Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất một số màng dẫn nano, ứng dụng làm lớp tiếp xúc điện cực trong chế tạo điode phát quang hữu cơ (OLED)

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ






PHẠM THỊ LUẬN







NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT
MỘT SỐ MÀNG DẪN NANO, ỨNG DỤNG LÀM LỚP TIẾP XÚC
ĐIỆN CỰC TRONG CHẾ TẠO ĐIODE PHÁT QUANG HỮU CƠ
(OLED)





LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANÔ

Hà Nội – 2012
2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHẠM THỊ LUẬN





NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT
MỘT SỐ MÀNG DẪN NANO, ỨNG DỤNG LÀM LỚP TIẾP
XÚC ĐIỆN CỰC TRONG CHẾ TẠO ĐIODE PHÁT QUANG
HỮU CƠ (OLED)



Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện Nanô
Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm



LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANÔ





NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Phương Hoài Nam

Hà Nội – 2012



5

MỤC LỤC
Lời cảm ơn i
Lời cam đoan ii
Mục lục iii
Danh mục các từ viết tắt vi
Danh mục các bảng vii
Danh mục các hình vẽ viii
Mở đầu 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIODE PHÁT QUANG HỮU CƠ
(OLED) 2
1.1. Vật liệu bán dẫn hữu cơ 2
1.1.1. Giới thiệu chung 2
1.1.2.Polyme cấu trúc nối đôi liên hợp 4
1.1.3. Cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn hữu cơ 5
1.1.4. Tính chất điện 6
1.1.5. Tính chất quang 8
1.1.6. Polyme dẫn PVK và MEH-PPV 10
1.1.7. PEDOT và các dẫn suất 11
1.2. TiO
2

và TiO
2
cấu trúc nano 12
1.2.1 Cấu trúc và tính chất của TiO
2
12
1.3. Ống nano cacbon (CNTs) 14
1.3.1 Phân loại 14
1.3.2 Khuyết tật (defect) trong CNTs 15
1.3.3. Các tính chất 15
6

1.3.4. Biến tính ống nano cacbon 18
1.4. Vật liệu tổ hợp nanocomposite PEDOT-PSS:CNTs 19
1.5. Cấu tạo và cơ chế hoạt động của OLED 19
1.5.1. Giới thiệu chung về OLED 19
1.5.2. OLED cấu trúc đơn lớp 19
1.5.3. OLED cấu trúc đa lớp 20
1.5.4. Hiệu suất của OLED 21
Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN
CỨU 23
2.1. Phương pháp quay phủ ly tâm (spin coating) 23
2.2. Phương pháp bốc bay nhiệt trong chân không 24
2.3. Phương pháp ăn mòn hóa học ướt 25
2.4. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis 27
2.5. Phương pháp đo phổ quang huỳnh quang 28
2.6. Phương pháp đo phổ hồng ngoại FTIR 30
2.7. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffaction) 30
2.8. Đo độ dẫn của màng mỏng bằng phương pháp đo điện trở bốn mũi dò 33
2.9. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) 33

2.10. Hệ đo đặc trưng I-V 35
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Nghiên cứu chế tạo và khảo sát màng nano particle cluster TiO
2
37
3.1.1. Cấu trúc hình thái học bề mặt màng nano particle cluster TiO
2
38
3.1.2. Phổ truyền qua của màng nano particle cluster TiO
2
38
3.2. Nghiên cứu chế tạo tổ hợp nano composite CNTs và PEDOT – PSS 39
7

3.2.1. Tinh chế và biến tính CNTs 39
3.2.2. Cấu trúc hình thái học của tổ hợp nano composite CNTs và
PEDOT-PSS 40
3.2.3. Độ dẫn của tổ hợp nano composite CNTs và PEDOT – PSS 41
3.3. Nghiên cứu chế tạo OLED sử dụng các lớp tiếp xúc điện cực. 41

3.3.1. OLED cấu trúc đa lớp sử dụng lớp tiếp xúc điện cực màng nano particle
cluster TiO
2
41
3.3.2. OLED cấu trúc đa lớp sử dụng lớp tiếp xúc điện cực màng
PEDOT-PSS+CNTs 44
3.3.3. OLED cấu trúc đa lớp sử dụng kết hợp các lớp tiếp xúc điện cực màng
PEDOT-PSS+CNTs và màng nano particle cluster TiO
2
45

KẾT LUẬN 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
CNTs
Carbon Nano Tubes
Ống nano cacbon
EL
Emission Layer
Lớp phát
ETL
Electron Transport Layer
Lớp truyền dẫn điện tử
FESEM
Field Emission Scanning
Electron Microscopy
Kính hiển vi điện tử quét
phát xạ trường
FTIR
Fourier Transform Infrared
spectroscopy
Phổ hồng ngoại biến đổi
Fourier
HOMO

Highest Occupied Molecular
Orbital
Vùng quỹ đạo phân tử được
điền đầy cao nhất
HTL
Hole Transport Layer
Lớp truyền dẫn lỗ trống
ITO
Indium Tin Oxide
Oxit của Indium và thiếc
LUMO
Lowest Unoccupied Molecular
Orbital
Vùng quỹ đạo phân tử được
điền đầy thấp nhất
MEH-PPV
poly[2-methoxy-5-(2′-
ethylhexyloxy)-1,4-
phenylenevinylene

MWCNTs
Multiple Wall Carbon Nano
Tubes
Ống Nano Cacbon đa tường
PEDOT:PSS
Poly(3,4-
ethylenedioxythiophene)

9

poly(styrenesulfonate)
PVK
poly(N-vinylkarbazone)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. 
Bảng 1.2. 
Bảng 1.3
Bảng 3.1. g TiO
2
.
Bảng 3.2. -PSS:MWCNTs.
Bảng 3.3. -PPV

10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.    Alan Heeger, Alan MacDiarmid   qua 
Hình 1.2.   polyacetylene (PA).
Hình 1.3.     

Hình 1.4. 

Hình 1.5. 
Hình 1.6. 

Hình 1.7. 
Hình 1.8. C.
Hình 1.9. 
Hình 1.10. 
Hình 1.11. --
PPV.
Hình 1.12.2 

Hình 1.13. 
Hình 1.14. -PPV.
Hình 1.15. -


Hình 1.16. TiO
2

Rutile(b) 
Hình 1.17. Rutile (b).
Hình 1.18.  
2

Hình 1.19. 
Hình 1.20. 
11

Hình 1.21. 
Hình 1.22. 
Hình 1.23. 
Hình 1.24. 

Hình 1.25. 
Hình 2.1. 
Hình 2.2. -400B-

Hình 2.3. 
Hình 2.4.-Sinku kiko
Hình 2.5. 
Hình2.6. 
Hình 2.7.  -Vis.
Hình 2.8.(V-570)
Hình 2.9. 
Hình 2.10. 
Hình 2.11. 
Hình 2. 12. - 
Hình 2.13
(b).

Hình 2.14. 
Hình 2.15.  
Hình 2.16-SEM (HITACHI S-4800)
Hình 2.17. Autolab PGS-12
Hình 3.1. -
Hình 3.2-
12

Hình 3.3. 
2
.
Hình 3.4. 
Hình 3.5. 
Hình 3.6. --PSS:CNTs (b).
Hình 3.7. --PPV/Al
Hình 3.8. --PSS/PVK+MEH-PPV/TiO
2
/Al
Hình 3.9. --PSS+CNTs/PVK+MEH-
Hình 3.10. --PSS+CNTs/PVK+MEH-
PPV/TiO
2
/Al

13

MỞ ĐẦU
Điốt phát sáng hữu cơ (OLED) đang là hướng nghiên cứu hấp dẫn, được
nhiều nhà khoa học quan tâm bởi những ứng dụng mà nó mang lại. So với điốt phát
sáng thông thường (LED), OLED có những ưu thế vượt trội như bền, nhẹ, hiệu suất

phát sáng cao, màn hình bằng OLED cho góc nhìn rộng, sắc nét, có thể uốn cong,
tiêu thụ điện năng ít… Cấu trúc của OLED có ảnh hưởng lớn đến các đặc tính
quang điện và thời gian làm việc của linh liện, việc đưa thêm các lớp đệm tiếp xúc
giữa điện cực và lớp phát quang trong OLED cấu trúc đa lớp đã nâng cao đáng kể
một số tính chất đặc trưng của OLED. Các lớp tiếp xúc này không chỉ cải thiện sự
tiếp xúc bề mặt giữa màng điện cực và màng polymer mà trong nhiều trường hợp
còn đòng vai trò là lớp truyền dẫn điện tử hoặc lỗ trống. Với ý nghĩa đó, mục tiêu
và nội dung ngiên cứu đặt ra của đề tài là “Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính
chất một số màng dẫn nano, ứng dụng làm lớp tiếp xúc điện cực trong chế tạo
điode phát quang hữu cơ (OLED)”.
Các OLED đơn lớp với cấu trúc đơn giản thường có cường độ phát quang,
độ ổn đinh cũng như tuổi thọ thấp. Để khắc phục những tồn tại này, đề tài đã
nghiên cứu chế tạo một số màng dẫn kích thước nano mét trên cơ sở TiO
2
tinh thể
nano, ống cacbon nano (CNTs) và sử dụng làm lớp tiếp xúc điện cực trong OLED
cấu trúc đa lớp. Kết quả nghiên cứu của luận văn trình bày qui trình công nghệ chế
tạo và các kết quả nghiên cứu đặc trưng tính chất của màng dẫn TiO2 nano cluster
và PEDOT-CNTs. Đặc trưng I-V của các OLED sử dụng màng dẫn nano làm lớp
tiếp xúc điện cực cũng đã được khảo sát.
14

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ DIODE PHÁT QUANG HỮU CƠ OLED
1.1. Vật liệu bán dẫn hữu cơ
1.1.1. Giới thiệu chung
Polymer tên thường gọi là nhựa, chất dẻo hay plastic. Polymer là những
mạch phân tử gồm hàng nghìn, chục nghìn phân tử đơn vị (gọi là monomer) kết
hợp lại giống như những mắt xích, mỗi phân tử đơn vị là một mắt xích. Các loại
polymer ngày nay đã trở thành những vật liệu hữu dụng, đóng vai trò quan trọng
không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại.

Một đặc tính chung quan trọng của polymer là tính không dẫn điện, bởi vậy
đây là vật liệu cách điện rất hữu hiệu. Trong ý nghĩa polymer/plastic là một chất
cách điện, do đó thuật ngữ "polymer dẫn điện" có thể làm nhiều người ngỡ ngàng.
Thật ra, hơn ba mươi năm trước các nhà khoa học đã tổng hợp và phát hiện ra khả
năng dẫn điện của một loại polymer đặc biệt là polyacethylene (PA). Năm 2000,
Viện Hàn Lâm Khoa Học Thụy Điển đã trao giải thưởng Nobel Hoá Học cho nhà
khoa học Shirakawa, MacDiarmid và Heeger () với sự khám phá và nghiên
cứu về polymer dẫn điện (electrically conducting polymers).










Hình 1.1.    Alan Heeger, Alan MacDiarmid   qua 
15


Hình 1.2.   polyacetylene (PA).
Năm 1975, tiến sĩ Shirakawa Hideki, giảng viên của Tokyo Institute of
Technology (Nhật Bản) trường, đã tổng hợp được polyacethylene (PA) theo
phương pháp thổi khí acethylene qua một chất xúc tác. Mặc dù chỉ là kết quả của
một lầm lỡ nhưng PA mà Shirakawa tạo ra ở dạng phim màu bạc năm 1975 tuy
chưa dẫn điện nhưng đã tạo ra một bước đột phá rất ngoạn mục.
Sự kiện này bị bỏ quên cho đến một năm sau (1976) khi giáo sư Alan
MacDiarmid (Đại học Pennsylvania) đến thăm phòng thí nghiệm của Shirakawa.

MacDiarmid ngắm nghiá tấm phim PA lạ lùng này và sau đó mời Shirakawa sang
Pennsylvania cộng tác một năm. Sự kết hợp dù chỉ trong thời gian ngắn ngủi nhưng
mang lại thành quả vĩ đại. Khí iodine được hấp thụ vào phim PA dưới dạng ion làm
tăng độ dẫn điện của PA đến 1 tỷ lần. Sau bước nhảy 1 tỷ lần, PA từ trạng thái là
vật cách điện trở thành một vật dẫn điện, polymer dẫn điện ra đời cùng với khái
niệm polymer dẫn. Tùy vào nồng độ của iodine trong PA người ta có thể điều chỉnh
độ dẫn điện từ chất cách điện đến chất dẫn điện một cách dễ dàng.  trình
bày cấu trúc của một số polymer dẫn quan trọng đã được tổng hợp và ứng dụng
trong vài thập niên gần đây.[28]
Polymer dẫn điện hay còn gọi là bán dẫn hữu cơ có nhiều các đặc tính nổi
trội như :
 Tương đồng với các bán dẫn vô cơ.
 Giá thành thấp.
 Có thể chế tạo được diện tích lớn.
 Đáp ứng được các tính chất quang và điện đặc biệt.
 Một số tính chất ưu việt khác mà các vật liệu khác không dễ dàng có
được như tính dẻo, có thể uốn cong dưới bất kỳ hình dạng nào, màu
trung thực, số lượng màu nhiều …
Tuy nhiên, chúng cũng có những yếu điểm cần khắc phục:
16

 Độ ổn định.
 Kiểm soát độ dày màng polymer.
 Độ linh động của các hạt tải điện.
Hiện nay polymer dẫn đã được ứng dụng nhiều vào các lĩnh vực như: Công
nghệ chế tạo diode phát quang hữu cơ (OLED), màn hình phẳng dẻo kích thước
lớn, laser, solar cell, photodetector, các loại transistor, các loại sensor, bộ nhớ
(memory cell) …

Hình 1.3. độ rộng vùng cấm 
1.1.2. Polyme cấu trúc nối đôi liên hợp
17

Các polymer có cấu trúc nối liên hợp (…- C = C - C = C -…) như
polyacethylene (PA), polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn), polythiophene (PT),
poly (phenylene vinylene) (PPV) v.v và các polymer dẫn xuất. Trong các polyme
này, liên kết giữa các nguyên tử cacbon tạo thành khung cacbon có các liên kết đôi
và liên kết đơn xen kẽ, hình thành các liên kết π chạy dọc theo khung cacbon (
1.4a). Các điện tử π không định chỗ đó lấp đầy toàn dải nên các polyme liên hợp có
tính chất như là các chất bán dẫn. Dải liên kết π bị lấp đầy được gọi là obital phân
tử điền đầy cao nhất (HOMO), và dải π* trống được gọi là obital phân tử không
điền đầy thấp nhất (LUMO). Hệ thống liên kết π này khi bị kích thích thì một điện
tử sẽ nhảy từ mức HOMO lên mức LUMO [28].

(a)


(b) (c)

Hình 1.4. Khung Cacbon cha h thng np (a), c
ng cn h
1.1.3. Cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn hữu cơ








Hình 1.5. S n.
18

Hai điều kiện cần cho sự dẫn điện trong polymer dẫn là hệ nối đôi liên hợp
và chất dopant. Dopant có thể là một phân tử, một hợp chất vô cơ, hữu cơ, thậm chí
có thể là một polymer hay phân tử sinh học như enzyme. Ngoài yếu tố gây nên sự
dẫn điện trong polymer có nối liên hợp, dopant có một vai trò quan trọng trong việc
định đoạt sự cao thấp của độ dẫn điện, tính chất vật lý, cơ học, độ bền môi trường
và độ bền nhiệt do dopant trong polymer có thể đạt đến 50% trọng lượng, nên sự
chi phối của dopant là rất lớn.

Hình 1.6.  
ng. CB-Conduction band (di dn), VB-Valence band (d) [10].
Quá trình doping gây nên sự biến đổi của độ rộng vùng cấm làm xuất hiện
trạng thái polaron tạo ra bậc năng lượng mới trong độ rộng vùng cấm. Khi dopant
được sử dụng ở nồng độ cao polaron cũng gia tăng và khi hai polaron gần nhau sẽ
tạo thành bipolaron. Ở nồng độ cao hơn nữa, mạch polymer xuất hiện càng nhiều
bipolaron, các bậc năng lượng hình thành bởi sự hiện diện của bipolaron sẽ hòa vào
nhau thành hai dải năng lượng bipolaron.
19

1.1.4. Tính chất điện
 dp:

Các kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng polaron và bipolaron là phần
tử tải điện của polymer dẫn điện. Tương tự như điện tử tự do trong kim loại hay
than chì, khi có một điện áp polaron hay bipolaron sẽ di động. Nói một cách khác,
polaron và bipolaron là nguyên nhân của dòng điện trong polymer. Ở nồng độ
dopant thấp, khi chỉ có một số ít dopant được kết hợp với mạch polymer, polaron là
phần tử tải điện. Khi nồng độ gia tăng, bipolaron là phần tử tải điện. Các bậc năng
lượng mới thành hình, tồn tại như hai bậc thang giúp điện tử di chuyến từ dải hóa
trị đến dải dẫn điện ở bậc cao hơn mà không phải tốn nhiều công sức, từ đó sự dẫn
điện xảy ra.
Cơ chế dẫn điện của polymer dẫn được mô tả trong 

















Hình 1.7. S dch chuyn cn t  trng (+).
Trong cơ chế dẫn điện của polyme dẫn, lỗ trống (+) di động lan tràn khắp
tất cả vật liệu theo hướng của điện áp cho thấy rất rõ ràng hai yếu tố cơ

bản của sự dẫn điện trong polymer là: (1) nối đôi liên hợp và (2) dopant. Thiếu đi
một trong hai yếu tố đó thì sự dẫn điện không xảy ra.
 ng:
Thông thường, độ linh động của bán dẫn hữu cơ được xác định từ phương
pháp “Time-of-filight” (TOF): một xung ánh sáng hẹp tạo ra một lớp hạt tải gần
20

một điện cực. Dưới tác dụng của điện trường, các hạt tải chuyển động ngang qua
lớp bán dẫn hữu cơ về phía điện cực còn lại. Thời gian chuyển vận

t
ngang qua
mẫu là độ linh động:

t
L



(1.1)

Biểu thức độ linh động của bán dẫn hữu cơ thu được từ thực nghiệm có
dạng như sau:
 
0
0
11
expE B E
kT kT kT





   




(1.2)

Với E là điện trường, năng lượng kích hoạt , T
0
và B là các thông số phụ
thuộc vào polymer.
1.1.5. Tính chất quang

Chúng ta biết rằng, trong các hợp chất hữu cơ, các “điện tử” thông thường
nằm ở các orbital phân tử liên kết có năng lượng thấp (mức HOMO). Khi bị kích
thích (ánh sáng, điện trường… ), chúng có thể nhảy lên các orbital phân tử phản
liên kết có năng lượng cao hơn (mức LUMO). Quá trình chuyển mức của các “điện
tử” có thể xảy ra theo bốn cách -
*
, n-
*
, -
*
, n-
*
như minh họa trên 

Hình 1.8. C
Khi xét đến quá trình hấp thụ của polymer bán dẫn, người ta thường chọn
quá trình chuyển mức -
*
.
21

Hấp thụ năng lượng của phôton, phân tử nhảy lên chiếm một trong các mức
của trạng thái kích thích điện tử. Trạng thái này gọi là trạng thái singlet. Huỳnh
quang xảy ra khi phân tử trở về trạng thái cơ bản từ trạng thái kích thích singlet
bằng cách phát ra một photon. Nếu không giải phóng năng lượng bằng photon,
chúng sẽ tiêu hao vào việc rung động và va chạm với các phân tử khác.








Tuy nhiên, spin của một electron kích thích có thể bị đảo ngược, để đưa
phân tử lên trạng thái kích thích triplet. Trạng thái triplet có năng lượng điện tử
thấp hơn singlet. Một phân tử ở mức rung động cao của trạng thái triplet có thể

chuyển xuống mức thấp nhất của trạng thái cơ bản bằng cách va chạm với các phân
tử khác. Tuy nhiên một phân tử trong trạng thái triplet không phải luôn luôn tiêu
năng lượng rung động để trở về trạng thái cơ bản. Nó có thể mất năng lượng bằng
phát xạ một photon, được gọi là lân quang.









Hình 1.10. 
--
Hình 1.9. 

22

Trong đa số các chất bán dẫn hữu cơ, đỉnh phổ quang phát quang thường
dịch đi một đoạn so với phổ hấp thụ. Sự dịch phổ này thường được giải thích bằng
độ dịch Stokes do dao động của các phân tử [14].  trình bày phổ hấp thụ,
điện-huỳnh quang và quang-huỳnh quang của PPV (poly para phenylene vinylene).

Hình 1.11. --
PPV.
Từ . nhận thấy phổ quang-huỳnh quang bị dịch hẳn một đoạn về
phía bước sóng dài so với phổ hấp thụ. Mặt khác, ta cũng nhận thấy phổ điện-
huỳnh quang và quang-huỳnh quang của PPV gần như trùng nhau về hình dạng.
Ngược lại, điện-huỳnh quang và quang-huỳnh quang của một số polymer
dẫn lại không trùng nhau [10].  thể hiện phổ điện-huỳnh quang và quang-
huỳnh quang của TAPC (1,1-bis[4-(di-p-tolyamino)]cyclohexane).
23










Hình 1.12.3 


Một hiện tượng đáng quan tâm khác là phổ quang phát quang của dung dịch
polymer và màng mỏng polymer có những đặc điểm khác nhau. Phương pháp tạo
màng và dung môi có ảnh hưởng quan trọng đến trật tự của màng tạo thành, do đó

cũng có ảnh hưởng lớn đến động lực học của các trạng thái kích thích trong
polymer dẫn.
1.1.6. Polyme dẫn PVK và MEH-PPV










Poly (p-phenylene vinylene) (PPV) là polyme đầu tiên được sử dụng làm
lớp phát quang trong linh kiện OLED. Tuy nhiên bản thân nó không tan và khó
khăn trong quá trình chế tạo nên ít được sử dụng để chế tạo linh kiện. Do đó PPV
(a)
(b)
Polymer poly(N-vinylcarbazole) -
PVK là vật liệu quang dẫn, độ rộng vùng
cấm lớn có khả năng phát quang ánh sáng
màu xanh tím. Nhiệt độ hóa dẻo của PVK
là 150
0
C, nhiệt độ chuyển pha thủy tinh là
210
0
C và

không bị phân hủy cho đến trên

300
0
C. PVK được tạo màng bằng
phương pháp quay phủ li tâm hoặc bốc
bay nhiệt.

Hình 1.13. 
24

thường được biến tính để tạo ra các dẫn xuất có tính chất lý hóa tốt, dễ dàng chế tạo
linh kiện, cho hiệu suất điện quang cao. Poly [2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-
phenylene-vinylene] (MEH-PPV) là một dẫn xuất điển hình của PPV thường được
sử dụng trong công nghệ OLED cũng như pin mặt trời. Phổ phát quang MEH-PPV
mở rộng từ bước sóng 500 – 650 nm và đạt cực đại tại bước sóng 585 nm (tương
ứng với ánh sáng đỏ cam) với độ rộng vùng cấm khoảng 1,8eV.








Hình 1.14. -PPV.
1.1.7. PEDOT và các dẫn suất
Các vật liệu vừa có khả năng điện dẫn, vừa có khả năng quang dẫn đang
được nghiên cứu mạnh mẽ để ứng dụng chế tạo màn hình phẳng và các linh kiện
điện tử khác. Trong đó, PEDOT thể hiện sự trong suốt đến tuyệt vời đối với ánh
sáng trong vùng nhìn thấy, độ dẫn điện tốt và ổn định trong môi trường. Song cũng
giống như hầu hết các polymer dẫn khác, PEDOT không tan và rất khó hòa tan,

điều này gây ra khó khăn cho quá trình tạo màng mỏng cũng như các hình dạng
khác. Khó khăn trong quá trình gia công chính là bước cản lớn nhất đưa PEDOT
vào ứng dụng thương mại.
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) hay PEDOT-PSS
là một dẫn suất của PEDOT, được sử dụng nhiều trong công nghiệp điện tử và bán
dẫn, và cũng là vật liệu triển vọng và được sử dụng rộng rãi nhất để làm lớp tiêm
lỗ trống trong nghiên cứu và phát triển OLED.
Ưu điểm của PEDOT-PSS là nó có độ truyền quang tốt trong trạng thái dẫn
điện, độ ổn định cao, độ rộng vùng cấm vừa phải. Nghiên cứu cho thấy một lớp
mỏng PEDOT-PSS trên bề mặt ITO làm tăng độ sáng tối đa của các thiết bị màn
hình OLED lên đến ba bậc, làm giảm điện áp ngưỡng hơn 50%, và tăng tuổi thọ
25

với hệ số 10. Hơn nữa, các lớp PEDOT-PSS có vai trò như lớp đệm hạn chế các
điểm khuyết tật của lớp màng ITO.







Hình 1.15. -


Tuy nhiên, mỗi vòng phenyl của PSS có một nhóm SO
3
, nhóm này làm cho
PEDOT-PSS có tính axit mạnh, có thể gấy ra vấn đề trong quá trình sử dụng và
không dính ướt trên bề mặt hữu cơ nếu không có chất kết dính. Việc sử dụng chất

kết dính có thể làm giảm phẩm chất của màng. Hơn nữa, nhiều ứng dụng điện tử
không chấp nhận sự có mặt của độ ẩm [4].
1.2. TiO
2
và TiO
2
cấu trúc nano
1.2.1. Cấu trúc và tính chất của TiO
2

TiO
2
tồn tại dưới ba dạng tinh thể là rutile, anatase và brookite . TiO
2
là vật
liệu có tỷ trọng cao, chiết suất cao vượt trội, tính trơ tốt và gần như không màu.


TiO
2
phổ biến ở hai dạng tinh thể Anatase và rutile. Rutile có mật độ là
4,2g/cc, còn của anatase là 3,9g/cc. Sự khác biệt này được giải thích là do chúng có
cấu trúc khác nhau. Cấu trúc của Rutile xếp chặt khít hơn tinh thể anatase.






(a)

(b)
Hình 1.16. TiO
2
(a)  Rutile(b) b)

26







Hình 1.17. Ca) vRutile (b).
Cả 2 dạng tinh thể trên đều được tạo nên từ các đa diện phối trí TiO
6
cấu
trúc theo kiểu bát diện:




Hình 1.18. 
2

Tuy nhiên trong tinh thể Anatase các đa diện phối trí 8 mặt bị biến dạng
mạnh hơn so với Rutile, khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn và khoảng cách Ti-O dài hơn.
Điều này ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo sự khác
nhau về các tính chất vật lý và hóa học.

Bảng 1.1. 











(a)
(b)
27


Tại khoảng nhiệt độ 915
O
C thì anatase bắt đầu chuyển sang pha rutile. Vì
vậy dạng rutile là phổ biến nhất trong hai dạng thù hình trên của TiO
2
, dạng anatase
rất hiếm gặp trong tự nhiên.
Trong cả hai dạng thù hình trên của TiO
2
thì chỉ có dạng Anatase thể hiện
tính hoạt động nhất dưới sự có mặt của ánh sáng mặt trời. Đó là do sự khác biệt về
cấu trúc vùng năng lượng của Anatase so với Rutile, dẫn đến một số tính chất đặc
biệt của Anatase.

1.2.2. TiO
2
cấu trúc nano
TiO
2.
là một vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, trong suốt, chiết suất cao, từ
lâu đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: sơn, nhựa, giấy, mỹ
phẩm, dược phẩm Tuy nhiên, những ứng dụng quan trọng nhất của TiO
2
ở kích
thước nano là khả năng làm sạch môi trường thông qua phản ứng quang xúc tác và
khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng ở quy mô dân dụng.
Trong lĩnh vực công nghệ nano, thật khó tìm thấy một loại vật liệu nào lại có nhiều
ứng dụng quý giá, thậm chí không thể thay thế như vật liệu nano TiO
2
. Cấu trúc
xốp và thời gian sống của hạt tải cao tạo ra ưu điểm nổi bật của nano TiO
2
trong
việc chế tạo pin mặt trời quang điện hóa. Điểm đặc biệt là cấu tạo của pin mặt trời
quang điện hóa đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp, dễ phổ cập rộng rãi và đang
được coi như là lời giải cho bài toán an ninh năng lượng của loài người. Còn trong
lĩnh vực linh kiện điện tử, với hằng số điện môi cao, trong suốt, chiết suất cao (chỉ
thua kém kim cương) nano TiO
2
có nhiều ứng dụng độc đáo trong lĩnh vực quang
điện tử, quang tử (photonics) và điện tử học spin (spintronics).
1.3. Ống nano cacbon (CNTs)
Có thể nói, CNTs là vật liệu đang được quan tâm nhiều trong khoa học và
công nghệ hiện nay bởi các tính chất ưu việt. Kể từ khi được phát hiện ra vào năm

1991 đến nay, chỉ trong thời gian ngắn CNTs đã có mặt trong rất nhiều những ứng
dụng khoa học và công nghệ nổi bật.
Ống nano cacbon (CNTs) là ống có cấu trúc hình trụ cấu tạo bởi các nguyên
tử cacbon, cấu trúc thành các vòng sáu cạnh. CNTs có thể được hình thành với tỉ lệ
chiều dài và đường kính lên tới 132.000.000:1[17]. CNTs có các tính chất nổi bật