Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
của bột ZnO:Mn [2]

của bột ZnO:Mn [2]

Tải bản đầy đủ - 0trang

18

Nhiều nghiên cứu trước đó cho thấy ion Mn2+ trong mạng nền ZnO cho

phát xạ trong vùng xanh lục (526 nm). Phát xạ đỏ tại bước sóng 636 nm có

thể liên quan đến các chuyển mức phát xạ của ion Mn4+ hoặc các trạng thái

ion hóa 2 lần của nút khuyết oxy (VO++) gây ra.

1.4.3. ZnO pha tạp kim loại chuyển tiếp Cu

Khi pha tạp Cu vào ZnO:Cu trong mạng nền ZnO, tách thành các mức

năng lượng trong vùng cấm của ZnO, như biểu diễn trong cấu trúc vùng năng

lượng sau:



Hình 1.11. Sơ đồ chuyển mức năng lƣợng của Cu2+ trong mạng nền ZnO [19]

Phát xạ của ZnO:Cu thường nằm trong vùng ánh sáng xanh lục từ

510 - 530 nm.



19

CHƢƠNG 2

THỰC NGHIỆM

2.1. Vật liệu nguồn

* Zn(CH3COO)2.2H2O, 98%



- Xuất xứ Trung Quốc



* Dung dịch NH4OH



- Xuất xứ Trung Quốc



* Muối MnCl2.4H2O, 98%



- Xuất xứ Trung Quốc



* Muối Cu(NO3)2.3H2O, 98%



- Xuất xứ Trung Quốc



* Nước tách ion

2.2. Quy trình cơng nghệ chế tạo mẫu

Để chế tạo bột huỳnh quang ZnO:Mn, ZnO:Cu trước tiên chúng tôi sử dụng

phương pháp đồng kết tủa để chế tạo bột ZnO, sau đó sử dụng bột này làm vật

liệu nền để khuếch tán ion Mn2+ hoặc ion Cu2+ vào trong hạt bột bằng cách sử

dụng năng lượng nhiệt.

* Chế tạo bột ZnO



Sấy khơ 2000C-2h



Hình 2.1. Quy trình công nghệ chế tạo bột ZnO bằng phƣơng pháp

đồng kết tủa



20

Bột ZnO được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng muối

Zn(CH3COO)2.2H2O với tác nhân kết tủa là dung dịch NH4OH.

Bƣớc 1: Hòa tan bột kẽm axetat trong nước tách ion, khuấy bằng máy

khuấy từ trong thời gian 30 phút sao cho muối kẽm hòa tan hồn tồn và dung

dịch thu được có màu trong suốt.

Bƣớc 2: Nhỏ từ từ dung dịch NH4OH sao cho dung dịch kết tủa hồn

tồn (pH ~ 9). Sau đó lọc rửa kết tủa bằng nước tách ion và hệ lọc chân

không.

Bƣớc 3: Kết tủa sau lọc rửa được sấy sơ bộ ở nhiệt độ 200 oC trong thời

gian 2 giờ. Sau đó bột được xử lý nhiệt ở 1000 oC trong thời gian 3 giờ để thu

được các tinh thể ZnO.

* Chế tạo ZnO: Mn và ZnO: Cu bằng phương pháp khuếch tán nhiệt



Hình 2.2. Sơ đồ mơ tả q trình khuếch tán ion Mn2+, ion Cu2+

trong nền ZnO

Sau khi chế tạo được bột ZnO và khảo sát sơ bộ các tính chất, chúng tôi sử

dụng bột này làm vật liệu nền để khuếch tán tạp Mn, Cu. Bột ZnO được

khuấy đều trong dung dịch chứa muối MnCl2 (muối MnCl2.4H2O) hoặc với

muối Cu(NO3)2.3H2O với các nồng độ khác nhau và được gia nhiệt để bay hơi

dung dịch. Bột khô được mang đi sấy sơ bộ tại nhiệt độ 200 oC trong thời gian

3 giờ. Bột sau khi sấy khô được nung ủ tại các nhiệt độ khác nhau trong mơi

trường khơng khí trong thời gian 1 giờ nhằm mục đích khuếch tán ion

Mn2+hoặc ion Cu2+ vào trong nền ZnO. Quá trình khuếch tán ion Mn2+, ion

Cu2+ vào trong mạng nền ZnO được mơ tả trên hình 2.2. Theo sơ đồ mơ tả ở



21

hình trên thì quá trình khuếch tán nhiệt diễn ra như sau: (1) quá trình phủ

muối MnCl2 hoặc Cu(NO3)2 trên bề mặt hạt bột ZnO, quá trình này diễn ra

trong dung dịch muối và sau khi sấy khô sẽ thu được một lớp muối MnCl2

hoặc Cu(NO3)2 (dạng muối khan) bám dính trên bề mặt các hạt bột ZnO; (2)

là quá trình khuếch tán nhiệt, tức là khi được ủ trong mơi trường khơng khí

ion Mn2+, ion Cu2+ dưới tác dụng của năng lượng nhiệt sẽ được khuếch tán

vào bên trong hạt bột ZnO. Độ sâu lớp khuếch tán phụ thuộc vào nồng độ ion

Mn2+, ion Cu2+ và nhiệt độ cũng như thời gian ủ nhiệt.

2.3. Khảo sát cấu trúc và tính chất vật liệu

Để nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang và quan sát hình thái hạt chúng

tơi đã sử dụng các phương pháp sau đây:

2.3.1. Phân tích hình thái bề mặt bằng thiết bị hiển vi điện tử quét phát xạ

trường (FESEM)



Hình 2.3. Ảnh thiết bị đo ảnh FESEM đƣợc tích hợp với đầu đo EDS



22

Thiết bị hiển vi điện tử quét phát xạ trường (Field Emission Scanning

Electron Microscopy: FESEM) được sử dụng để nghiên cứu hình thái bề mặt

của nano tinh thể ZnO pha tạp Mn, Cu tổng hợp được. Kết quả phân tích được

thực hiện trên hệ đo FESEM - JEOL/JSM - 7600 F tại Viện Tiên tiến Khoa

học và Công nghệ (AIST) Đại học Bách khoa Hà Nội (hình 2.3).

Cơ sở của phương pháp là thu tín hiệu phát ra từ bề mặt mẫu khi quét

một chùm tia điện tử hẹp có bước sóng khoảng vài angstrom (Å) lên bề mặt

mẫu nghiên cứu và chuyển thành tín hiệu điện hiển thị trên màn hình. Khi

chùm điện tử đập vào bề mặt mẫu, chúng bị tán xạ đàn hồi hoặc không đàn

hồi bởi các nguyên tử trong mẫu làm phát xạ các loại điện tử và sóng điện từ.



Hình 2.4. Các tín hiệu và sóng điện từ phát xạ từ mẫu do tán xạ



23



HìnhHình

3.3. 2.5.

Sơ đồ

hiểnhiển

vi điện

tử quét

(a).(a);

Đường

đi của

Sơkính

đồ kính

vi điện

tử quét

Đƣờng

đi tia điện tử

trong SEM (b).

của tia điện tử trong SEM (b).

Kính hiển vi điện tử qt là hệ thống gồm có các thấu kính làm tiêu tụ

chùm tia điện tử thành một điểm trên bề mặt mẫu trong cột chân khơng (<10-3

Pa). Kích thước mũi dò điện tử này có thể đạt tới ~ 6 nm với nguồn phát xạ

thông thường và ~ 3 nm với nguồn phát xạ trường khi yêu cầu cường độ lớn.

Mẫu nghiên cứu được quét bởi tia điện tử, từ bề mặt mẫu sẽ phát ra các tín

hiệu phát xạ, các tín hiệu điện tử phát xạ này được thu nhận và khuếch đại để

tạo thành tín hiệu video. Độ phân giải của ảnh khơng thể nhỏ hơn đường kính

của chùm tia điện tử quét, để nhận được tia điện tử có đường kính nhỏ nhất tại

bề mặt mẫu thì thấu kính hội tụ cuối cùng phải có quang sai thấp, điều này đạt

được nếu khẩu độ thấu kính được điều chỉnh tới kích thước tối ưu (thơng

thường đường kính ~ 150 μm). Với độ phân giải cao cùng với độ sâu tiêu tụ

lớn SEM rất thích hợp để nghiên cứu địa hình bề mặt.



24

2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X

+) Cấu tạo thiết bị

Nhiễu xạ tia X (X - ray Diffraction: XRD) là hiện tượng các chùm tia X

nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hồn của cấu trúc tinh

thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X được sử

dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ

tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ

nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự

tương tác giữa điện tử và nguyên tử. Phổ XRD cho chúng ta các thông tin về

cấu trúc và pha của vật liệu. Phân tích cấu trúc bằng phương pháp đo phổ

nhiễu xạ tia X (XRD) - (Rigaku D/MAX - 2500/PC (Rigaku, Japan) với

nguồn phát tia X Cu Kα ( = 0,154 nm) được thực hiện tại viện nghiên cứu

Kỹ Thuật và Công nghệ Gốm Hàn Quốc (KICET).



Hình 2.6. Hệ thiết bị phân tích cấu trúc bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X

+) Phƣơng pháp và nguyên lý làm việc

Cấu trúc tinh thể của một chất qui định các tính chất vật lý của nó. Do

đó, nghiên cứu cấu trúc tinh thể là một phương pháp cơ bản nhất để nghiên

cứu cấu trúc vật chất. Ngày nay, một phương pháp được sử dụng hết sức rộng

rãi đó là nhiễu xạ tia X. Ưu điểm của phương pháp này là xác định được các



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

của bột ZnO:Mn [2]

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×