Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu sno2 và sno2sb(zn)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.62 MB, 162 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
DDD
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------------
NGUYỄN THANH BÌNH
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT
CỦA VẬT LIỆU SnO2 VÀ SnO2:Sb(Zn)
Chuyên ngành:
Mã số:
Vật lí chất rắn
62 44 07 01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS LÊ THỊ THANH BÌNH
2. PGS.TS NGUYỄN NGỌC
LONG
Hà Nội, 2013
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ một
công trình nào.
Tác giả
Nguyễn Thanh Bình
1
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin dành những lời cảm ơn đầu tiên và sâu sắc nhất của mình gửi
tới PGS.TS. Lê Thị Thanh Bình và PGS. TS. Nguyễn Ngọc Long, người Thầy
đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt từ ngày tôi còn là sinh viên cho đến lúc tôi
hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới tất cả các thầy cô giáo, các bạn
đồng nghiệp của tôi ở bộ môn Vật lý Đại cương, bộ môn Vật lý chất rắn, Trung
tâm Khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên –
Đại học Quốc gia Hà nội, những người đã trực tiếp giúp đỡ tôi trong khi thực
hiện luận án và đã động viên tôi rất nhiều cả về vật chất lẫn tinh thần khi tôi
gặp khó khăn, giúp tôi hoàn thành công trình này.
Tôi xin gửi tới PGS.TS. Tạ Đình Cảnh, PGS.TS. Lê Văn Vũ, PGS. TS.
Lê Hồng Hà, PGS. TS. Nguyễn Thị Thục Hiền, GS. TS. Bạch Thành Công, GS.
TS. Nguyễn Quang Báu, PGS.TS. Ngô Thu Hương, TS. Ngạc An Bang, TS.
Phạm Nguyên Hải, ThS. Trần Vĩnh Thắng, ThS. Nguyễn Quang Hòa,,...
lòng biết ơn sâu sắc vì sự quan tâm, giúp đỡ, động viên cũng như những góp ý,
bàn luận khoa học quý giá của các Thầy, các bạn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên trong gia đình đã
luôn chăm sóc, động viên tôi, giúp tôi thêm nghị lực để hoàn thành bản luận
án này.
Hà Nội, tháng 10 năm 2013
Tác giả
Nguyễn Thanh Bình
2
MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu và viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Mở đầu......................................................................................................................................... 18
Chương 1: Tổng quan lý thuyết về vật liệu SnO2 và SnO2 pha tạp......................23
1.1.
Tổng quan về vật liệu SnO2.................................................................................... 23
1.1.1. Cấu trúc tinh thể của SnO2....................................................................................... 23
1.1.2. Cấu trúc vùng năng lượng của SnO2.................................................................... 23
1.1.3. Tính chất hấp thụ của vật liệu bán dẫn SnO2.................................................... 24
1.1.4. Tính chất huỳnh quang của SnO2.......................................................................... 27
1.2.
Tổng quan về vật liệu SnO2 pha tạp.................................................................... 29
1.2.1. Pha tạp antimon (Sb).................................................................................................. 29
1.2.2. Pha tạp kẽm (Zn).......................................................................................................... 31
1.3.
Tổng quan về vật liệu nano SnO2......................................................................... 35
1.4.
Một số ứng dụng của vật liệu SnO2..................................................................... 37
1.5.
Một số phương pháp chế tạo vật liệu SnO2...................................................... 38
1.5.1. Phương pháp bốc bay nhiệt...................................................................................... 38
1.5.2. Phương pháp phún xạ ca tốt.................................................................................... 39
1.5.3. Phương pháp phủ hơi hoá học................................................................................ 40
1.5.4. Phương pháp sol–gel.................................................................................................. 40
1.5.5. Phương pháp thuỷ nhiệt............................................................................................ 42
Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm..................................................................... 45
2.1. Chế tạo vật liệu SnO2..................................................................................................... 45
2.1.1. Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp bốc bay
3
nhiệt............................................................................................................................................... 45
2.1.2. Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol-gel.................................... 46
2.1.3. Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp thuỷ nhiệt.............................. 47
2.2. Chế tạo vật liệu SnO2 pha tạp..................................................................................... 48
2.2.1. Pha tạp Sb....................................................................................................................... 48
2.2.2. Pha tạp Zn....................................................................................................................... 48
2.3. Các phép đo khảo sát tính chất của vật liệu SnO2 và SnO2 pha
tạp................................................................................................................................................... 49
2.3.1. Phân tích nhiễu xạ tia X............................................................................................ 49
2.3.2. Phổ hấp thụ, truyền qua............................................................................................. 51
2.3.3. Phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang................................................... 52
2.3.4. Chụp ảnh bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét và kính hiển
vi điện tử truyền qua............................................................................................................... 54
Chương 3: Nghiên cứu tính chất của vật liệu SnO2 được chế tạo
bằng phương pháp bốc bay nhiệt....................................................................................... 56
3.1. Tính chất tinh thể............................................................................................................. 56
3.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X............................................................................................... 56
3.1.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh hiển vi điện tử truyền
qua (TEM)................................................................................................................................... 58
3.2. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2......................................................................... 62
3.3. Kết luận chương 3........................................................................................................... 68
Chương 4: Nghiên cứu tính chất của vật liệu SnO2 và SnO2 pha
tạp Sb được chế tạo bằng phương pháp sol-gel............................................................ 70
4.1. Tính chất tinh thể............................................................................................................. 70
4.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X............................................................................................... 70
4.1.2. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)................................................................ 75
4.2. Phổ truyền qua và phổ hấp thụ của vật liệu SnO2 và SnO2 pha
4
76
tạp Sb...........................................................................................................................
...............
4.2.1. Phổ truyền qua.............................................................................................................. 76
4.2.2. Phổ hấp thụ..................................................................................................................... 80
4.3. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 và SnO2:Sb................................................ 82
4.4. Kết luận chương 4........................................................................................................... 84
Chương 5: Nghiên cứu tính chất của vật liệu SnO2 và SnO2 pha
tạp chất Sb, Zn được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt.................................... 86
5.1. Tính chất của vật liệu SnO2......................................................................................... 86
5.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X............................................................................................... 86
5.1.2. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua............................................................................... 87
5.1.3. Phổ hấp thụ của vật liệu SnO2................................................................................ 88
5.1.4. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2..................................................................... 89
5.2. Tính chất của vật liệu SnO2 pha tạp chất Sb......................................................... 94
5.2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X............................................................................................... 94
5.2.2. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua............................................................................... 96
5.2.3. Phổ tán sắc năng lượng EDS................................................................................... 97
5.2.4. Phổ hấp thụ, phổ truyền qua.................................................................................... 98
5.2.5. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 pha tạp Sb............................................ 100
5.3. Tính chất của vật liệu SnO2 pha tạp chất Zn...................................................... 106
5.3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X............................................................................................ 106
5.3.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh hiển vi điện tử truyền
qua (TEM)................................................................................................................................ 108
5.3.3. Phổ tán sắc năng lượng EDS................................................................................ 109
5.3.4. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 pha tạp Zn............................................ 111
5.4. Kết luận chương 5........................................................................................................ 114
Kết luận chung........................................................................................................................ 116
Danh mục các công trình khoa học của tác giả có liên quan đến
5
luận án........................................................................................................................................ 118
Tài liệu tham khảo................................................................................................................. 120
6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Eg
%wt
AFM
TEM
HRTEM
CVD
EDS
FWHM
SEM
FESEM
XRD
SAED
PL
PLE
UV-VIS
VLS
VS
JCPDS
7
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT
Tên
1.
Bảng 3.1
2.
Bảng 4.1.
3.
Bảng 4.2.
4.
Bảng 4.3.
5.
Bảng 4.4.
6.
Bảng 5.1.
7.
Bảng 5.2.
8.
Bảng 5.3.
9.
Bảng 5.4.
10.
Bảng 5.5.
11.
Bảng 5.6.
8
12. Bảng 5.7.
13. Bảng 5.8.
14. Bảng 5.9.
9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT
Tên
1.
Hình 1.1
2.
Hình 1.2
3.
Hình 1.3
4.
Hình 1.4
5.
Hình 1.5
6.
Hình 1.6
7.
Hình 1.7
8.
Hình 1.8
9.
Hình 1.9
10.
Hình 1.10
10
11. Hình 1.11
12. Hình 1.12
13. Hình 1.13
14. Hình 1.14
15. Hình 1.15
16. Hình 1.16
17. Hình 1.17
18. Hình 1.18
19. Hình 1.19
20. Hình 2.1
21. Hình 2.2
22. Hình 2.3
23. Hình 2.4
24. Hình 2.5
25. Hình 2.6
11
26. Hình 2.7
27. Hình 2.8
28. Hình 3.1
29. Hình 3.2
30. Hình 3.3
31. Hình 3.4
32. Hình 3.5
33. Hình 3.6
34. Hình 3.7
35. Hình 3.8
36. Hình 3.9
37. Hình 3.10
38. Hình 3.11
39. Hình 4.1
40. Hình 4.2
41. Hình 4.3
42. Hình 4.4
43. Hình 4.5
44. Hình 4.6
45. Hình 4.7
46. Hình 4.8
13
47. Hình 4.9
48. Hình 4.10
49. Hình 4.11
50. Hình 4.12.
51. Hình 4.13.
52. Hinh 4.14.
53. Hình 4.15.
54. Hình 4.16.
55. Hình 5.1.
56. Hình 5.2.
57. Hình 5.3.
58. Hình 5.4.
59. Hình 5.5.
60. Hình 5.6.
61. Hình 5.7.
62. Hình 5.8.
63. Hình 5.9.
64. Hình 5.10.
15
65. Hình 5.11.
66. Hình 5.12.
67. Hình 5.13
68. Hình 5.14
69. Hình 5.15
70. Hình 5.16
71. Hình 5.17
72. Hình 5.18
73. Hình 5.19
