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=0B2JJJMzJbJcwajN
XZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&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, t0
nc 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 =
𝑛α
𝑛𝑖
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 =
𝑉 𝐻
𝐼
σ =
1
𝑅 𝐻𝑎𝑙𝑙
μ =
σ
𝑛𝑞
2.Phép đo Hall

3. Ứng dụng màng mỏng ZnO
ZnO Thin
Films

III. VẬT LIỆU ZNO PHA TẠPAG
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 mang
điện
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 kích
thích 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 trơ
hoặc chân không thì vi cấu
trúc màng trở nên đồng
nhất,tán xạ điện trở giảm =>
độ linh động tăng => độ dẫn
điện tăng.
Màng sau khi ủ nhiệt trong
không khí thì nồng độ hạt
tải tăng và độ linh động
tăng => 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

VẬT LIỆU ZnO và ZnO PHA TẠP

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (15)

Similar to VẬT LIỆU ZnO và ZnO PHA TẠP

Similar to VẬT LIỆU ZnO và ZnO PHA TẠP (20)

More from www. mientayvn.com

More from www. mientayvn.com (20)

VẬT LIỆU ZnO và ZnO PHA TẠP

Editor's Notes