của các chấm lượng tử dọc theo bề dày của các hạt SiO2 đều có hình cầu tương đối đồng mẫu, từ bề mặt mẫu rồi đi xuống phía bên đều với kích thước khoảng 230nm, và sau khi dưới mẫu. Kết quả chụp phổ huỳnh quang được phân bố chấm lượng tử CdSe thì kích các chấm lượng tử CdSe trong tinh thể quang thước các hạt SiO2 vào khoảng 245nm. Kết tử được thể hiện trên Hình 4. quả chụp phổ huỳnh quang của vật liệu tinh thể quang tử kiểu opal SiO2 chứa CdSe cho thấy bước sóng của đỉnh phổ huỳnh quang phát xạ ở khoảng gần 600nm. Các nghiên cứu dự kiến tiếp theo sẽ tiến hành phân bố các chấm lượng tử loại khác vào mạng tinh thể quang tử để có cơ sở để lựa chọn được vật liệu quang tử tính chất quang mạnh hơn, đáp ứng được các yêu cầu của vật liệu trong chế tạo cảm biến. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] E. Yablonovitch, 1987. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics, Phys. Rev. Lett. 58(20), Hình 4. Cường độ huỳnh quang của các 2059-2062. chấm lượng tử CdSe trong tinh thể quang tử [2] Nguyen Duy Thien, Nguyen Ngoc Tu, Nguyen Quang Hoa, Sai Cong Doanh and Từ hình ảnh có thể thấy, các chấm lượng Le Van Vu, 2021. Fabrication, tử đã đi vào được tới tận bên trong của mẫu characterization of SiO2 nanospheres and tinh thể, thể hiện ở dải phổ huỳnh quang ở vị SiO2 opal photonic crystals. VNU Journal trí gần đế (30 μm). Cường độ huỳnh quang of Science: Mathematics Physics, Vol.37, của các chấm lượng tử càng ở phía trong No.1 (2021) 68-73. càng yếu, bởi vì càng vào sâu trong mẫu thì [3] W. Stöber, A. Fink, and E. Bohn, 1968. số chấm lượng tử thâm nhập được vào càng ít Controlled growth of monodisperse silica đi nên cường độ huỳnh quang giảm. Bên spheres in the micron size range, J. Colloid cạnh đó, đỉnh phổ huỳnh quang có xu hướng Interface Sci. 26, 62-69. dịch về phía bước sóng gần 600nm và dải [4] Vũ Đức Chính, 2011. Nghiên cứu chế tạo, phổ bị mở rộng hơn. Kết quả phổ huỳnh tính chất quang của các chấm lượng tử CdSe quang này hoàn toàn tương đồng với kết quả với cấu trúc lõi/vỏ và định hướng ứng dụng. đã công bố trong nghiên cứu [4]. Luận án Tiến sĩ, Viện Hàn lâm KH&CNVN. 299
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
6=>0