vẬt liỆu zno và zno pha tẠp

SVTH :

NGÔ THỊ UYÊN TRÚC 1113458

LẠI THỊ PHƯƠNG YÊN 1113522

NGUYỄN DUY KHÁNH 1113199

NGÔ THỊ PHƯỜNG 1113331

GVHD:

Th.S NGUYỄN THANH LÂM

VẬT LIỆU ZnO và ZnO PHA TẠP

MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN THIẾT

• Tài liệu công nghệ nano: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html

• https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing

http://mientayvn.com/Cao hoc quang dien tu/Semina tren lop/seminar.html

https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing

I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO

1.Lịch sử phát triển

Từ lâu, ZnO là một sản phẩm phụ

trong quá trình luyện đồng. Người La

Mã dùng nó để luyện đồng thau, làm

thuốc mỡ.

Giữa thế kỉ XIII, nhà hóa học

Đức Cramer mới khám phá ra

rằng đốt cháy kẽm kim loại sẽ thu

được kẽm oxit.

Courtois

Năm 1781, tại Pháp mới bắt đầu điều chế ZnO

1840, người ta mới áp dụng phương pháp này

để sản suất ZnO và càng ngày càng áp dụng

rộng rãi.

Đó là vì người ta đã dùng kẽm oxit thay thế cho chì

trắng (khi đó là tên gọi của chì oxit). Kẽm oxit có ưu

điểm là không độc, không bị sẫm màu trong môi trường

khí.


Giữa thế kỉ XIII, nhà hóa học Đức Cramer mới khám phá ra rằng đốt cháy kẽm kim loại sẽ

thu được kẽm oxit.


Có một lưới lọc được phủ bởi một hỗn hợp quặng kẽm và

than.

Khi đốt than, kẽm bị oxi hóa thành ZnO ở cửa ra của lò.

Những lò này ngày càng được cải tiến nhưng bây giờ người

ta không còn dùng nữa.


Suốt nữa sau thế kỷ 19 người ta dùng ZnO trong sản xuất cao su để giảm bớt thời gian cần

thiết trong quá trình lưu hóa cao su.


1. Lịch sử phát triển

Phát hiện này

góp phần làm

tăng thêm tầm

quan trọng

của kẽm oxit

Vì nó là 1

trong những

hóa chất để

điều chế xúc

tác này.


Năm 1906,các nhà khoa học điều chế ra chất xúc tác hữu cơ đầu tiên cho phản

ứng lưu hóa cao su.

2. Định nghĩa:

ZnO là vật liệu được sử dụng rộng

rãi trong các thiết bị quang điện vì

những tính chất tuyệt vời như: phát

sáng vùng tử ngoại và vùng ánh

sáng khả kiến ở nhiệt độ phòng.

ZnO là một hợp chất vô cơ, trong khoa học vật liệu nó còn được gọi là bán dẫn II-IV .


Làm điện cực trong

suốt, thiết bị dò tia

UV, đi-ốt phát

quang (LED), thiết

bị áp điện….

3. Đặc điểm tính chất:

Tính chất nổi bật nhất của vật liệu nano bán dẫn là việc mở rộng độ rộng vùng cấm

Eg. Trong khối vật liệu bán dẫn kích thước lớn, độ rộng vùng cấm tính từ đỉnh vùng hóa

trị và đáy vùng dẫn.

Nhưng trong vật liệu bán dẫn nano

hai chiều (màng mỏng), vùng cấm

nằm giữa các trạng thái điện tử bị

chiếm chỗ cao nhất và các trạng

thái điện tử bị chiếm chỗ thấp nhất

Ảnh hưởng

trực tiếp

đến tính

chất phát

quang của

chúng

a. Tính chất quang của ZnO




a. Tính chất quang của ZnO:

Vì độ rộng vùng

cấm phụ thuộc

vào kích thước

của bán dẫn

Cường độ hấp thụ

cũng phụ thuộc

kích thước của nó

Trong các bán dẫn màng mỏng, năng lượng giải phóng do sự tái hợp điện tử -

lỗ trống quá lớn đến nỗi các dao động mạng tinh thể của chấm lượng tử không

thể hấp thụ được. Vì thế, nó được giải phóng dưới dạng phát xạ photon.



với hàm phân bố fermi – dirac f(e) và hàm mật độ trạng thái d(e):

b. Tính chất điện của ZnO



Các thông số về tính chất dẫn điện của màng ZnO đơn

tinh thể được tóm tắt ở bảng sau:




Hầu hết

các ZnO

đều là

bán dẫn

loại n

Sự pha tạp loại n có kiểm soát dễ dàng đạt

được bằng cách thay thế Zn2+ với các ion

X3+của các nguyên tố nhóm III(A) như Cl, I.

Độ linh động electron phụ thuộc mạnh vào

nhiệt độ, nó có thể đạt tới giá trị cao nhất

khoảng 2000 cm2/V.s tại nhiệt độ 80K.


Các ion O2- và Zn2+ thay phiên xếp chồng lên nhau

theo mạng lục giác xếp chặt, trong đó mỗi anion được

bao quanh bởi 4 cation và ngược lại.

Các ion Zn2+ chiếm phân nửa số vị trí tứ diện trong

mạng này.

II. VẬT LIỆU ZnO

1. Cấu trúc vật liệu ZnO

Hình a Hình b

Oxi

Kẽm

Lập phương giả kẽm (hình a)Cấu trúc lập phương kiểu

NaCl (hình b).


1. Cấu trúc vật liệu ZnO

2. Tính chất vật liệu ZnO

Độ bền, rắn, t0nc cao

Rẻ và không độc hại

Eg=3.37eV (t0 room)

Có khả năng hấp thụ tia

tử ngoại

ZnO


a. Cơ chế phún xạ


1. Phương pháp chế tạo- Phún xạ magnetron DC

b. Cấu tạo hệ phún xạ Magnetron


3. Nguyên tắc hoạt động.

Khi thế được áp vào Cathode và Anode

Các hạt vật liệu sẽ bay đến và lắng đọng trên

đế

Các ion đến đạp vào Cathode(bia)

Bứt ra các hạt vật liệu và giải phóng điện tử thứ

cấp


Hệ số phún xạ:

s =𝑛α𝑛𝑖

Trong đó:

S hệ số phún xạ

nα số nguyên tử bị phún xạ

ni số ion đập vào bia


Điện trở suất

Phép đo

Hall

Loại hạt tải

Nồng độ hạt tải

Độ linh động

2.Phép đo Hall


Cơ chế

RHall = 𝑉𝐻

𝐼

σ = 1

𝑅𝐻𝑎𝑙𝑙

μ = σ

𝑛𝑞


2.Phép đo Hall

3. Ứng dụng màng mỏng ZnO

màng

ZnO Thin

Films

III. VẬT LIỆU ZNO PHA TẠP AG

1. Mục đích và phương pháp của ZnO pha tạp Ag

Mục đích

Những hạt nano ZnO

thuần không đáp ứng

đươc nhu cầu thực tế

của vật liệu quang

xúc tác.

Tăng khả năng vận chuyển các hạt tải mangđiện

Tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến

Tăng độ rộng vùng hấp thụ


1. Mục đích và phương pháp của ZnO pha tạp Ag

Phương pháp pha tạp

Pha dung

dịch bằng

nước cất 2

lần (100ml)

Đánh siêu âm

trong 1h

Hỗn hợpgồm:

(CH3COO)2ZnO+

C19H42BrN+ CTAB

cóhoặckhôngcóAgNO3.

Thêm từ từ

NaOH(0.2M;

50ml)cho đến kết

tủa xuất hiện.

Giữ kết tủa ở

ngoài 1 ngày

=>sấy khô

trong chân

không =>nung

ở 500C.

Màng có thể chế tạo

bằng phương pháp phủ

dip coating hoặc spin

coating.


2. Cấu trúc so với ZnO thuần

Đo phổ XRD

Phân tích ảnh SEM

Phổ phản xạ khuếch tán (DRS- Diffuse reflectance spectra)


a. Đo phổ XRD

• Cấu trúc ZnO và ZnO-Ag đều là lục giác nguyên thủy, có hằng số mạng a,b lần lượt

là 3.249A và 5.205A.


b. Phương pháp SEM

Với cùng một phương

pháp chế tạo có sử dụng

sóng siêu âm, mẫu ZnO-

Ag có sự đông kết nhiều

hơn so với mẫu Ag.

III. VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP AG

c. Phổ phản xạ khuếch tán (DRS)

Sự xuất hiện của Ag

đã làm dịch chuyển

DRS của ZnO =>

độ rộng vùng hấp

thu tăng.

Cả 2 oxit đều cho thấy sự phát xạ ở gần vùng phát xạ (NBE), điều này được lý

giải do sự tái hợp của các exciton.

III. VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP Ag

c. Phổ phản xạ khuếch tán (DRS)

• Khả năng quang xúc tác của vật liệu được đánh giá thông qua khả năng làm mất

màu của dung dịch methylenblue (MB).

• MB là chất thường được dùng làm chất chỉ thị màu trong phân tích hóa học, nó

bị mất màu trong môi trường oxi hóa khử.

Phương pháp khảo sát tính năng quang xúc tác của vật liệu

1• Đặt mẫu vào đĩa petri, nhỏ dung dịch MB vào

đĩa bằng pipet

2• Chiếu đèn UV vào đĩa chứa mẫu và dung

dịch MB

3• Sau 15 phút, đo độ hấp thụ của mẫu tại bước

sóng 662nm bằng đo phổ UV-Vis

III. VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP Ag

Hình : Phổ truyền qua của dung dịch MB

III. VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP AG

IV. VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP Al

1. Sai hỏng trong tinh thể ZnO:Al

a. Sai hỏng về mặt cấu trúc


1. Sai hỏng trong tinh thể ZnO:Al

b. Sai hỏng điện tử, sự tạo thành bán dẫn

Xảy ra khi các

electron hóa trị bị

kích thích lên mức

năng lượng cao hơn.

sự kíchthích này

Tạo một electron

trong vùng dẫn

hoặc một lỗ trống

trong vùng hóa trị.

Sai hỏng điện tử là hệ quả tất yếu của sai hỏng của nguyên tử (hoặc ion) khi có

lẫn tạp chất. ZnO không có tạp chất thì quá trình tạo sai hỏng trong mạng tinh

thể là quá trình giải phóng một nguyên tử oxi ở vị trí nút mạng.


2.Tính chất dẫn điện của màng ZnO:Al

Độ dẫn điện phụ thuộc vào 2 yếu tố: nồng độ hạt tải, độ linh động, và quá trình

ủ nhiệt ảnh hưởng sâu sắc đến hai yếu tố trên.

Ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt

Màng sau khi ủ nhiệt khí trơhoặc chân không thì vi cấutrúc màng trở nên đồngnhất,tán xạ điện trở giảm => độ linh động tăng => độ dẫnđiện tăng.

Màng sau khi ủ nhiệt trongkhông khí thì nồng độ hạttải tăng và độ linh độngtăng => độ dẫn điện tăng


2.Tính chất quang của màng ZnO:Al

ZnO là bán dẫn chuyển mức thẳng với độ rộng vùng cấm khá lớn,

có độ truyền qua lớn (80%) trong vùng ánh sáng khả kiến.

Do đó, tinh thể ZnO là trong suốt, hấp thụ

riêng ở bước sóng >370 nm.

Độ truyền qua

giảm mạnh bước

sóng nhỏ hơn 0.4

micromet


3.Ứng dụng của màng ZnO:Al

Với đặc trưng và tính chất như trên, màng ZnO:Al được ứng dụng rất nhiều trong

khoa học và kĩ thuật.

Màng dẫn điện trong suốt

Làm điện cực trong pin mặt trời (PMT)

Sensor khí

Lớp tiếp xúc dị thể AZO/p-Si



Lớp tiếp xúc dị thể

AZO/p-Si

Tiếp xúc dị thể được tạo thành từ 2 lớp p-n khi

ghép hai chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm khác

nhau, có khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ Mặt

Trời.

Trong pin mặt trời có 2 lớp tiếp xúc kim loại ở

trên và dưới hai lớp bán dẫn, được nối với nhau

bằng dây dẫn để lấy điện. Trên cùng là một lớp

chống phản xạ ánh sáng giúp tăng khả năng hấp

thụ ánh sáng của pin.

Tài liệu tham khảo:

1. Khóa luận tốt nghiệp Cử Nhân Vật Lý khóa 08

2.Antibacterial and photocatalytic activities of sonochemically

prepared ZnO and Ag–ZnO - C. Karunakaran ∗ , V. Rajeswari , P.

Gomathisankar.

3. http://luanvan.net.vn/luan-van/luan-van-nghien-cuu-che-tao-

mang-zno-pha-tap-al-19750/

vẬt liỆu zno và zno pha tẠp

Science