Luận án TS: Chế tạo, tính chất quang chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ & ứng dụng
Luận án nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử CdSe cấu trúc lõi vỏ. Định hướng ứng dụng vật liệu nano quang điện tử.
Viện Khoa học Vật liệu
Luan An
Luận án Tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
186
Thời gian đọc
28 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Tổng quan lý thuyết Chấm lượng tử CdSe lõi vỏ
Chấm lượng tử (Quantum Dots - QDs) là vật liệu bán dẫn kích thước nano. Chúng thể hiện các tính chất quang điện tử độc đáo. Hiện tượng giam giữ lượng tử xảy ra khi kích thước nhỏ hơn bán kính exciton Bohr. Điều này dẫn đến sự rời rạc hóa các mức năng lượng. Chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ là cấu trúc phổ biến. Cấu trúc này gồm lõi CdSe và lớp vỏ bao quanh. Lớp vỏ thường là vật liệu có năng lượng vùng cấm rộng hơn, ví dụ ZnS. Cấu trúc lõi/vỏ tăng cường hiệu suất phát quang. Nó cũng cải thiện độ bền của chấm lượng tử. Chấm lượng tử biểu hiện ba chế độ giam giữ lượng tử. Đó là giam giữ mạnh, trung gian và yếu. Chế độ giam giữ mạnh xảy ra khi kích thước chấm nhỏ hơn bán kính Bohr của exciton và electron-hole. Quang tính chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước. Kích thước càng nhỏ, hiệu ứng giam giữ càng mạnh. Điều này làm dịch chuyển phổ hấp thụ và phát xạ về phía năng lượng cao (ánh sáng xanh). Sự thay đổi kích thước tinh chỉnh màu sắc phát quang. Phổ quang học của chấm lượng tử CdSe rất đặc trưng. Phổ hấp thụ thể hiện đỉnh hấp thụ rõ nét. Đỉnh này dịch chuyển theo kích thước hạt. Phổ phát quang (phổ huỳnh quang) thường có một đỉnh hẹp. Vị trí đỉnh phát quang cũng phụ thuộc vào kích thước lõi CdSe. Lớp vỏ ZnS giúp giảm thiểu các bẫy bề mặt. Điều này làm tăng hiệu suất lượng tử phát quang. Nó cũng thu hẹp độ rộng phổ phát xạ. Quang tính chấm lượng tử CdSe được ứng dụng rộng rãi.
1.1. Định nghĩa và cấu trúc cơ bản chấm lượng tử
Chấm lượng tử (Quantum Dots - QDs) là vật liệu bán dẫn kích thước nano. Chúng thể hiện các tính chất quang điện tử độc đáo. Hiện tượng giam giữ lượng tử xảy ra khi kích thước nhỏ hơn bán kính exciton Bohr. Điều này dẫn đến sự rời rạc hóa các mức năng lượng. Chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ là cấu trúc phổ biến. Cấu trúc này gồm lõi CdSe và lớp vỏ bao quanh. Lớp vỏ thường là vật liệu có năng lượng vùng cấm rộng hơn, ví dụ ZnS. Cấu trúc lõi/vỏ tăng cường hiệu suất phát quang. Nó cũng cải thiện độ bền của chấm lượng tử.
1.2. Các chế độ giam giữ lượng tử ảnh hưởng quang tính
Chấm lượng tử biểu hiện ba chế độ giam giữ lượng tử. Đó là giam giữ mạnh, trung gian và yếu. Chế độ giam giữ mạnh xảy ra khi kích thước chấm nhỏ hơn bán kính Bohr của exciton và electron-hole. Quang tính chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước. Kích thước càng nhỏ, hiệu ứng giam giữ càng mạnh. Điều này làm dịch chuyển phổ hấp thụ và phát xạ về phía năng lượng cao (ánh sáng xanh). Sự thay đổi kích thước tinh chỉnh màu sắc phát quang.
1.3. Phổ quang học của CdSe QDs
Phổ quang học của chấm lượng tử CdSe rất đặc trưng. Phổ hấp thụ thể hiện đỉnh hấp thụ rõ nét. Đỉnh này dịch chuyển theo kích thước hạt. Phổ phát quang (phổ huỳnh quang) thường có một đỉnh hẹp. Vị trí đỉnh phát quang cũng phụ thuộc vào kích thước lõi CdSe. Lớp vỏ ZnS giúp giảm thiểu các bẫy bề mặt. Điều này làm tăng hiệu suất lượng tử phát quang. Nó cũng thu hẹp độ rộng phổ phát xạ. Quang tính chấm lượng tử CdSe được ứng dụng rộng rãi.
II. Phương pháp chế tạo CdSe core shell QDs hiệu quả
Tổng hợp chấm lượng tử CdSe sử dụng nhiều phương pháp. Phương pháp nhiệt phân tiền chất là phổ biến. Nó kiểm soát tốt kích thước và hình dạng. Các tiền chất cadmium và selenium được trộn trong dung môi hữu cơ. Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ và thời gian phản ứng quyết định kích thước hạt. Việc lựa chọn ligand phù hợp rất quan trọng. Ligand ổn định bề mặt hạt nano. Chúng ngăn chặn sự kết tụ. Kỹ thuật tổng hợp chấm lượng tử CdSe cần độ chính xác cao. Sau khi tổng hợp lõi CdSe, bước tiếp theo là bao phủ vỏ. Phủ vỏ ZnS là lựa chọn phổ biến. ZnS có vùng cấm rộng hơn CdSe. Lớp vỏ này bảo vệ lõi CdSe khỏi quá trình oxy hóa. Nó cũng giảm các khuyết tật bề mặt. Quy trình bao vỏ thường là phương pháp tăng trưởng nhiệt độ cao. Các tiền chất kẽm và lưu huỳnh được thêm từ từ. Điều này đảm bảo sự phát triển đồng nhất của lớp vỏ. Cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnS thể hiện quang tính vượt trội. Nghiên cứu còn tập trung vào chế tạo chấm lượng tử với vỏ dày hoặc nhiều lớp. Ví dụ, cấu trúc CdSe/ZnSe/ZnS hoặc CdSe/CdS/ZnS. Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất phát quang. Vỏ dày hơn giúp cách ly lõi tốt hơn. Cấu trúc đa lớp vỏ cải thiện độ bền. Chúng cũng điều chỉnh được các tính chất quang học. Tổng hợp chấm lượng tử CdSe với các lớp vỏ phức tạp đòi hỏi điều kiện phản ứng nghiêm ngặt. Việc kiểm soát độ dày và thành phần vỏ rất quan trọng để đạt được quang tính mong muốn.
2.1. Giới thiệu các kỹ thuật tổng hợp CdSe QDs
Tổng hợp chấm lượng tử CdSe sử dụng nhiều phương pháp. Phương pháp nhiệt phân tiền chất là phổ biến. Nó kiểm soát tốt kích thước và hình dạng. Các tiền chất cadmium và selenium được trộn trong dung môi hữu cơ. Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ và thời gian phản ứng quyết định kích thước hạt. Việc lựa chọn ligand phù hợp rất quan trọng. Ligand ổn định bề mặt hạt nano. Chúng ngăn chặn sự kết tụ. Kỹ thuật tổng hợp chấm lượng tử CdSe cần độ chính xác cao.
2.2. Quy trình tổng hợp cấu trúc lõi vỏ CdSe ZnS
Sau khi tổng hợp lõi CdSe, bước tiếp theo là bao phủ vỏ. Phủ vỏ ZnS là lựa chọn phổ biến. ZnS có vùng cấm rộng hơn CdSe. Lớp vỏ này bảo vệ lõi CdSe khỏi quá trình oxy hóa. Nó cũng giảm các khuyết tật bề mặt. Quy trình bao vỏ thường là phương pháp tăng trưởng nhiệt độ cao. Các tiền chất kẽm và lưu huỳnh được thêm từ từ. Điều này đảm bảo sự phát triển đồng nhất của lớp vỏ. Cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnS thể hiện quang tính vượt trội.
2.3. Chế tạo chấm lượng tử đa lớp vỏ cải tiến
Nghiên cứu còn tập trung vào chế tạo chấm lượng tử với vỏ dày hoặc nhiều lớp. Ví dụ, cấu trúc CdSe/ZnSe/ZnS hoặc CdSe/CdS/ZnS. Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất phát quang. Vỏ dày hơn giúp cách ly lõi tốt hơn. Cấu trúc đa lớp vỏ cải thiện độ bền. Chúng cũng điều chỉnh được các tính chất quang học. Tổng hợp chấm lượng tử CdSe với các lớp vỏ phức tạp đòi hỏi điều kiện phản ứng nghiêm ngặt. Việc kiểm soát độ dày và thành phần vỏ rất quan trọng để đạt được quang tính mong muốn.
III. Biến đổi bề mặt và chức năng hóa chấm lượng tử CdSe
Bề mặt chấm lượng tử CdSe thường được phủ các ligand hữu cơ. Những ligand này giúp ổn định các chấm trong dung dịch. Chúng cũng ảnh hưởng lớn đến quang tính. Tuy nhiên, các ligand gốc thường không phù hợp cho nhiều ứng dụng sinh học. Biến đổi bề mặt là cần thiết. Nó gắn các nhóm chức năng mới lên bề mặt chấm lượng tử. Quá trình này cải thiện độ tan trong nước. Nó cũng cho phép liên kết với các phân tử sinh học. Tầm quan trọng của biến đổi bề mặt rất lớn. Nó mở rộng khả năng ứng dụng chấm lượng tử. Có nhiều phương pháp để chức năng hóa bề mặt chấm lượng tử CdSe. Trao đổi ligand là một kỹ thuật phổ biến. Ligand cũ được thay thế bằng ligand mới mang nhóm chức năng. Các nhóm chức năng như amine (-NH2), silanol (-Si-OH), và carboxyl (-COOH) được sử dụng rộng rãi. Quá trình amin hóa, silan hóa, hoặc carboxyl hóa giúp thay đổi tính chất bề mặt. Ví dụ, 2-aminoethanethiol cho nhóm amine. Mercaptopropyl-tris(methyloxy)silane cho silanol. 3-mercaptopropionic acid cho carboxyl. Các nhóm này tạo ra các điểm neo hóa học. Ngoài việc gắn nhóm chức năng, bao bọc chấm lượng tử bằng lớp vỏ vô cơ cũng là một chiến lược. Lớp vỏ SiO2 là lựa chọn tuyệt vời. SiO2 cung cấp một lớp bảo vệ cứng chắc. Nó làm tăng độ ổn định hóa học và quang học. Nó cũng tạo ra một bề mặt dễ dàng chức năng hóa hơn. Quá trình này thường bao gồm việc đưa các nano tinh thể CdSe lõi/vỏ vào các hạt cầu SiO2. Hoặc bọc trực tiếp bằng lớp vỏ SiO2. Lớp vỏ SiO2 cũng giảm độc tính của CdSe QDs. Điều này quan trọng cho các ứng dụng sinh y học.
3.1. Tầm quan trọng của biến đổi bề mặt CdSe QDs
Bề mặt chấm lượng tử CdSe thường được phủ các ligand hữu cơ. Những ligand này giúp ổn định các chấm trong dung dịch. Chúng cũng ảnh hưởng lớn đến quang tính. Tuy nhiên, các ligand gốc thường không phù hợp cho nhiều ứng dụng sinh học. Biến đổi bề mặt là cần thiết. Nó gắn các nhóm chức năng mới lên bề mặt chấm lượng tử. Quá trình này cải thiện độ tan trong nước. Nó cũng cho phép liên kết với các phân tử sinh học. Tầm quan trọng của biến đổi bề mặt rất lớn. Nó mở rộng khả năng ứng dụng chấm lượng tử.
3.2. Phương pháp chức năng hóa bằng nhóm hóa học
Có nhiều phương pháp để chức năng hóa bề mặt chấm lượng tử CdSe. Trao đổi ligand là một kỹ thuật phổ biến. Ligand cũ được thay thế bằng ligand mới mang nhóm chức năng. Các nhóm chức năng như amine (-NH2), silanol (-Si-OH), và carboxyl (-COOH) được sử dụng rộng rãi. Quá trình amin hóa, silan hóa, hoặc carboxyl hóa giúp thay đổi tính chất bề mặt. Ví dụ, 2-aminoethanethiol cho nhóm amine. Mercaptopropyl-tris(methyloxy)silane cho silanol. 3-mercaptopropionic acid cho carboxyl. Các nhóm này tạo ra các điểm neo hóa học.
3.3. Bao bọc chấm lượng tử bằng lớp vỏ SiO2
Ngoài việc gắn nhóm chức năng, bao bọc chấm lượng tử bằng lớp vỏ vô cơ cũng là một chiến lược. Lớp vỏ SiO2 là lựa chọn tuyệt vời. SiO2 cung cấp một lớp bảo vệ cứng chắc. Nó làm tăng độ ổn định hóa học và quang học. Nó cũng tạo ra một bề mặt dễ dàng chức năng hóa hơn. Quá trình này thường bao gồm việc đưa các nano tinh thể CdSe lõi/vỏ vào các hạt cầu SiO2. Hoặc bọc trực tiếp bằng lớp vỏ SiO2. Lớp vỏ SiO2 cũng giảm độc tính của CdSe QDs. Điều này quan trọng cho các ứng dụng sinh y học.
IV. Nghiên cứu quang tính chấm lượng tử CdSe lõi vỏ
Đặc trưng cấu trúc và hình thái học là bước quan trọng. Nó xác nhận sự thành công của quá trình chế tạo. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) dùng để quan sát kích thước, hình dạng. Chúng cũng cho biết độ đồng đều của các hạt. Nhiễu xạ tia X (XRD) xác định cấu trúc tinh thể. Nó cũng đánh giá kích thước tinh thể trung bình. Các kỹ thuật này cung cấp thông tin cần thiết. Chúng đảm bảo chất lượng của chấm lượng tử CdSe. Tính chất quang học nano của chấm lượng tử CdSe được phân tích kỹ lưỡng. Phổ hấp thụ quang học đo khả năng hấp thụ ánh sáng. Nó cho biết vị trí đỉnh hấp thụ exciton. Phổ huỳnh quang đo cường độ và bước sóng phát xạ. Nó phản ánh hiệu suất phát quang chấm lượng tử. Sự dịch chuyển đỉnh hấp thụ và phát quang là bằng chứng cho hiệu ứng giam giữ lượng tử. So sánh phổ của lõi CdSe và cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnS cho thấy tác động của lớp vỏ. Lớp vỏ cải thiện đáng kể quang tính. Hiệu suất lượng tử phát quang (PLQY) là chỉ số quan trọng. Nó đánh giá hiệu quả chuyển đổi năng lượng hấp thụ thành ánh sáng phát ra. Phương pháp đo hiệu suất lượng tử của các chấm lượng tử được áp dụng. Giá trị PLQY cao chứng tỏ chất lượng tốt. Nó cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng cao. Việc tăng cường hiệu suất lượng tử là mục tiêu chính. Cấu trúc lõi/vỏ và biến đổi bề mặt góp phần vào việc này. Nghiên cứu quang tính chấm lượng tử CdSe mang lại hiểu biết sâu sắc. Nó giúp tối ưu hóa vật liệu.
4.1. Kỹ thuật đặc trưng cấu trúc và hình thái học
Đặc trưng cấu trúc và hình thái học là bước quan trọng. Nó xác nhận sự thành công của quá trình chế tạo. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) dùng để quan sát kích thước, hình dạng. Chúng cũng cho biết độ đồng đều của các hạt. Nhiễu xạ tia X (XRD) xác định cấu trúc tinh thể. Nó cũng đánh giá kích thước tinh thể trung bình. Các kỹ thuật này cung cấp thông tin cần thiết. Chúng đảm bảo chất lượng của chấm lượng tử CdSe.
4.2. Phân tích phổ hấp thụ và phát quang của CdSe QDs
Tính chất quang học nano của chấm lượng tử CdSe được phân tích kỹ lưỡng. Phổ hấp thụ quang học đo khả năng hấp thụ ánh sáng. Nó cho biết vị trí đỉnh hấp thụ exciton. Phổ huỳnh quang đo cường độ và bước sóng phát xạ. Nó phản ánh hiệu suất phát quang chấm lượng tử. Sự dịch chuyển đỉnh hấp thụ và phát quang là bằng chứng cho hiệu ứng giam giữ lượng tử. So sánh phổ của lõi CdSe và cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnS cho thấy tác động của lớp vỏ. Lớp vỏ cải thiện đáng kể quang tính.
4.3. Đánh giá hiệu suất lượng tử phát quang
Hiệu suất lượng tử phát quang (PLQY) là chỉ số quan trọng. Nó đánh giá hiệu quả chuyển đổi năng lượng hấp thụ thành ánh sáng phát ra. Phương pháp đo hiệu suất lượng tử của các chấm lượng tử được áp dụng. Giá trị PLQY cao chứng tỏ chất lượng tốt. Nó cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng cao. Việc tăng cường hiệu suất lượng tử là mục tiêu chính. Cấu trúc lõi/vỏ và biến đổi bề mặt góp phần vào việc này. Nghiên cứu quang tính chấm lượng tử CdSe mang lại hiểu biết sâu sắc. Nó giúp tối ưu hóa vật liệu.
V. Định hướng ứng dụng chấm lượng tử CdSe lõi vỏ
Ứng dụng chấm lượng tử trong sinh học rất hứa hẹn. Đặc biệt là trong phát hiện và chẩn đoán bệnh. Các chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ phát quang mạnh. Chúng có độ bền quang học cao. Ví dụ, chấm lượng tử này có thể dùng làm tác nhân đánh dấu sinh học. Nghiên cứu đã ứng dụng các mẫu chấm lượng tử để phát hiện virus viêm gan B. Đây là một bước tiến quan trọng. Khả năng phát quang ổn định và kích thước nano phù hợp. Điều này mở ra nhiều cơ hội mới trong y sinh học. Ngoài y sinh học, chấm lượng tử CdSe còn có nhiều ứng dụng khác. Chúng được sử dụng trong quang điện tử. Ví dụ, trong pin mặt trời thế hệ mới. Hay trong các thiết bị hiển thị thế hệ tiếp theo (QLED). Tính chất quang học nano độc đáo của chúng là nền tảng. Chấm lượng tử cũng tìm thấy ứng dụng trong cảm biến quang. Hoặc trong các vật liệu phát quang tiên tiến. Phạm vi ứng dụng rất rộng. Nó bao gồm cả chiếu sáng và công nghệ thông tin. Phát quang mạnh và có thể điều chỉnh là lợi thế lớn. Nó thúc đẩy phát triển công nghệ mới. Việc kiểm soát kích thước chấm lượng tử tinh chỉnh màu phát xạ. Điều này cho phép tạo ra các nguồn sáng đa màu. Hoặc các màn hình với dải màu rộng hơn. Cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnS cải thiện hiệu suất. Nó cũng tăng độ bền của vật liệu. Nghiên cứu tiếp tục tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất. Đồng thời giảm thiểu độc tính. Mục tiêu là đưa chấm lượng tử vào các sản phẩm thương mại.
5.1. Tiềm năng ứng dụng CdSe QDs trong sinh học
Ứng dụng chấm lượng tử trong sinh học rất hứa hẹn. Đặc biệt là trong phát hiện và chẩn đoán bệnh. Các chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ phát quang mạnh. Chúng có độ bền quang học cao. Ví dụ, chấm lượng tử này có thể dùng làm tác nhân đánh dấu sinh học. Nghiên cứu đã ứng dụng các mẫu chấm lượng tử để phát hiện virus viêm gan B. Đây là một bước tiến quan trọng. Khả năng phát quang ổn định và kích thước nano phù hợp. Điều này mở ra nhiều cơ hội mới trong y sinh học.
5.2. Các lĩnh vực ứng dụng khác của chấm lượng tử
Ngoài y sinh học, chấm lượng tử CdSe còn có nhiều ứng dụng khác. Chúng được sử dụng trong quang điện tử. Ví dụ, trong pin mặt trời thế hệ mới. Hay trong các thiết bị hiển thị thế hệ tiếp theo (QLED). Tính chất quang học nano độc đáo của chúng là nền tảng. Chấm lượng tử cũng tìm thấy ứng dụng trong cảm biến quang. Hoặc trong các vật liệu phát quang tiên tiến. Phạm vi ứng dụng rất rộng. Nó bao gồm cả chiếu sáng và công nghệ thông tin.
5.3. Phát triển công nghệ dựa trên phát quang mạnh
Phát quang mạnh và có thể điều chỉnh là lợi thế lớn. Nó thúc đẩy phát triển công nghệ mới. Việc kiểm soát kích thước chấm lượng tử tinh chỉnh màu phát xạ. Điều này cho phép tạo ra các nguồn sáng đa màu. Hoặc các màn hình với dải màu rộng hơn. Cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnS cải thiện hiệu suất. Nó cũng tăng độ bền của vật liệu. Nghiên cứu tiếp tục tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất. Đồng thời giảm thiểu độc tính. Mục tiêu là đưa chấm lượng tử vào các sản phẩm thương mại.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (186 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU -------- Vũ Đức Chính NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe VỚI CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội- 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU -------- Vũ Đức Chính NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe VỚI CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử Mã số: 62 44 50 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: TS. Phan Tiến Dũng 2: PGS. Phạm Thu Nga Hà Nội- 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Phạm Thu Nga và TS.
Phan Tiến Dũng, những người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian tôi làm nghiên cứu khoa học, hết lòng giúp đỡ tôi về vật chất và tinh thần trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh để tôi hoàn thành luận án này. Xin trân trọng cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Viện Khoa học Vật liệu và Phòng Đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi làm luận án, đặc biệt là PGS. Viện trưởng Nguyễn Quang Liêm đã tạo điều kiện trong giai đoạn cuối, để tôi có thể hoàn thành được nội dung bản luận án này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến GS.
Đào Trần Cao. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Xuân Nghĩa, thuộc Viện Khoa học Vật liệu; TS. Carlos Barthou và GS.
Paul Benalloul, thuộc Viện các khoa học Nano Paris, trường Đại học Pierre và Marie Curie, Paris, Pháp; PGS. Lê Văn Vũ, Giám đốc Trung tâm Khoa học Vật liệu, thuộc Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên; ThS. Đỗ Hùng Mạnh và ThS. Phạm Thanh Bình, thuộc Viện Khoa học Vật liệu; PGS.
Nguyễn Văn Hùng, thuộc Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đã giúp tôi thực hiện các phép đo để nghiên cứu các tính chất vật lý của các mẫu chấm lượng tử. Tôi xin cảm ơn GS. Nguyễn Đại Hưng và PGS. Vũ Thị Bích đã tạo điều kiện để tôi tham gia thực hiện đề tài độc lập cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (năm 2007-2008) “Phát triển và ứng dụng k thuật nano quang tử cho đánh dấu nghiệp vụ , đóng góp vào các kết quả của luận án này.
Tôi xin cảm ơn PGS. Nguyễn Ngọc Long và ThS. Lưu Mạnh Quỳnh, thuộc Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên; TS. Kim Thị Phương Oanh, thuộc Viện Công nghệ sinh học, đã ứng dụng các mẫu chấm lượng tử của chúng tôi để phát hiện sự có mặt của virus viêm gan B.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các NCS. Vũ Thị Hồng Hạnh, NCS. Khổng Cát Cương, KS. Phạm Thùy Linh, CN.
Đỗ Văn Dũng và CN. Lê Văn Quỳnh đã cùng tôi tiến hành các thí nghiệm chế tạo mẫu và nghiên cứu các tính chất quang của chúng. Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân và các bạn bè của tôi, dù có làm khoa học hay không, đã ủng hộ tôi làm nghiên cứu sinh. Tác giả luận án Vũ Đức Chính LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của TS.
Phan Tiến Dũng và PGS. Phạm Thu Nga. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án Vũ Đức Chính MỤC LỤC Trang Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ và bảng MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÁC CHẤM 12 LƢỢNG TỬ CdSe 1. Giới thiệu về các chấm lƣợng tử huyền phù 12 1. Cấu trúc điện tử cơ bản của các chấm lƣợng tử 16 1. Chế độ giam giữ yếu 18 1.
Chế độ giam giữ trung gian 18 1. Chế độ giam giữ mạnh 19 1. Phép gần đúng khối lƣợng hiệu dụng ứng dụng cho mô hình 19 nhiều dải 1. Các chuyển dời quang học 24 1.
Cấu trúc tinh tế của exciton biên dải 25 1. Phổ quang học của các chấm lƣợng tử CdSe 27 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC CHẤM LƢỢNG 30 TỬ CdSe/ZnS CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ CÁC K THUẬT THỰC NGHIỆM 2. Phƣơng pháp chế tạo các chấm lƣợng tử CdSe với cấu trúc l i v 30 với v dày và nhiều lớp v 2.
Giới thiệu về các phƣơng pháp chế tạo các chấm lƣợng tử 30 CdSe 2. Quy trình chế tạo các chấm lƣợng tử CdSe và CdSe ZnS 35 2. Quy trình chế tạo các chấm lƣợng tử l i v với v dày và cấu 40 trúc nhiều lớp v CdSe ZnSe ZnS và CdSe CdS ZnS 2. Biến đổi bề m t và chức n ng hoá các chấm lƣợng tử 43 2.
Trao đổi ligand 45 2. Phƣơng pháp biến đổi bề m t các chấm lƣợng tử CdSe cấu 46 trúc l i v b ng các nh m amine -NH2), silanol (-Si-OH) và carboxyl (-COOH) 2. Amin h a các chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v và 46 nhiều lớp v b ng 2-aminoethanethiol 2. Silan h a các chấm lƣợng tử b ng mercaptopropyl- 47 tris(methyloxy)silane 2.
Carboxyl h a các chấm lƣợng tử b ng 3-mercapto- 47 propionic acid 2. Bọc các nano tinh thể b ng lớp v SiO2 48 2. Đƣa các nano tinh thể vào các hạt cầu SiO2 49 2. Các k thuật thực nghiệm dùng để nghiên cứu chấm lƣợng tử CdSe 49 2.
Kính hiển vi điện tử truyền qua 49 2. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng 50 2. Nhiễu xạ tia X 51 2. Phƣơng pháp đo phổ hấp thụ quang học 53 2.
Phƣơng pháp phổ huỳnh quang 55 2. Phƣơng pháp đo hiệu suất lƣợng tử của các chấm lƣợng tử 56 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VỀ CHẾ TẠO, ĐẶC TRƢNG HÌNH 58 THÁI CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ NHIỀU LỚP VỎ 3. Kết quả chế tạo các chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v và v dày: 58 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS, CdSe/CdS/ZnS 3.
Chế tạo các chấm lƣợng tử CdSe 58 3. Bọc v ZnS cho các chấm lƣợng tử CdSe 66 3. Quá trình chuyển các chấm lƣợng tử thành dạng bột nano 75 3. Kết luận 75 CHƢƠNG 4.
CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM 77 LƢỢNG TỬ CdSe CẤU TRÚC LÕI/VỎ VÀ NHIỀU LỚP VỎ 4. Phổ hấp thụ của các chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc khác nhau, 77 cấu trúc l i v dày CdSe ZnS và nhiều lớp 4. Phổ hấp thụ của các chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc khác 77 nhau 4. Phổ hấp thụ của các chấm lƣợng tử CdSe ZnS với lớp v c 81 độ dày thay đổi 4.
Phổ hấp thụ của các chấm lƣợng tử nhiều lớp với v dày 84 4. Phổ huỳnh quang của các chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc khác 87 nhau, cấu trúc l i v dày CdSe ZnS và nhiều lớp 4. Phổ huỳnh quang của các chấm lƣợng tử CdSe với kích thƣớc 87 khác nhau 4. Phổ huỳnh quang của các chấm lƣợng tử CdSe ZnS cấu trúc 91 l i v dày 4.
Phổ huỳnh quang của các chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc nhiều 93 lớp v 4. Phổ huỳnh quang ở nhiệt độ từ 4 K tới 300 K của các chấm lƣợng 98 tử CdSe và CdSe ZnS 4. Phổ huỳnh quang của các chấm lƣợng tử CdSe nhiều lớp và v dày 107 ở nhiệt độ thấp đến 4 K 4. Huỳnh quang tắt dần và thời gian sống τ tại các nhiệt độ từ 4 K 111 đến nhiệt độ ph ng 4.
Kết luận 119 CHƢƠNG 5. TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG 121 TỬ CdSe VỚI CẤU TRÚC LÕI/VỎ ĐÃ ĐƢỢC IẾN ĐỔI Ề MẶT VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG 5. Biến đổi bề m t các chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v với các 124 nhóm amine 5. Phổ hấp thụ của các chấm lƣợng tử đƣợc amine h a 125 5.
Phổ huỳnh quang của các chấm lƣợng tử đƣợc amine h a 126 5. Biến đổi bề m t các chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v với các 128 nhóm silanol (-Si-OH) 5. Biến đổi bề m t các chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v với các 130 nhóm carboxyl 5. Bọc các chấm lƣợng tử CdSe cấu trúc l i v b ng lớp v SiO2 132 5.
Đƣa các nano tinh thể CdSe cấu trúc l i v vào bề m t các hạt cầu 134 vi xốp SiO2 5. Ghép các chấm lƣợng tử tan trong nƣớc với các phân tử hoạt tính 136 thuốc trừ sâu 5. Định hƣớng ứng dụng các chấm lƣợng tử CdSe ZnS làm cảm biến 137 sinh học cho việc phát hiện thuốc trừ sâu phốt phát hữu cơ 5. Chế tạo Acetylthiocholine 140 5.
Chế tạo tổ hợp đế chấm lƣợng tử-ATCh-AChE 140 5. Chuẩn bị các mẫu của tổ hợp đế: chấm lƣợng tử-ATCh-AChE 140 với lƣợng thuốc trừ sâu Parathion methyl khác nhau 5. Kết luận 143 KẾT LUẬN 145 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN VỚI ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIÊT TẮT nm nano mét HQ Huỳnh quang TOP Trioctylphosphine TOPO Trioctylphosphine oxide HDA Hexadecylamine CHĐBM Chất hoạt động bề m t Cd(CH3COO)2 Cadmium acetate Cd(CH3)3 Dimethylcadmium Se Selen TOP-Se Trioctylphosphine selenide Zn Kẽm Zn(CH3COO)2 Kẽm acetate (TMS)2S Hexamethyl disilthiane N2 Nitơ Cd Cadmium S Lƣu huỳnh CHCl3 Chloroform CH3OH Methanol TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua HR-TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao FE-SEM Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng FWHM Độ bán rộng phổ huỳnh quang Thời gian sống phát xạ QY Hiệu suất lƣợng tử huỳnh quang -NH2 Nh m amine -COOH Nh m carboxyl -SH Nhóm thiol MPA Mercaptopropionic acid AET 2-aminoethanethiol MPS Mercaptopropyltris(methyloxy)silane TMAH Tetramethylammonium hydroxide trong methanol HBV Virus viêm gan B TEOS Tetraethyl orthosilicate SiO2 Silica M Mol/lít ML Đơn lớp AChE Acetylcholinesterase ATCh Acetylthiocholine TCh Thiocholine PM Parathion Methyl OPH Organophosphorus hydrolase DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNG Hình 1. Mô hình chấm lượng tử với cấu trúc lõi/vỏ và phổ HQ của chúng tương ứng khi kích thước tăng dần Hình 1.
Các hình dạng khác nhau của các nano tinh thể bán dẫn CdSe Hình 1. Ảnh hưởng của hình dáng nano tinh thể tới tính chất điện tử (A) và tính chất bề mặt (B) của chúng Hình 1.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Chế tạo & Quang tính chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ và ứng dụng" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử CdSe cấu trúc lõi vỏ. Định hướng ứng dụng vật liệu nano quang điện tử.
Luận án "Chế tạo & Quang tính chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ và ứng dụng" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Viện Khoa học Vật liệu. Năm bảo vệ: 2011.
Luận án "Chế tạo & Quang tính chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ và ứng dụng" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Chế tạo & Quang tính chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ và ứng dụng" thuộc chuyên ngành Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử. Danh mục: Vật Lý Lý Thuyết.
Luận án "Chế tạo & Quang tính chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ và ứng dụng" có bao nhiêu trang?
Luận án "Chế tạo & Quang tính chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ và ứng dụng" có 186 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Chế tạo & Quang tính chấm lượng tử CdSe lõi/vỏ và ứng dụng" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.