ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - KIỀU BÁ CHIẾN NGHIÊN CỨU PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI CỦA CÁC HẠT NANO ZnS PHA TẠP Mn LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - KIỀU BÁ CHIẾN NGHIÊN CỨU PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI CỦA CÁC HẠT NANO ZnS PHA TẠP Mn Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60440109 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Văn Bền Hà Nội - 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Phạm Văn Bền, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, người trực tiếp bảo tận tình, hướng dẫn hoàn thành luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới tất thầy, cô, tập thể cán Bộ môn Quang lượng tử; thầy, cô Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên truyền đạt cho kiến thức chuyên ngành vô quý báu Tôi xin cảm ơn Anh Đặng Văn Thái tham gia ghi phổ, sử lí phổ giúp đỡ trình thực luận văn Tôi không quên gửi lời cảm ơn đến gia đình; anh, chị, bạn bè học viên đồng hành, giúp đỡ trình tìm tài liệu, trao đổi kiến thức truyền đạt kinh nghiệm giúp hoàn thành luận văn cách tốt Hà Nội, 12/2015 Học viên Kiều Bá Chiến Bộ môn Quang Lượng tử Năm 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC TINH THỂ, VÙNG NĂNG LƯỢNG CỦA VẬT LIỆU NANO ZnS : Mn Error! Bookmark not defined 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnS Error! Bookmark not defined 1.1.1 Cấu trúc tinh thể lập phương (hay sphelerite) Error! Bookmark not defined 1.1.2 Cấu trúc tinh thể lục giác hay wurtzite Error! Bookmark not defined 1.2 Cấu trúc vùng lượng ZnS Error! Bookmark not defined 1.3 Ảnh hưởng Mn lên cấu trúc tinh thể, vùng lượng ZnS Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI CỦA VẬT LIỆU NANO ZnS PHA TẠP Mn KHÔNG BỌC PHỦ VÀ BỌC PHỦ POLYMER Error! Bookmark not defined 2.1 Polymer phân loại Error! Bookmark not defined 2.1.1 Polymer Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phân loại Error! Bookmark not defined 2.2 Một số tính chất PVP PVA Error! Bookmark not defined 2.2.1 Tính chất PVP Error! Bookmark not defined 2.2.2 Tính chất PVA Error! Bookmark not defined 2.3 Ảnh hưởng polymer lên hình thành hạt nano ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 2.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại Error! Bookmark not defined 2.4.1 Cơ sở lí thuyết phổ hấp thụ hồng ngoại Error! Bookmark not defined 2.4.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại PVA PVP Error! Bookmark not defined 2.4.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại ZnS:Mn Error! Bookmark not defined 2.4.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại ZnS:Mn bọc phủ PVA PVP Error! Bookmark not defined 2.5 Hệ đo phổ hấp thụ hồng ngoại Error! Bookmark not defined 2.5.1 Máy đo phổ hấp thụ hồng ngoại Error! Bookmark not defined Bộ môn Quang Lượng tử Năm 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ 2.5.2 Ưu điểm máy quang phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier Error! Bookmark not defined CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined 3.1 Mẫu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.2 Chuẩn bị mẫu đo Error! Bookmark not defined 3.3 Cấu trúc tinh thể hình thái học ZnS:Mn không bọc phủ bọc phủ polymer Error! Bookmark not defined 3.3.1 Cấu trúc tinh thể Error! Bookmark not defined 3.3.2 Hình thái học mẫu Error! Bookmark not defined 3.4 Phổ phát quang Error! Bookmark not defined 3.5 Phổ hấp thụ hồng ngoại ZnS:Mn bọc phủ PVAError! Bookmark not defined 3.5.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại PVA Error! Bookmark not defined 3.5.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại ZnS : Mn bọc phủ PVAError! Bookmark not defined 3.6 Phổ hấp thụ hồng ngoại ZnS:Mn bọc phủ PVPError! Bookmark not defined 3.6.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại PVP Error! Bookmark not defined 3.6.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại ZnS:Mn bọc phủ PVPError! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Bộ môn Quang Lượng tử Năm 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Giá trị số sóng đặc trưng số liên kết phân tử Error! Bookmark not defined Bảng 2.2 : Các vạch hấp thụ FT-IR nhóm chức đặc trưng PVP PbS/PVP Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Khối lượng PVA PVP dùng bọc phủ hạt nano ZnS :Mn Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Hằng số mạng kích thước tinh thể trung bình hạt nano ZnS:Mn/PVA Error! Bookmark not defined Bảng 3.3: Hằng số mạng kích thước tinh thể trung bình hạt nano ZnS:Mn/ PVP Error! Bookmark not defined Bảng 3.4 : Các thông số đặc trưng : số sóng, cường độ vạch phổ hấp thụ hồng ngoại PVA hạt nano ZnS : Mn/ PVA với khối lượng PVA khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.6: Các thông số đặc trưng : số sóng, cường độ vạch phổ hấp thụ hồng ngoại PVP hạt nano ZnS : Mn/ PVP với khối lượng PVP khác Error! Bookmark not defined Bộ môn Quang Lượng tử Năm 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc dạng lập phương (hay sphalerite) tinh thể ZnS (a) toạ độ nguyên tử Zn, S (b) Error! Bookmark not defined Hình1.2: Cấu trúc dạng lục giác hay wurtzite tinh thể ZnSError! Bookmark not defined Hình 1.3: Cấu trúc vùng lượng bán dẫn loại zincblende wurtzite Error! Bookmark not defined Hình 1.4 : Mô hình pha tạp ion Mn2+ tinh thể ZnSError! Bookmark not defined Hình 1.5 :Sơ đồ chuyển dời phát xạ tinh thể ZnS:MnError! Bookmark not defined Hình 2.1: Phân tử chất hoạt hoá bề mặt Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Hình ảnh hạt nano bọc phủ polymerError! Bookmark not defined Hình 2.3 : Phổ hấp thụ hồng ngoại màng PVA Error! Bookmark not defined Hình 2.4: Phổ hấp thụ hồng ngoại màng PVA Error! Bookmark not defined Hình 2.5: Phổ hấp thụ hồng ngoại PVP(a) phức hợp nano PbS/PVP(b) Error! Bookmark not defined Hình 2.6: Phổ hấp thụ hồng ngoại ZnS/PVP(a) PVP(b)Error! Bookmark not defined Hình 2.7: Phổ hấp thụ hồng ngoại hạt nano ZnS : Mn2+, ZnS : Mn2+ bọc phủ PVP, ZnS : Mn2+ bọc phủ SHMP Error! Bookmark not defined Hình 2.8 : Phổ hấp thụ hồng ngoại PVA (đường màu đen) ZnS/PVA (đường màu đỏ) Error! Bookmark not defined Hình 2.9 : Phổ hấp thụ hồng ngoại PVP(a), ZnS/PVP 5%(b) ZnS/PVP 3%(c) Error! Bookmark not defined Hình 2.10 : Phổ hấp thụ hồng ngoại PVP( Đường màu đen), ZnS/PVP sau 30 phút sử li laser ( Đường S1, màu đỏ) ZnS/PVP sau 60 phút sử li laser( Đường S2, màu xanh) Error! Bookmark not defined Bộ môn Quang Lượng tử Năm 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ Hình 2.11 Máy quang phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier - nguồn sáng, giao thoa kế, - Mẫu đo, -, đetecter M1 - gương di động, M2- gương cố định Error! Bookmark not defined Hình 2.12: Hệ đo phổ hấp thụ hồng ngoại Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer Error! Bookmark not defined Hình 3.1 : Giản đồ XRD hạt nano ZnS:Mn ZnS:Mn/PVA(mPVA = 1g) Error! Bookmark not defined Hình3.2 : Giản đồ XRD hạt nano ZnS:Mn ZnS:Mn/PVP(mPVP = 1,2g) Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Ảnh TEM hạt nano ZnS:Mn (CMn = 8%mol) không bọc phủ PVA (a) bọc phủ PVA với khối lượng 1.0g 30 Hình 3.4: Ảnh TEM hạt nano ZnS:Mn (CMn= 8% mol) chưa bọc phủ PVP (a)và bọc phủ PVP(b)với khối lượng 1,2g Error! Bookmark not defined Hình3.5: Phổ phát quang hạt nano ZnS:Mn chưa bọc phủ PVA (a) bọc phủ PVA (b) với mPVA = 1g Error! Bookmark not defined Hình3.6: Phổ phát quang hạt nano ZnS:Mn chưa bọc phủ PVP (a) bọc phủ PVP (b) với mPVP = 1,2g Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR PVA Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR PVA(đường a), ZnS:Mn(đường b), ZnS:Mn/0,8gPVA8%(đường c) Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Phổ hấp thụ hồng ngoại PVA (đường a), ZnS:Mn (đường b) ZnS:Mn/PVA với khối lượng PVA khác Error! Bookmark not defined Hình 3.10 : Đồ thị biểu diễn thay đổi vị trí số sóng nhóm OH theo khối lượng PVA hạt nano ZnS:Mn/PVA Error! Bookmark not defined Hình 3.11: Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR PVP Error! Bookmark not defined Hình 3.12: Phổ hấp thụ hồng ngoại RT-IR PVP(a), ZnS:Mn(b) ZnS:Mn/1,2g PVP(c) Error! Bookmark not defined Hình 3.13: Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR PVP, ZnS:Mn ZnS:Mn bọc phủ PVP với khối lượng khác Error! Bookmark not defined Bộ môn Quang Lượng tử Năm 2015 Kiều Bá Chiến Bộ môn Quang – Lượng tử Luận văn Thạc sĩ 47 Năm 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Phạm Văn Bền (2008), Quang phổ phân tử hai nguyên tử, Nhà xuất đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn, NXB ĐHQGHN, Hà Nội Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học Nano, Công nghệ vật liệu nguồn NXB Viện Khoa học Việt nam, Hà Nội Nguyễn Văn Trường(2012), Chế tạo hạt nano ZnS:Mn bọc phủ chất hoạt hóa bề mặt khảo sát phổ phát quang chúng, luận văn thạc sỉ khoa học, Trường ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội Phùng Thu Hiền (2012), Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ZnS:Mn bọc phủ PVP khảo sát phổ phát quang chúng, luận văn thạc sỉ khoa học, Trường ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội Tài liệu tiếng Anh Abdul Kareem Thottoli and Anu Kaliani Achuthanunni (2013), Effect of Polyvinyl alcohol concentration on the ZnS nanoparticles and wet chemical synthesis of wurzite ZnS nanoparticles, pp1-9 Bhargava R.N, Gallagher D, Hong X, Nurmikkvo A (1994), Optical properties of manganeses- doped nanocrystals of ZnS, physical Review letters 72(3), pp 416-419 Cadis A-I, E.-I Popovici, E Bica, I Perhaită (2010), On the preparation of manganese-doped Zinc sulphide nanocrystalline powders using the wet-chemical synthesis ruote, Chalcogenide letters, Vol 7, No 11,pp 631-640 Damian C Onwudiwe, Tjaart P.J Kruger, Anine jordaan, Christien A Strydom(2014), Laser-assisted synthesis, and structural and thermal properties of ZnS nanoparticles stabilised in polyvinulpyrrolidone, Applied Surface Science 321, pp 197-204 10 Gopa Ghosh, Milan Kanti Naskar, Amitava Patra, Minati Chatterjee(2006), Synthesis and characterization of PVP – encapsulated ZnS nanoparticles, Optical Materials, 28, pp 1047-1053 Bộ môn Quang – Lượng tử 48 Năm 2015 Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ 11 Kelly Sooklal, Brian S Cullum, S Michale Angel and Catherine J Murphy(1996), Photophysical Properties of ZnS Nanoclusters with Spatially Localized Mn2+, Vol 100, pp 4551-4555 12 Miss Narumon Seeponkai(2004), Modification of poly(vinyl alcohol) for use as an Electrolyte Membrane in Direct Mathanol Fuel Cell, School of Energy Environment and Material King Mongkut's University of Technology Thonburi, Bangkok, pp 1-39 13 Murugadoss G, Rajamannan B, Ramasamy V (2010), Synthesis and photoluminescence study of PVA-capped ZnS:Mn nanoparticles, Vol 5, No 2, pp 339-345 14 Murugadoss G (2010), “Synthesis and optical characterization of PVP and SHMP-encapsulated Mn2+-doped ZnS nanocrystals”, Journal of Luminescence, 130, pp.2207–2214 15 Rema Devi B S, R Raveendran and A V Vaidyan(2007), Synthesis and characterization of Mn2+ doped ZnS nanoparticles, Journal of Physics, Vol 68, No 2, pp 679-687 16 Jayesh D Patel, Tapas K Chaudhuri(2009), Synthesis of PbS/poly (vinuypyrrolidone) nanocomposite, Materials Research Bulletin, 44, pp 1647-1651 17 Stoica-Guzun Anicuta, Loredana Dobre, Marta Stroescu Iuliana Jipa(2010), Fourier Transform Infrared(FTIR) spectroscopy for characerization of antimicrobial films containning chitosan, pp 1234-1240 18 Soltani N, A Dehzangi, a Kharazmi, E Saion, W Mahmood Mat Yunus, B Yeopmajlis, M Reza Zare, E Ghribshahi N Khalilzadeh(2014), Structural, optical and electrical properties of ZnS nanoparticles affecting by organic coating, Chalcogenide letters, Vol 11, No 2, pp 79-90 19 Ulrike Woggon (2004), Optical properties of Semiconductor Quantum Dots, pp.52-53 Bộ môn Quang – Lượng tử 49 Năm 2015 [...]... Synthesis and photoluminescence study of PVA-capped ZnS: Mn nanoparticles, Vol 5, No 2, pp 339-345 14 Murugadoss G (2010), “Synthesis and optical characterization of PVP and SHMP-encapsulated Mn2 +-doped ZnS nanocrystals”, Journal of Luminescence, 130, pp.2207–2214 15 Rema Devi B S, R Raveendran and A V Vaidyan(2007), Synthesis and characterization of Mn2 + doped ZnS nanoparticles, Journal of Physics, Vol 68,...Kiều Bá Chiến Luận văn Thạc sĩ 11 Kelly Sooklal, Brian S Cullum, S Michale Angel and Catherine J Murphy(1996), Photophysical Properties of ZnS Nanoclusters with Spatially Localized Mn2 +, Vol 100, pp 4551-4555 12 Miss Narumon Seeponkai(2004), Modification of poly(vinyl alcohol) for use as an Electrolyte Membrane in Direct Mathanol Fuel Cell, School of Energy Environment... chitosan, pp 1234-1240 18 Soltani N, A Dehzangi, a Kharazmi, E Saion, W Mahmood Mat Yunus, B Yeopmajlis, M Reza Zare, E Ghribshahi và N Khalilzadeh(2014), Structural, optical and electrical properties of ZnS nanoparticles affecting by organic coating, Chalcogenide letters, Vol 11, No 2, pp 79-90 19 Ulrike Woggon (2004), Optical properties of Semiconductor Quantum Dots, pp.52-53 Bộ môn Quang – Lượng tử 49... Vaidyan(2007), Synthesis and characterization of Mn2 + doped ZnS nanoparticles, Journal of Physics, Vol 68, No 2, pp 679-687 16 Jayesh D Patel, Tapas K Chaudhuri(2009), Synthesis of PbS/poly (vinuypyrrolidone) nanocomposite, Materials Research Bulletin, 44, pp 1647-1651 17 Stoica-Guzun Anicuta, Loredana Dobre, Marta Stroescu và Iuliana Jipa(2010), Fourier Transform Infrared(FTIR) spectroscopy for characerization