Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại bức xạ năng lượng cao đến các tính chất của chấm lượng tử CdTe định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ







PHÙNG VIỆT TIỆP







NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ
NĂNG LƯỢNG CAO ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA
CHẤM LƯỢNG TỬ CdTe ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG MÔI TRƯỜNG VŨ TRỤ







LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ







PHÙNG VIỆT TIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ
NĂNG LƯỢNG CAO ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA
CHẤM LƯỢNG TỬ CdTe ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG MÔI TRƯỜNG VŨ TRỤ

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
Chuyên ngành đào tạo thí điểm


LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THANH BÌNH











Hà Nội - 2011
i

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NANO TINH THỂ CdTe 3
1.1 Gii thiu v vt liu nano 3
1.2 Tính cht chung ca CdTe 7
1.2.1 Tính cht cu trúc 7
1.2.2 Tính cht quang 10
1.2.3 ng cu kin bên ngoài lên tính cht ca CdTe 11
1.3 ng dng 14
1.3.1 ng dng vt liu nano 14
1.3.2 ng dng nano tinh th CdTe 17
CHƢƠNG 2:KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 19
 to vt liu nano 19
2.2 Ch to mu 20
2.3 X lý mu 21
2.4 K thu hp th 22
2.5 K thu hunh quang 25
2.6 K thui gian sng hunh quang 26
CHƢƠNG 3:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29
3.1 ng ca bc x tia X 29
3.1.1 Ph hp th 29
3.1.2 Ph hunh quang 30
ii

3.2 nh ng ca bc x tia Gamma 31
3.2.1 Ph hp th 31
3.2.2 Ph hunh quang 32
3.2.3 Thi gian sng 33

3.3 ng ca bc x t 38
3.3.1 Ph hp th 38
3.3.2 Ph hunh quang 39
3.4 ng ca bc x photon hãm 40
3.4.1 Ph hp th 40
3.4.2 Ph hunh quang 41
3.4.3 Thi gian sng 42
KẾT LUẬN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46















iii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1.Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano cấu tạo từ
nguyên tử giống nhau

Bảng 1.2.Các thông số mạng tinh thể của một số hợp chất thuộc nhóm A
2
B
6

Bảng 1.3. Các thông số vùng năng lượng của CdTe
Bảng 1.4.Ước tính sản lượng các loại vật liệu và thiết bị nano khác nhau của
thế giới trên cơ sở các tổng quan và Tạp chí Hóa học Quốc tế (2003 - 2004 ) và
nghiên cứu thị trường (BCC 2001)
Bảng 1.5.Sản lượng điện do pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới
Bảng 3.1.Các giá trị khớp theo hàm stretched-exponential đường cong suy
giảm phát quang của chấm lượng tử CdTe theo bước sóng, mẫu không xử lý và mẫu
CdTe chiếu xạ tia Gamma.




iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Một số thực thể từ nhỏ như nguyên tử ( kích thước khoảng
angstron) đến lớn như tế bào động vật (khoảng một vài chục micron)
Hình 1.2. Mối quan hệ giữa tỉ số nguyên tử bề mặt và tổng số nguyên tử với
số lớp nguyên tử khác nhau trong một cấu trúc nano.
Hình 1.3. Sự thay đổi hình thái từ tinh thể dạng khối tới chấm lượng tử dẫn
tới cấu trúc vùng năng lượng và hàm mật độ trạng thái của chất bán dẫn cũng thay
đổi theo.
Hình 1.4. Cấu trúc mạng tinh thể giả kẽm liên kết tứ diện và đối xứng lập
phương (a) và cấu trúc vùng Brillouin(b).
Hình 1.5. Cấu trúc vùng năng lượng của CdTe.

Hình 1.6. Phổ hấp thụ (trái) và phổ phát xạ (phải) của chấm lượng tử CdTe
bọc TGA (thiolglycolic acid) trong dung môi H
2
O. Màu sắc của chấm lượng tử thay
đổi từ đỏ đến xanh ứng với sự giảm dần kích thước trung bình của chấm lượng tử
Hình 1.7. Phổ huỳnh quang của chấm lượng tử keo CdTe các kích cỡ khác
nhau, tăng khoảng 2-20 nm
Hình 1.8.Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của QDs trong quá tình tổng hợp.
Hình 1.9. Phổ hấp thụ (a) và vị trí đỉnh phổ (b) của mầm và chấm lượng tử
CdTe sau khi xử lí nhiệt độ ở các công suất khác nhau của lò vi sóng.
Hình 1.10. Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh huỳnh quang (b)của
mầm và chấm lượng tử CdTe sau khi xử lý nhiệt ở các công suất khác nhau của lò
vi sóng.
Hình 1.11. Phổ hấp thụ (a) và vị trí các đỉnh phổ (b) của chấm lượng tử
CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng.
Hình 1.12. Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh phổ (b) của chấm
lượng tử CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng.
Hình 1.13. Mặt cắt ngang của một tế bào năng lượng mặt trời mỏng CdTe.
Hình 1.14.MW CdTe PV Array, Waldpolenz, Đức.
Hình 2.1. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu CdTe QDs tổng hợp ở 120
o
sau 5
phút. Trên góc là ảnh TEM phân giải cao
v

Hình 2.2. Các mẫu CdTe được chiếu xạ với các điều kiện khác nhau: Chiếu
bức xạ photon hãm, chiếu xạ Nơtron nhiệt, không chiếu xạ, chiếu xạ Gamma, chiếu
xạ tia X (từ trái qua phải) với cùng tỉ lệ nồng độ 100µl:1600µl
Hình 2.3. Hệ đo phổ hấp thụ Cary 5000 (Viện Khoa học Vật liệu)
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của hệ đo hấp thụ quang học UV-VIS-NIR.

Hình 2.5. Hệ đo phổ huỳnh quang Cary Eclipse
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý của máy phổ kế huỳnh quang
Hình 2.7. Nguyên lý phép đo TCSPC
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý hệ đo TCSPC
Hình 3.1. Phổ hấp thụ của CdTe chiếu xạ tia X
Hình 3.2. Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu xạ tia X
Hình 3.3. Phổ hấp thụ của CdTe chiếu xạ tia Gamma
Hình 3.4. Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu xạ tia Gamma
Hình 3.5. (a)Đường cong suy giảm phát quang của phát xạ exciton từ chấm
lượng tử CdSe tại 620 nm ± 5 nm (đường màu xám) và đường khớp single-
exponential (màu đỏ) (giá trị
0.99


nếu khớp theo stretched-exponential, rất
gần với 1), hình góc trên tương ứng được vẽ theo thang log của cường độ phát
quang; (b) tốc độ phát xạ của exciton phụ thuộc vào tần số phát quang trong chấm
lượng tử CdTe [12]
Hình 3.6. Đồ thị sự phụ thuộc theo bước sóng của thời gian sống của chấm
lượng tử CdTe không xử lý và CdTe chiếu xạ tia Gamma.
Hình 3.7. Các trạng thái exciton sáng (
0
U
,
1
U

,
1
L


); các trạng thái
exciton tối (
0
L
,
2
) và trạng thái bề mặt trap (
Trap
). Sự phát xạ của các
exciton sáng ứng với các quá trình 1, 3, 6.
Hình 3.8. Phổ hấp thụ của CdTe chiếu xạ Nơtron nhiệt
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu xạ Nơtron nhiệt
Hình 3.10. Phổ hấp thụ của CdTe chiếu bức xạ photon hãm
Hình 3.11. Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu bức xạ photon hãm
Hình 3.12. Đường cong suy giảm huỳnh quang của mẫu CdTe khi chiếu bức
xạ photon hãm
Hình 3.13. Đường cong suy giảm huỳnh quang của mẫu CdTe - P sau chiếu
1 tuần và sau chiếu 8 tuần.
1

LỜI NÓI ĐẦU
Nhu ch to và ng dng chng t QDs là
 tài thu hút s quan tâm ca nhiu nhà khoa hc trên th gii. Trong các h chm
ng t thì các chng t da trên hp cht A
2
B
6
c nghiên cu nhi
c. Các vt liu bán dn này có vùng cm thng, ph hp th nm trong vùng nhìn

thy và mt phn nm trong min t ngoi gn, có hiu sut phát x l
hp vi nhiu ng dng trong thc t. Chng t nhóm A
2
B
6

CdTe có ting dng, ví d 
kin chuyng mt tri, các linh kin t, các detector siêu
nhy, trong các linh kin phát sáng (QD-LED), trong các ng dng y-n
nh phân t và t bào [18], các cm bin sinh hc nano (nano-biosensor) [25]. Có
th nói hin nay là thi ca chng t vì có rt nhiu ng dng ha hn và
ni bt ca chng t c k trên.
Vic c gng tp trung vào chng t nano Stranski-
th chng bc x rt cao do hiu ng giam gi ng t 3 chiu th
cho th hunh  [16] hoc ch
khi có m proton [22]. T  chng bc x cao t  là
mt li th ti s dng nano tinh th làm cm bin sinh hc trong
mi ng d.
c tính ni tri ca chng t là hiu ng giam gi ng t do kích
c gim xung c nm. Hiu ng này dn các ht ti tín b giam gi v
mt không gian,  bên trong th tích rt bé ca nano tinh th. H qu là các mc
ng cn t và l trng t ch liên tc trong tinh th khi tr nên gián
n, hp th quang hc  các mnh hình dng,
c ca chng t. Do hiu i ta có th s dc
ca các chng t  i trong mt khong r
ng ca các trn t n và dch chuyn quang hc. Kt qu là các
nhà khoa hc có th i phát x ánh sáng t các ht chng t này, t ph
t ngoi, nhìn thy, hng ngoi gn và ti vùng hng ngoi gia. Các ht chm
ng t   o ra nhiu tính cht quang m    nhân các ht ti
(carrier multiplict nhp nháy (single-particlen blinking) và truyn tín

hiu ph [10].
Mt trong nhng ng dng ca chng t c các nhà nghiên
cu, công ngh c bit quan tâm là s dng làm các linh kin quang - n t. Các
linh kin t s dng chng t c nh, hiu sut
cao thích hp s du kiu ki, linh
kin, vt liu chu kin rt khc nghii nhi ln, nh
ng trc titr , tia ,  
2

dng vt liu ki chúng tôi chn “Nghiên cứu ảnh
hưởng của các loại bức xạ năng lượng cao đến các tính chất của chấm lượng tử
CdTe định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ”  tài lu
Lui m u và phn kt lun, lu
Chương 1: Tổng quan: Gii thiu chung v CdTe, các tính cht chung ca
CdTe và nhng ng dng ci vi sng.
Chương 2: Kỹ thuật thực nghiệm: Trình  to mu và
x lý mu. K thu hp th. K thu hunh quang. K thuthi
gian sng hunh quang.
Chương 3: Kết quả và thảo luận: Trình bày kt qu nghiên cu ng
ca các bc x: bc x tia X, bc x gamma, bc x tron nhit và bc x photon
hãm lên tính cht quang hc ca chng t ph
hp th, ph hunh quang, thi gian sng hunh quang ca CdTe.
Phần kết luận: Tng hp các kt qu mà luc.




3

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NANO TINH THỂ CdTe
1.1 Giới thiệu về vật liệu nano
Vt liu nano (nano materials) là mt trong nhc nghiên cnh
ng nht trong thi gian gc th hin bng s các công
trình khoa hc, s các bng phát minh sáng ch, s n
khoa hc, công ngh theo cp s  c tính v s tiu
n 8,6 t 
n mt phn t c, mt nano
giây là mt khong thi gian bng mt phn t ca mt giây. Còn nano mà chúng ta
dùng  t phn t ca mt mét. Nói m
vt liu cht rc nm vì yu t quan trng nht mà chúng ta s làm
vic là vt liu  trng thái rn. Vt liu nano là mt thut ng rt ph bin, tuy vy
không pht khái nim rõ ràng v thut ng  hiu rõ khái nim
vt liu nano, chúng ta cn bit hai khái nim có liên quan là khoa hc nano
(nanoscience ) và công ngh nano (nanotechnology ). Theo vin hàn lâm hoàng gia
Anh: Khoa hc nano là ngành khoa hc nghiên cu v các hing và s can
thip (manipulation) vào vt liu ti các quy mô nguyên t, phân t i phân t.
Công ngh nano là vic thit k to và ng dng
các cu trúc, thit b, và h thng bng viu khic trên
quy mô nano mét.
Vt ling cc là khoa hc nano và công ngh
nano, nó liên kc trên vc ca vt liu nano tri mt
khong khá rng, t n vài tr có mt con s d hình dung, nu ta
có mt qu cu có bán kính bng qu bóng bàn thì th   làm ra rt nhiu
hc 10 nm, nu ta xp các ht hàng dài k tip
 dài ca chúng bng mt ngàn ln chu vi ct.
Tính cht thú v ca vt liu nano bt ngun t c ca chúng rt nh
bé có th so sánh vc ti hn ca nhiu tính cht hóa lí ca vt liu.
Ch là v c
ca vt li nh  có th so sánh vc ti hn ca mt s

tính cht. Vt liu nano nm gia tính chng t ca nguyên t và tính cht khi
ca vt lii vi vt liu kh dài ti hn ca các tính cht rt nh so v
ln ca vt lii vi vt li
cht khác l bu t nguyên nhân này.
4

Chúng ta hãy ly mt ví d: Vt liu st t c hình thành t nh 
men, trong lòng m có t tính sp xp song song vi nhau
i không nht thit phi song song vi mô men t ca nguyên t  m
men khác. Git vùng chuyn tic g
dày c thuc vào bn cht ca vt liu mà có th dày t 10-100
nm. Nu vt liu to thành t các ht ch c b 
s có các tính cht khác hn vi tính cht ca vt liu khi vì ng ca các
nguyên t  áng lên nguyên t  
Chính vn vng ng dng to ln nên
các nghiên cu khoa hccông ngh, nghiên cu ng dng vt liu có cu trúc nano
c thc hin ti nhiu phòng thí nghim tiên tin trên th gii. Vt liu có
c cc hiu theo nc các ht vt liu
nm trong vùng mn nh 

Hình 1.1. Một số thực thể từ nhỏ như nguyên tử (kích thước khoảng
angstron) đến lớn như tế bào động vật (khoảng một vài chục micron) [2]
 có th hình dung, so sánh v vt lic nano mét, Hình 1.1
trình bày mt s thc th t nh  c khong angstron)
n l ng vt (animal cell, khong vài chc micron), và vùng kích
c ca vt liu có cu trúc nano/chm ng t c quan tâm (NCs/QDs,
vùng mn mt vài ch c ca các protein).
Vc nh y, s nguyên t phân b trên b mt tr nên rt
 so vi s nguyên t nm bên trong ht. Bảng 1.1 cho bit mt s giá tr
n hình ca ht nano cu to t các nguyên t ging nhau và Hình 1.2 biu din

mi quan h gia t s nguyên t b mt và tng s nguyên t vi s lp nguyên t
khác nhau trong mt cu trúc nano.

5

Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano cấu tạo từ nguyên
tử giống nhau [2]
Đƣờng kính
hạt nano
(nm)
Số nguyên
tử
Tỉ số nguyên
tử trên bề
mặt (%)
Năng lƣợng
bề mặt
(erg/mol)
Tỉ số năng
lƣợng bề
mặt trên
năng lƣợng
toàn phần
(%)
10
30.000
20
4,08×10
11
7,6

5
4.000
40
8,16×10
11

14,3
2
250
80
2,04×10
11

35,3
1
3
90
9,23×10
11

82,2
Chng hn, vi mt hng kính 5 nm thì s nguyên t mà h
cha là: 4000 nguyên t vi t s nguyên t trên b mng b mt
là 8,16×10
11
và t s ng b mng toàn phn là 14,3%. Do
vy, các hiu ng hoálý, quang ph liên quan ti trng thái b mt cc
biu vt liu có cu trúc nano.

Hình 1.2. Mối quan hệ giữa tỉ số nguyên tử bề mặt và tổng số nguyên tử với

số lớp nguyên tử khác nhau trong một cấu trúc nano [2]
6

c ca vt liu gim xung c nano mét, có hai hic
bit xy ra:
Th nht, t s gia s nguyên t nm trên b mt và s nguyên t trong c
ht nano tr nên rt ln. Mng liên kt ca các nguyên t b mt b
h thp m c liên kt m, th hin
qua nhi nóng chy hoc nhi chuyn pha cu trúc ca các ht nano thp
u so vt liu khng (thí d vi TiO
2
, nhi chuyn pha t cu
trúc anatase sang cu trúc rutile khong 400
0
C khi vt lic nano và
khong 1200
0
C khi vt liu  dng khi). Bên cu trúc tinh th ca ht và
hiu ng t ca các trn t b  bi s nguyên t
trên b mt, dn vt liu  cu trúc nano có nhiu tính cht mi l so vi vt
liu khi và ha hn mang li nhng ng dng quan trng trong cuc sng.
Th haic ca ht gim xung xp x bán kính Bohr ca exciton
trong vt liu khi thì xut hin hiu ng giam gi ng t (quantum confinement
n t ng trong ht
nano b ng t hoá. Các trng thái b ng t hoá trong cu trúc nano s quyt
nh tính chn và quang nói riêng, tính cht vt lý và hoá hc nói chung ca cu

Chính hai tính chc nano mét ca vt li
làm cho các cu trúc nano tr ng ca nghiên c
nghiên cu ng dng. Các tính cht ca các cu trúc nano có th c bng

u chnh hình dc c nano mét ca chúng.

Hình 1.3.Sự thay đổi hình thái từ tinh thể dạng khối tới chấm lượng tử dẫn
tới cấu trúc vùng năng lượng và hàm mật độ trạng thái của chất bán dẫn cũng thay
đổi theo.

7

1.2. Tính chất chung của CdTe
  rng vùng cm 1.52 eV có kh  nh quang trong
vùng nhìn thc sóng hunh quang có th i nh hiu ng giam cm
ng t trong các chng t c khác nhau.
1.2.1 Tính chất cấu trúc
Tinh th CdTng có cu trúc l km (cubic zincblende).
Cc mô t p các mxen vào nhau  tâm mt l.
Nguyên t Cd hình thành mt mng con và nguyên t Te hình thành mt mng con
m quan trng ca sp xp mng zinblende kiu này là s thiu tri
xng kt qu tinh th CdTe có tính phân cc cao tr ng không phân cc [110].
Ví d khi nuôi tinh th ng [111] s phát trin m
 nhi phòng hng s mng ca CdTe ln nht trong h bán dn A
2
B
6
.
Các kt qu nghiên cu cho thy hng s mng ci t 6.480 Å ti
6.488 Å tùy thuu kin ch to hay x lý mu. T ph nhiu x tia X có
th tíc hng s mng và h s dãn n nhit c
a(T ) = 6.4802 + 31.94 ×10
-6
T + 31.94 ×10

-9
T
2
+ 31.94 ×10
-12
T
3
, (1.1)
T ) = 4.932 ×10
-6
+ 1.165 ×10
-9
T + 1.428 ×10
-12
T 2 , (1.2)
: a(T) là hng s mng,  s giãn n nhit.
Liên kng bi liên kt trung gian gia liên kt ion
và liên kt hóa tr t ion chim khong 72%.
Vùng Brillouin ca cu trúc Zinblende có dng bát din ct có 14 mt, 6 mt
ng [100] và 8 mng [111]. u bm
c gng L và ng.
Các thông s mng tinh th ca CdTe và mt s cht thuc nhóm A
2
B
6
c
cho trên Bảng 1.2:

8

Bảng 1.2.Các thông số mạng tinh thể của một số hợp chất thuộc nhóm A
2
B
6
[4]
Hợp
chất
Loại cấu
trúc tinh
thể
Nhóm đối
xứng không
gian
Hằng số mạng
a=b (A
o
)
c (A
o
)
u(A
o
)
c/a
ZnS


F
4
3m(

2
d
T
)
P6
3
mc(
2
6v
C
)
5.4000
3.8200
6.2340

1.6360
ZnO


F
4
3m(
2
d
T
)
P6
3
mc(
2

6v
C
)
4.2700
3.2495
5.2059
0.3450
1.6020
CdS


F
4
3m(
2
d
T
)
P6
3
mc(
2
6v
C
)
5.8350
4.1360
6.7134

1.6230

CdTe


F
4
3m(
2
d
T
)
P6
3
mc(
2
6v
C
)
6.4780
4.5700
7.4370

1.6270
ZnSe


F
4
3m(
2
d

T
)
P6
3
mc(
2
6v
C
)
5.6670
4.0100
6.5400

1.6310


Hình 1.4. Cấu trúc mạng tinh thể giả kẽm liên kết tứ diện và đối xứng lập
phương (a) và cấu trúc vùng Brillouin (b)
Cấu trúc vùng năng lƣợng.
Cng cc cho trên hình 1.5
bi cu trúc vùng thng vi cc tiu ca vùng dn và ci vùng hóa tr nm 
tâm vùng   . Vùng hóa tr c chia làm ba phân vùng, hai
     n ti k=0. Phân vùng th nht cha các l trng
nng(hh), phân vùng th hai cha các l trng nh (lh), phân vùng th ba cha các
9

trng thái spin qu a vùng dn và vùng hóa tr qua k.p
không ph thuc vào k. Các thông s ng ca CdTe cho trong bảng 1.3.

Hình 1.5.Cấu trúc vùng năng lượng của CdTe

Bảng 1.3.Các thông số vùng năng lượng của CdTe
Thông số
Giá Trị
Tài liệu tham khảo
Hng s mng, a(Å) ti 298 K
6.4802
[27]
ng vùng cm ti 0 K,
Eg(eV)
PL
ER
1.622
[17]
1.605, 1.6058
[21,26]
1.606
[20]
Khng hiu dn t,
m
0
* m
ee

0.0963 ±0.0008
[19]
Khng hiu dng l trng nng,
m
0
* m
hh

0.81 ±0.05
[23]
Khng hiu dng l trng nh,
m
0
* m
lh
0.12 ±0.02
[8]
Splitter spin - qu o, 
0
(eV)
0.91
[9]
CdTe là 1 hp chc kt tinh t cadmium Cd và tellurium Tec
s dng trong ca s quang hc hng ngoi (infraredoptical window) và nguyên
ling mt tri.
10

Công thc phân t CdTe. Kh ng phân t 240,01 g.mol
-1
. M 
5,85g/cm
3
. m nóng chy 1092° C. Nhi sôi 1130° C.  hòa tan trong các
dung môi khác không hòa tan di khong cách 1,44 eV (300K). Chit sut (n
D
)
2,67().
1.2.2 Tính chất quang

Các tính cht quang ca vt liu nano ph thuc vào các thông s 
c, hình dáng, tính cht b mt, s pha tng xung quanh
và dng cu trúc nano. Mt ví d  dch v c sóng xanh (blue-
shift) trong ph hp th và phát x ca các ht nano bán dc
ht gim dc bit là k nh. Hình 1.6 cho thy ph hp th và
màu sc ca các hc khác nhau ca chng t CdTe [28,29].


Hình 1.6. Phổ hấp thụ (trái) và phổ phát xạ (phải) của chấm lượng tử
CdTe bọc TGA (thiolglycolic acid) trong dung môi H
2
O. Màu sắc của chấm
lượng tử thay đổi từ đỏ đến xanh ứng với sự giảm dần kích thước trung bình của
chấm lượng tử [28]
11

Tính cht quang hc ca các chm
ng t CdTe ph thu
ch t  c ch ng t. Trên
hình 1.7 là ph hunh quang ca chm
ng t vc t 2 n 20nm. Ta
thy r nh ph hu  i t 500
n 800 nm khác  c ch to bng
c.
Trên Hình 1.8 cho thy ph hp th
và ph hunh quang ca chm ng t
CdTe ch to b    trn
(TOP) và (DDA)  147°C. Theo thi gian
c ca chng t 
nh hp th nh hunh quang ca CdTe

b dch v c sóng dài. Càng v sau
s dnh này chm dn và cui cùng là
bão hòa.
1.2.3 Ảnh hƣởng của điều kiện bên ngoài
lên tính chất của CdTe
Các nghiên cu cho thy rng chm
ng t CdTe  i tính ch i tác
dng c u kin chiu x khác nhau.
Hình 1.9 cho thy ph hp th ca QDs
i khi chiu x vi các công sut
khác nhau. Mu sau khi x lý chiu x có
nh ph hp th dch chuyn rõ rt v phía
c sóng dài so vi m lý chiu
x. S dch chuy nh hp th ca QDs
CdTe v  ng vi
 c QDs ca các m   
công sut chiu x 
1.2.3.1 Ảnh hƣởng của công suất
chiếu xạ lên tính chất quang của QDs
CdTe
Ph hp th (Hình 1.9a) cho thy mu
   lý chiu x  nh ph hp th
dch chuyn rõ rt v c sóng dài so
vi m lý chiu x. S dch chuyn
Hình 1.7.Phổ huỳnh quang của chấm
lượng tử keo CdTe các kích cỡ khác
nhau, tăng khoảng2-20nm [15]
Hình 1.8.Phổ hấp thụ và phổ
huỳnh quang của QDs trong quá
trình tổng hợp [9]

12

cnh hp th v ng vi công sut chiu x
ca các mu. S dch chuynh hp th ca QDs CdTe v c sóng dài
ng vc QDs ca các mt chiu x 
c git chiu x  gia nhit
cho m ng, các mm tinh th     chuyng
t va chm gia các vi mm tinh th 
QDs CdTe xng ca sóng viba là quá trình
kt t ca các vi mm tinh th to thành hc lt thi
gian chiu xt chiu x. Các chng t có
 ng bán kính Bohr xy ra hiu  ng t 
rng vùng cm hiu dng gic hy các mu chiu x
công sut lc ht lnh ph hp th dch chuyn v phía
 dch chuynh ph hp th theo công sut chiu x c
th hin trên Hình 1.9b.

Hình 1.9.Phổ hấp thụ (a) và vị trí đỉnh phổ (b) của mầm và chấm lượng tử
CdTe sau khi xử lí nhiệt độ ở các công suất khác nhau của lò vi sóng [6]


Hình 1.10.Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh huỳnh quang (b)của
mầm và chấm lượng tử CdTe sau khi xử lý nhiệt ở các công suất khác nhau của lò
vi sóng [6]
13

Ph hunh quang (Hình 1.10a) cho thy, các mu qua x lý chiu x trong lò
ng  hunh quang lt nhiu so v hunh quang
ca dung dch cha các vi mm tinh th u này th hin QDs CdTe ch
c hình thành khi các vi mm tinh th c liên kt vi nhau nh quá trình x lý

nhit thông qua vic chiu x sóng vi ba trong lò vi sóng. So sánh ph hunh quang
ca các mc chiu x vi công sut khác nhau chúng ta nhn thy rng
 hunh quang gim khi công sut chiu x  u có công sut chiu x
thp(300W) t gia nhit thp, quá trình phát trin chng t chm nên s
kt tinh ca tinh th hoàn h hunh quang m
ng vi ph hp th (Hình 1.9 nh ph hunh quang ca các m  ch
chuyn v c sóng dài khi công sut chiu x  lên.
 rnh ph hunh quang ca các mu chiu x  công sut khác nhau
c trình bày trên Hình 1.10b. Quan sát Hình 1.10b có th thy rng, mu chiu
x  công sut nh  r nh hunh quang h   
c QDs trong mu, khi công sut chiu x  s u v
c li gim xung th hin   rnh hunh quang m rT
kt qu trên cho th c  u v c ht thì công
sut chiu x phi nh tc là t gia nhit chm.
1.2.3.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ chiếu xạ lên tính chất quang của
QDs CdTe
Ph hp th và ph hunh quang ca các mu có thi gian chiu x khác
nhau vi cùng mt công sut c trình bày trên Hình 1.11 và 1.12.

Hình 1.11. Phổ hấp thụ (a) và vị trí các đỉnh phổ (b) của chấm lượng tử
CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng [6]
14


Hình 1.12.Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh phổ (b) của chấm
lượng tử CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng [6]
Phân tích các hình cho thy, thi gian x lý nhi nh hp
th nh hunh quang càng dch v  ng vi
c trung bình ca QDs trong mu i gian chiu x sóng viba
trong lò vi sóng. Tuy nhiên, t phát trin c ht trung bình 

tuyn tính theo thc ht t mm vi tinh th  nhanh
theo thi gian chiu x trong khom dn và tin
n bão hòa vi thi gian trên 360 phút. Hic giu
t phát trin ht t l vi n các vi tinh th trong dung dch. Khi thi gian
x lý nhic ln, n các vi tinh th
trong dung dch gim nên t phát trin c ht gim. Bán kính h
lên, m nguyên t hot ng gim, quá trình vn chuyn khi gim dn kích
c ht dng vi thi gian chiu x dài. Vi h mu trên,
thi gian chiu x n khong 360 - 480 phút tc trung bình ca
h. S dch chuynh ph hunh quang v c sóng
dài theo thi gian chiu x (Hình 1.12ang t ph hp th (Hình
1.11a rng ca ph hunh quang theo thi gian chiu x trình bày trên Hình
1.12b. T hình cho thy, s  c gim khi thi gian chiu x
ng thi gian x lí nhi u v c càng
gim. Kt qu này phù hp vi các công b ca các nhóm nghiên cc.
1.3 Ứng dụng
1.3.1 Ứng dụng vật liệu nano
Vt liu nano có trin vng ng dng trong nhic. Chng hn, ng
ng trong vic ch to các linh kin
n tn mch quang Các vt liu g tinh th
15

nano Si
3
N
4
 cng siêu cao, ít b 
ch tt gt, các  bi Vt liu TiO
2
anatase vi kích c c

nano mét cho thy chúng là mt chn hóa mnh, m ra mt kh
ng dng làm vt liu xúc tác, làm sc ph ht tinh
th nano TiO
2
s t; các lot nano TiO
2
s  bám
dính rt cao, làm cho ln lâu và không bám bi Các ht nano t: Fe
2
O
3
,
Fe
3
O
4
c s d t các t ng t ng ngoài mà không nh
n các t ng.
Các ht kim loi có c      ng tip cn trong các
nghiên cu khoa hccông ngh nano.    t hp th c ng
plasmon b mt liên quan ti h n t t c bing. Gn
i ht nano kim loc quan tâm nghiên cu nhiu là vàng (Au) và bc
(Ag). Vànc nano (khong mt vài chc nm) có plasmon b mt cng
ng  khong 530 nm. Quá trình bi i photonplasmonphoton (vùng ph
c ng ~530 nm) cho phép tip cn trc ti  c nanophotonics, tn
d "nhanh" ca quang t c nano" ca
n t. Plasmon b mt trong các hc s d truyng
ánh sáng cho các t u riêng, nhc s t nóng
chn lu tr nh v t nano bán dn (CdS, CdSe,
CuInS

2
c s du sinh hc, phát hin các phân t DNA, phát
hing dng trong pin mt tri, chiu sáng rn [12].

16

Bảng 1.4. Ước tính sản lượng các loại vật liệu và thiết bị nano khác nhau
của thế giới trên cơ sở các tổng quan và Tạp chí Hóa học Quốc tế ( 2003 - 2004 )
và nghiên cứu thị trường (BCC 2001) [7]
Sản lượng ước tính ( tấn/năm )
Ứng dụng
Vật liệu/Thiết bị
2001
(tấn/năm)
2005-2010
(tấn/năm)
2011-
2020
(tấn/năm)
ng dng
kt cu
Ceramic, cht xúc tác,
composit, cht ph, màng
mng, bt, kim loi
10
1000
10000-
100000
Sn phm


Ôxit kim loi (titan
m oxit, st oxit)
1000
1000
1000 hoc

Công ngh
thông tin và
truyn thông

kin t nano, vt liu
n t (titan
m oxit, st oxit),
t phát sáng h
(OLEDs)
10
100
1000 hoc
nhi
Công ngh
sinh hc
Vt liu bao nang nano,
cht cung cp thun
mc tiêu, ch
sinh hc, chng t,
composit, cm bin sinh
hc

1
10

Dng c, cm
bic

MEMS, NEMS, SPM, in
litô bng bút nhúng, dng
c vit trc tip
10
100
100-1000
ng
Vt liu lc nano, màng
10
100
1000-
10000


17

1.3.2 Ứng dụng nano tinh thể CdTe
Pin năng lượng mặt trời: CdTe là nguyên liu có ng dng cao trong quá
trình làm màng mng hp kim mt tri. Màng mng CdTe cung cp 1 hiu qu chi
phí thit k ng mt tri.
Mn chuyi hiu qu có th cung
cp khong 100W hiu suu kin ánh sáng tiêu chu
c s dng.
 M, tính trung bình ngung mt tri s dng t
Kansas, trong 1m
2
,10% hiu sut hiu qu cha 7g Cd cung cp

khong 5400 kWh trên c mi cho nhu cu ca cuc sng trong vòng 30
 ng 770 kWh/g Cd, hoc 0,001 g/kWh. (s ng này
ch. Cd hoàn toàn có th tái ch).

Hình 1.13.Mặt cắt ngang của một tế bào năng lượng mặt trời mỏng CdTe [7]

Hình 1.14. MW CdTe PV Array, Waldpolenz, Đức.

18

Bảng 1.5.Sản lượng điện do pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới [7]


Công nghệ
sản xuất
2008
2009
2010
Sn
ng

MW
Th
ng

%
Sn
ng

MW

Th
ng

%
Sn
ng

MW
Th
ng

%
Silic tinh th
7.039
87.1
7.707
80.2
9.242
76.6
CdTe
515
6.4
1.180
12.3
1.571
13.0
Màng mng khác
525
6.5
725

7.5
1.248
10.4
Tng cng
8.079
100
9.612
100
12.064
100

Ta nhn thy rng, sng pin mt tr  
tinh th chim th ng nhiu nht và th m mc dù sng vn
      t tri màng mng, CdTe có s ng ngày càng
nhiu s y là chi phí sn xut ra pin mt tri màng mng r i pin
mt tri silic tinh th.
Ngoài ra CdTe còn có nhiều ứng dụng phổ biến trong cuộc sống như:
Máy dò:CdTe có th c pha trn vi th to ra máy dò tia hng
ngoi (HgCdTe). CdTe trn vng nh km to ra  th rn tia X to ra máy
dò tia gamma (ZnCdTe).
c s dnguyên liệu hồng ngoại quang học cho ca
s quang hc và thng dng ca nó rt ít và b hn ch bc
hi ca nó. Mt da CdTe t c bii cái tên là Irtran –
6 a.
  c dùng máy biến điệu điện quang học. Nó có h s n
quang hc ln nht cng n quang hc gia mc II  VI tinh th
hp kim(
12
10 /mV


).
CdTe cùng vmáy dò bức xạ cho tia X, tia gamma,
các ht beta và alpha. CdTe có th hong  nhi phòng cho phép to ra máy
dò tìm có ng dng rng rãi trong quang ph ht nhân. Nhng tính cht này to ra
 thc hin thit b dò tia X và tia gamma vi hiu sut cao có s
nguyên t ln t lng cao c 1100
2
cm
i
pháp hiu qu cho quang ph hc. [7]