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/semi
nar.html
•
https://
drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0
hrZFhiQQ&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
Courtois
Năm 1781, tại Pháp mới bắt đầu điều chế ZnO
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.
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.
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.
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO

Giữa thế kỉ XIII, nhà hóa học Đức Cramer mới khám phá ra rằng đốt cháy kẽm kim loại sẽ thu được kẽm oxit.
1.Lịch sử phát triển

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.

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.
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
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
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.

Vì nó là 1 trong những
hóa chất để điều chế xúc
tác này.
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO

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 Fnh chất tuyệt vời như: phát sáng vùng tử ngoại và vùng ánh
sáng khả kiến ở nhiệt độ phòng.
ZnO là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quang điện vì
những Fnh 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 .
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
Làm điện cực trong suốt, thiết bị dò
Qa UV, đi-ốt phát quang (LED), thiết
bị áp điện….
Làm điện cực trong suốt, thiết bị dò
Qa UV, đi-ốt phát quang (LED), thiết
bị áp điện….
3. Đặc điểm nh 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 Fnh 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

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 Qếp
đến Fnh chất phát
quang của chúng
Ảnh hưởng trực Qếp
đến Fnh chất phát
quang của chúng
a. Tính chất quang của ZnO
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
3. Đặc điểm nh chất:
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
a. Tính chất quang của ZnO:
Vì độ rộng vùng cấm phụ thuộc
vào kích thước của bán dẫn
Vì độ rộng vùng cấm phụ thuộc
vào kích thước của bán dẫn
Cường độ hấp thụ cũng phụ
thuộc kích thước của nó
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 Qnh thể
của chấm lượng tử không thể hấp thụ được. Vì thế, nó được giải phóng dưới dạng phát xạ photon.
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 Qnh thể
của chấm lượng tử không thể hấp thụ được. Vì thế, nó được giải phóng dưới dạng phát xạ photon.
3. Đặc điểm nh chất:
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
với hàm phân bố fermi – dirac f(e) và hàm mật độ trạng thái d(e):

b. Tính chất điện của ZnO
3. Đặc điểm tính chất:
b. Tính chất điện của ZnO
Các thông số về Fnh chất dẫn điện của màng ZnO đơn Qnh thể được tóm tắt ở bảng sau:
Các thông số về Fnh chất dẫn điện của màng ZnO đơn Qnh thể được tóm tắt ở bảng sau:
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
3. Đặc điểm nh chất:
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
Hầu hết các ZnO
đều là bán dẫn loại
n
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.
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.
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.
b. Tính chất điện của ZnO
Các ion O
2-
và Zn
2+
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 Zn

2+
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)
Lập phương giả kẽm (hình a)
Cấu trúc lập phương kiểu NaCl (hình b).
Cấu trúc lập phương kiểu NaCl (hình b).
II. VẬT LIỆU ZnO
1. Cấu trúc vật liệu ZnO
2. Tính chất vật liệu ZnO
Độ bền, rắn, t
0
nc
cao
Rẻ và không độc hại
E
g
=3.37eV (t
0
room)
Có khả năng hấp thụ tia tử ngoại
ZnO
ZnO
II. VẬT LIỆU ZnO
a. Cơ chế phún xạ

II. VẬT LIỆU ZnO
1. Phương pháp chế tạo- Phún xạ magnetron DC
b. Cấu tạo hệ phún xạ Magnetron
II. VẬT LIỆU ZnO
3. Nguyên tắc hoạt động.
Khi thế được áp vào Cathode và Anode
Khi thế được áp vào Cathode và Anode
Các hạt vật liệu sẽ bay đến và lắng đọng trên đế
Các hạt vật liệu sẽ bay đến và lắng đọng trên đế
Các ion đến đạp vào Cathode(bia)
Các ion đến đạp vào Cathode(bia)
Bứt ra các hạt vật liệu và giải phóng điện tử thứ cấp
Bứt ra các hạt vật liệu và giải phóng điện tử thứ cấp
II. VẬT LIỆU ZnO
Hệ số phún xạ:

Trong đó:
S hệ số phún xạ
n
α
số nguyên tử bị phún xạ
n
i
số ion đập vào bia
II. VẬT LIỆU ZnO
Điện trở suất
Điện trở suất
Phép đo Hall
Loại hạt tải
Loại hạt tải

Nồng độ hạt tải
Nồng độ hạt tải
Độ linh động
Độ linh động
2.Phép đo Hall
II. VẬT LIỆU ZnO

Cơ chế
R
Hall
=

σ
=

μ
=

II. VẬT LIỆU ZnO
2.Phép đo Hall
3. Ứng dụng màng mỏng ZnO
ZnO Thin Films
Tăng khả năng vận chuyển các hạt tải mang điện
Tăng khả năng vận chuyển các hạt tải mang điện
Tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến
Tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến
Tăng độ rộng vùng hấp thụ
Tăng độ rộng vùng hấp thụ
III. VẬT LIỆU ZNO PHA TẠP AG
1. Mục đích và phương pháp của ZnO pha tạp Ag

Mục đích
Những hạt nano ZnO thuần không
đáp ứng đươc nhu cầu thực tế của vật
liệu quang xúc tác.
Những hạt nano ZnO thuần không
đáp ứng đươc nhu cầu thực tế của vật
liệu quang xúc tác.
III. VẬT LIỆU ZNO PHA TẠP AG
1. Mục đích và phương pháp của ZnO pha tạp Ag
Phương pháp pha tạp
Pha dung dịch bằng
nước cất 2 lần (100ml)
Pha dung dịch bằng
nước cất 2 lần (100ml)
Đánh siêu âm trong 1h
Đánh siêu âm trong 1h
Hỗn hợpgồm: (CCOOZnO+ BrN+
CTAB cóhoặckhôngcóAgN.
Hỗn hợpgồm: (CCOOZnO+ BrN+
CTAB cóhoặckhôngcóAgN.

Thêm từ từ NaOH(0.2M;
50ml)cho đến kết tủa xuất
hiện.
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.
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.
Màng có thể chế tạo bằng phương pháp
phủ dip coating hoặc spin coating.
Đo phổ XRD
Đo phổ XRD
Phân tích ảnh SEM
Phân tích ảnh SEM
Phổ phản xạ khuếch tán (DRS- Diffuse reflectance spectra)
Phổ phản xạ khuếch tán (DRS- Diffuse reflectance spectra)
III. VẬT LIỆU ZNO PHA TẠP AG
2. Cấu trúc so với ZnO thuần