Luận văn Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS - Ni2+, Mn2+

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘMÔN VẬT LÍ Luận văn tốt nghiệp CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHÁT QUANG CỦA HẠT NANO ZnS : Ni2+, Mn2+ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Th.S. Lê Văn Nhạn Dương Thành Nhân SP Vật lí K31 Th.S. Nguyễn Trí Tuấn MSSV: 1050152 Cần Thơ, ngày 10 tháng 5 năm 2009 Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 1 Trang | 1 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31  Lí do chọn đề tài: Trong thế kỉ 20 người ta đã tìm ra nhiều vật liệu tốt phục vụ cho lĩnh vực quang, đặc biệt là ZnS, rồi đến vật liệu ZnS pha tạp Cu, Mn..... Tuy nhiên những vật liệu mới ra đời đó cũng không đáp ứng được nhu cầu, đòi hỏi của con người ngày càng tăng, nên cần thiết phải có những vật liệu mới tiên tiến hơn thay thế chúng (khuyết điểm của những vật liệu này là cường độ huỳnh quang chưa thật sự mạnh, màu sắc bị giới hạn, thời gian phát quang ngắn,...). Với sự phát triển của khoa học công nghệ, yêu cầu được đặt ra là phải chế tạo vật liệu phát quang có thể tạo nhiều màu sắc, hiệu suất cao, tính ổn định cao,.... nhưng dù vật liệu khối ZnS pha tạp hay không pha tạp cũng đã không đáp ứng được tất cả các nhu cầu, đòi hỏi đó. May mắn thay, sự phát hiện cấu trúc nano vào giữa thế kỉ trước đã dẫn đến sự ra đời của vật liệu hoàn toàn mới – vật liệu nano, mở ra một cuộc đại cách mạng thật sự về khoa học vật liệu, với những ứng dụng chưa từng có và còn nhiều điều hứa hẹn ở đàng sau do công nghệ nano đem lại mà ta không lường hết được. Một trong những ứng dụng của vật liệu nano là ứng dụng về công nghệ chiếu sáng mà đặc biệt là các thiết bị điện huỳnh quang. Ở Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu, nhiều bài báo viết về vấn đề vật liệu nền phát quang này (người ta đã tiến hành pha tạp ZnS : Cu2+, ZnS : Mn2+, ZnS : Ni2+,...) nhưng chưa thấy có bài báo nào viết về việc đồng pha tạp Mn, Ni. Do đó với mục đích tìm hiểu thêm nhiều kiến thức về lĩnh vực còn nhiều mới mẻ này nên tôi tiến hành khảo sát việc đồng pha tạp Mn2+, Ni2+ vào ZnS.  Mục tiêu của đề tài: – Chế tạo các tinh thể nano ZnS : Ni, Mn. – Đo phổ tán sắc năng lượng EDS (xác định thành phần tỉ đối của các nguyên tố xuất hiện trong mẫu). – Xác định kích thước hạt qua phép đo nhiễu xạ tia X. – Chụp ảnh mẫu tinh thể bằng kính hiện vi điện tử (xác định hình dạng hạt). – Đo phổ huỳnh quang của mẫu (xác định bước sóng huỳnh quang của mẫu). Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 2 Trang | 2 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 Chương 1: TỔNG QUAN Từ xa xưa vấn đề thắp sáng đã được con người rất quan tâm (chẳng ai muốn sống trong bóng tối khi đêm đến), từ việc biết sử dụng lửa để thắp sáng bằng củi khô của hàng trăm nghìn năm trước, rồi sử dụng mỡ động vật để làm nguyên liệu, cho đến những ngọn nến, đèn dầu,.... và việc phát minh bóng đèn dây tóc của Edison đã mở ra một cuộc cách mạng về chiếu sáng. Cùng với sự phát triển của xã hội, con người đã cố gắng tìm ra nhiều loại nguyên vật liệu mới ngày càng tốt hơn, hiệu quả hơn phục vụ cho lĩnh vực chiếu sáng. Thông thường có hai cách tạo ra ánh sáng đó là sự nóng sáng (nếu ta đốt nóng một vật tới nhiệt độ đủ cao thì nó sẽ phát sáng) và sự phát quang. Trong phạm vi bài viết này chúng ta quan tâm đến sự phát quang, và tìm hiểu sơ lược về vật liệu phát quang tiên tiến. 1. Sơ lược về công nghệ nano và vật liệu nano: 1.1. Công nghệ nano: Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dạng, kích thước cỡ nanomet (1nm = 10-9 m). Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano. 1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano: 1.2.1. Sự chuyển tiếp từ cổ điển sang lượng tử: Chính kích thước rất nhỏ của các cấu trúc nano đã đem đến nhiều tính chất vật lí khác xa so với vật thể khối. Bài toán một nguyên tử, phân tử là bài toán lượng tử, đối với các cấu trúc micro trở lên số nguyên tử chứa trong nó là rất lớn (khối lập phương có cạnh 1µm đã chứa tới 1012 nguyên tử) nên các hiệu ứng lượng tử bị trung bình hóa và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên, do đó bài toán với các cấu trúc micro trở lên trở thành bài toán cổ điển. Nhưng các cấu trúc nano chứa một số lượng các nguyên tử ít đến mức thậm chí chỉ cần thêm hoặc bớt 1 nguyên tử đã có thể làm thay đổi tính chất của cấu trúc, bởi vậy việc ứng dụng vật lí lượng tử để khảo sát bài toán là cần thiết, và khi đó các quy luật lượng tử “khó chịu” sẽ tạo nên sự khác biệt cho cấu trúc nano. Ví dụ: một chấm lượng tử (quantum dot – QD) có thể xem như một đại nguyên tử và cũng có các mức năng lượng gián đoạn (năng lượng của hạt bị lượng tử hóa là một đặc trưng của thế giới lượng tử). Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 3 Trang | 3 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 1.2.2. Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nano khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Mặt khác, năng lượng liên kết của nguyên tử bề mặt bị hạ thấp một cách đáng kể vì chúng không được liên kết một cách đầy đủ. Vì vậy, các hạt nano có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với vật liệu khối của chúng. 1.2.3. Hiệu ứng kích thước: Khi giảm kích thước của vật thể xuống đến kích thước nano thì các đại lượng đặc trưng cho vật như độ dẫn điện, nhiệt nóng chảy,.... không còn là hằng số nữa mà chúng sẽ thay đổi theo kích thước, người ta gọi đó là hiệu ứng kích thước. Khi hạt dẫn và các trạng thái kích thích bị giam giữ trong cả 3 chiều của vật liệu có kích thước nano – chấm lượng tử (QD). Do 3 chiều của QD bị giới hạn, theo cơ học lượng tử người ta tính được năng lượng của điện tử trong QD là: Nếu chấm lượng tử có dạng lập phương cạnh a: 2 222 chiêu1 2 3 3 ma n EE  Nếu chấm lượng tử có dạng cầu đường kính là a: 2 2222 ma n E  Vì 3 3 23 4 aV a V lpc      nên chúng ta có thể kết luận rằng, kích thước vật liệu nano càng nhỏ (kích thước QD càng nhỏ), các hạt tải điện bị giam giữ càng mạnh thì khoảng cách giữa hai mức năng lượng liên tiếp càng riêng biệt (lượng tử hóa càng mạnh nn EEE  1 càng lớn). Khi đó khoảng cách giữa hai vùng năng lượng – chính là vùng cấm (sẽ xem xét rõ hơn ở phần sau – 4.1) càng rộng. 1.2.4. Hiệu ứng xuyên hầm: Hiện tượng xuyên hầm lượng tử là hiện tượng các electron bằng các cơ chế của cơ học lượng tử đã “đi xuyên” qua được bờ rào thế năng chắn giữa hai vùng chứa electron ngay cả khi động năng của electron thấp hơn chiều cao của rào thế. Điều này cũng tựa như việc bạn sẽ vô cùng ngạc nhiên khi thấy một chiếc xe chạy xuyên qua bức tường mà không gây ra một thiệt hại nào. Dĩ nhiên đó chỉ là hình ảnh so sánh, đừng có hy vọng chuyện này sẽ xảy ra với một chiếc xe thật. Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 4 Trang | 4 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 1.3. Vật liệu nano: Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét. Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:  Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano...  Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều, ví dụ: dây nano, ống nano,...  Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng nano,...  Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. 1.4. Chế tạo vật liệu nano: Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống (top–down) và phương pháp từ dưới lên (bottom–up). Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử. Ở đây ta chỉ chú ý đến phương pháp kết tủa (thuộc phương pháp từ dưới lên) là phương pháp được sử dụng để tạo vật liệu nano trong quá trình thực hiện đề tài này. 1.4.1. Phương pháp từ trên xuống: Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền để biến vật liệu có kích thước lớn về kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền và rất hiệu quả, có thể chế tạo được một lượng lớn vật liệu nhưng tính đồng nhất của vật liệu không cao. Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano. Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp. Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 5 Trang | 5 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 1.4.2. Phương pháp từ dưới lên: Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp hóa – lý. Một số cách tạo vật liệu nano thuộc phương pháp từ dưới lên là: phương pháp sol – gel, phương pháp kết tủa (có hai phương pháp đó là phương pháp kết tủa từ dung dịch đồng nhất dưới các điều kiện nhất định và kết tủa từ khí hơi khi một hóa chất ban đầu bị phân li. Ta sẽ chỉ quan tâm đến phương pháp thứ nhất); phương pháp điện phân, phương pháp ngưng tụ từ pha khí (kết hợp hóa – lý). Phương pháp kết tủa từ dung dịch: + Khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ. + Các mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuếch tán của vật chất từ dung dịch lên bề mặt của các mầm cho đến khi mầm trở thành hạt nano. + Để thu được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm và phát triển mầm. Trong quá trình phát triển mầm, cần hạn chế sự hình thành của những mầm mới. + Một số phương pháp thuộc phương pháp kết tủa từ dung dịch:  Phương pháp đồng kết tủa: Là một trong những phương pháp thường được dùng để tạo các hạt oxit sắt. Hydroxit sắt bị oxy hóa một phần bằng một chất oxy hóa khác hoặc tạo hạt từ Fe2+ và Fe3+ trong dung môi nước. Kích thước hạt (4 – 15nm) và diện tích bề mặt được điều khiển bằng độ pH và mật độ ion trong dung dịch.  Vi nhũ tương (microemulsion): Các hạt dung dịch bị bẫy bởi các phân tử chất hoạt hóa bề mặt trong dầu (các mixen). Do sự giới hạn về không gian của các phân tử chất hoạt hóa bề mặt nên sự hình thành, phát triển các hạt nano bị hạn chế và tạo nên các hạt nano rất đồng nhất. Kích thước hạt có thể từ 4 – 12 nm với độ sai khác khoảng 0.2 – 0.3 nm. Bằng phương pháp này, người ta có thể chế tạo hạt oxyt sắt bao phủ bởi một lớp vàng để tránh oxy hóa và tăng tính tương hợp sinh học.  Polyol: là phương pháp thường dùng để tạo các hạt nano kim loại như Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe,... Các hạt nano kim loại được hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim loại có chứa polyol. Polyol có tác dụng như một dung môi hoặc trong một Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 6 Trang | 6 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 số trường hợp như một chất khử ion kim loại. Hình dạng và kích thước của các hạt nano phụ thuộc vào tốc độ kết tủa của dung dịch thông qua việc điều khiển nhiệt độ dung dịch.  Phân ly nhiệt: Sự phân ly của các hợp chất chứa sắt với sự có mặt của một chất hoạt hóa bề mặt ở nhiệt độ cao cải thiện đáng kể chất lượng của các hạt nano. 2. Sự phát quang: Khi một số chất hấp thụ năng lượng thì chúng có khả năng phát ra bức xạ điện từ (trong đó có vùng ánh sáng khả kiến). Hiện tượng đó được gọi là sự phát quang. Chú ý rằng không phải mọi sự phát sáng đều là sự phát quang. Chẳng hạn: phản xạ, tán xạ, bức xạ nhiệt cũng là sự phát sáng nhưng chúng không phải là sự phát quang. Để phân biệt, Vavilop đã đưa ra định nghĩa về sự phát quang như sau: Sự phát quang của một chất là sự phát những bức xạ dư ngoài bức xạ nhiệt do chất đó phát ra và có thời gian phát quang ( ≥ 10-10s ) lớn hơn nhiều so với chu kì dao động sáng (~ 10-14s). Tùy vào phương pháp kích thích phát quang, người ta phân chia thành một số dạng phát quang sau: - Quang phát quang (Photoluminescence): là sự phát quang xảy ra khi chất phát quang được kích thích bằng bức xạ quang học (tia X, UV,....). - Điện phát quang (Electroluminescence): là sự phát quang xảy ra khi chất phát quang được kích thích bằng cách đặt nó trong điện trường. - Âm cực phát quang (Cathodoluminescence): là sự phát quang xảy ra khi chất phát quang được kích thích bằng cách chiếu vào nó một chùm electron. - Hóa phát quang (Chemiluminescence): là sự phát quang xảy ra khi chất phát quang được kích thích bằng năng lượng lấy từ các phản ứng hóa học (sự phát sáng của đom đóm, photpho, cây mục,....). - Phóng xạ phát quang (Radioluminescence): là sự phát quang xảy ra khi chất phát quang được kích thích bằng sản phẩm của sự phân rã phóng xạ (như các hạt α, β, γ,....). 3. Vật liệu phát quang: Chúng ta biết rằng để có sự phát quang tốt, cần nhất là chúng ta phải có nguồn nguyên liệu tốt. Những nghiên cứu về vật liệu và công nghệ huỳnh quang được phát triển từ rất sớm, thu hút được rất nhiều nhóm nghiên cứu. Một nhân tố quan trọng thúc đẩy sự Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 7 Trang | 7 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 phát triển mạnh mẽ của ánh sáng huỳnh quang là việc phát hiện ra vật liệu làm nền phát sáng huỳnh quang – thành phần quan trọng nhất của các thiết bị huỳnh quang. Trong số các chất làm nền thì ZnS được chú ý nhiều nhất, được nghiên cứu sớm nhất và ứng dụng rộng rãi nhất. Năm 1936, Destriau khi nghiên cứu về chất phát quang dựa trên vật liệu nền là ZnS đã phát hiện thấy khi có một lượng nhỏ tạp chất Cu tồn tại trong ZnS thì có thể làm cho vật liệu này phát sáng mạnh hơn bình thường nhiều lần nếu đặt nó vào trong một hiệu điện thế xoay chiều thích hợp. Giữa những năm 1960, linh kiện điện huỳnh quang dạng bột sử dụng dòng một chiều được phát triển dựa trên vật liệu ZnS pha tạp Cu và Mn (ZnS : Cu, Mn). Nhưng như ta thấy vật liệu khối ZnS cho dù là pha tạp cũng chưa thể khắc phục tốt hết các khuyết điểm như cường độ huỳnh quang chưa thật sự mạnh, màu sắc bị giới hạn, thời gian phát quang ngắn,... Một câu hỏi được đặt ra là phải sử dụng vật liệu nào để có thể khắc phục được các nhược điểm trên? Sự phát hiện cấu trúc nano vào giữa thế kỉ trước đã và đang giúp ta trả lời câu hỏi đó. Bài viết này sẽ tìm hiểu về vật liệu nano ZnS : Ni2+– Mn2+ thay cho vật liệu khối ZnS phục vụ cho công nghệ quang. Trước hết chúng ta sẽ tìm hiểu sơ lược về các nguyên tố mà ta cần để tạo nên vật liệu nano ZnS : Ni2+– Mn2+. 3.1. Niken: Tổng quát Tên, Ký hiệu, Số proton Niken, Ni, 28 Phân loại kim loại chuyển tiếp Nhóm; Chu kỳ 10; 4 Khối lượng riêng; Độ cứng 8.908 kg/m³; 4,0 (so với kim cương là 10) Bề ngoài kim loại màu trắng bóng Tính chất nguyên tử Khối lượng nguyên tử 58,6934 đvC. Bán kính nguyên tử (calc.) 135 (149) pm Bán kính cộng hoá trị 121 pm Bán kính van der Waals 163 pm Cấu hình electron [Ar]3d8 4s2 Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) +2, +3 (lưỡng tính) Cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện Tính chất vật lí Trạng thái vật chất Rắn Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 8 Trang | 8 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 Điểm nóng chảy 1.728 K (2.651oF) Điểm sôi 3.186 K (5.275oF) Trạng thái trật tự từ sắt từ Nhiệt bay hơi 377,5 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 17,48 kJ/mol Áp suất hơi 100.000 Pa tại 3.184 K Vận tốc âm thanh 4.900 m/s tại 298 K (25oC) Nhiệt dung riêng 444,17 J/(kgK) Độ dẫn điện 1,443x107 /Ωm Độ dẫn nhiệt 90,9 W/(mK) Thông tin khác Độ âm điện 1,91 (thang Pauling) Năng lượng ion hóa 1. 737,1 kJ/mol 2. 1.753,0 kJ/mol 3. 3.395 kJ/mol Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú 3.2. Mangan: Tổng quát Tên, Ký hiệu, Số proton Mangan, Mn, 25 Phân loại kim loại chuyển tiếp Nhóm; Chu kỳ 7; 4 Khối lượng riêng; Độ cứng 7.210 kg/m³; 6,0 (so với kim cương là 10) Bề ngoài kim loại màu trắng bạc Tính chất nguyên tử Khối lượng nguyên tử 54,938045(5) đvC Bán kính nguyên tử (calc.) 140 (161) pm Bán kính cộng hoá trị 139 pm Cấu hình electron [Ar]3d5 4s2 Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 2, 3, 4, 6, 7 (acid mạnh) Cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối Tính chất vật lí Trạng thái vật chất Rắn Điểm nóng chảy 1.519 K (2.275oF) Điểm sôi 2.334 K (3.742oF) Trạng thái trật tự từ Phản sắt từ Nhiệt bay hơi 221 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 12,91 kJ/mol Áp suất hơi 100.000 Pa tại 2.333K Vận tốc âm thanh 5.150 m/s tại 293 K (20oC) Độ dẫn điện 0,694x107 /Ωm Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 9 Trang | 9 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 Độ dẫn nhiệt 7,81 W/(mK) Nhiệt dung riêng 479 J/(kgK) (25oC) Thông tin khác Độ âm điện 1,55 (thang Pauling) Năng lượng ion hóa 1. 717,3 kJ/mol 2. 1.509 kJ/mol 3. 3.248 kJ/mol Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú 3.3. Kẽm sulfit ZnS: Kẽm sulfit (ZnS: Zinc Sulfide) là hợp chất hóa học thường tồn tại ở dạng bột hoặc tinh thể màu trắng vàng. Có hai dạng ZnS tồn tại trong tự nhiên là sphalerite (tinh thể có dạng lập phương Cubic) và wurtzite (tinh thể có dạng sáu cạnh Hexagonal). Cả hai dạng này đều cùng bản chất. Hợp chất Sphalerite, wurtzite Mật độ khối 4.090kg/m3 Nhiệt độ nóng chảy 10200C Độ cứng so với kim cương (10) 4,5 Độ dẫn nhiệt 27,2 W/mK Độ dẫn điện 10–12 – 10–8 /Ωm Hằng số điện môi ε 9,67 Độ rộng vùng cấm Eg 3,54 – 3,91 eV (300K) Bước sóng phát quang 330nm (300K) Nhiệt dung riêng 530 J/kgK Chiết suất 2,161 – 2,419 Hình 2: Cấu trúc tinh thể dạng HexagonalHình 1: Cấu trúc tinh thể dạng Cubic Chế tạo và nghiên cứu tính chất phát quang của hạt nano ZnS : Ni2+ – Mn2+ 10 Trang | 10 DƯƠNG THÀNH NHÂN Sư phạm Vật lí K31 3.4. ZnS pha tạp và ứng dụng của nó: 3.4.1. Vật liệu khối ZnS pha tạp: ZnS được sử dụng từ rất sớm trong vật lí hạt nhân để làm các đầu dò phát quang vì ZnS có khả năng phát sáng khi bị kích thích (tia X, chùm electron,…). Trong quá trình nghiên cứu tìm kiếm vật liệu phát quang ngày càng tốt, người ta nhận thấy vật liệu khối ZnS pha thêm một số tạp chất có khả năng phát ra ánh sáng đặc trưng của tạp chất thêm vào. ZnS pha thêm vài phần triệu tạp chất thích hợp được dùng để thay thế Phospho trong nhiều ứng dụng như các ống cathode phát quang và các sản phẩm khác. Chẳng hạn, pha thêm một ít Cu thì ZnS : Cu sẽ cho ánh sáng xanh lục, thay Cu bằng bạc Ag thì ánh sáng phát ra có màu xanh đậm, hoặc nếu pha Mn thì màu phát ra là đỏ – cam… Sự pha tạp này còn làm kéo dài thời gian phát quang, được ứng dụng khá nhiều trong các biển báo, pano, ap–phich phát sáng. 3.4.2. Tinh thể nano ZnS: Năm 1983, lần đầu tiên một bài báo về tính chất quang của chất bán dẫn pha tạp có kích thước nano được công bố. Các kết quả nghiên cứu cho thấy các tinh thể dạng này (và các tinh thể đã pha tạp có kích thước nano) có hiệu suất phát quang cao, màu sắc khác, thời gian phát quang cũng khác so với vật thể khối. Điều này cho phép chúng ta n