TỔNG hợp và NGHIÊN cứu TÍNH CHẤT QUANG của CHẤM LƯỢNG tử zns PHA TẠP mn, PHA TẠP cu và ĐỒNG PHA TẠP (mn cu) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG QUANG xúc tác

TỔNG QUAN VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ

Giới thiệu về vật liệu

Vật liệu cấu trúc nano

Theo định nghĩa, "nano" có nguồn gốc từ tiếng Latin "νᾶνος" có nghĩa là rất nhỏ Trong tiếng Anh, "nano" (viết tắt là n) là một tiền tố đơn vị đại diện cho một phần tỉ, tương đương với 10^-9 hoặc 0,000000001 trong hệ mét Một nanometer (nm) bằng một phần tỉ mét (10^-9 m) và thường được sử dụng để đo độ dài Để hình dung kích thước của đơn vị này, tóc người có độ lớn khoảng 60.000 – 80.000 nm, trong khi nguyên tử Hidro chỉ có kích thước khoảng 0,1 nm và không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Vật liệu nano được định nghĩa là vật liệu có ít nhất một chiều kích thước nhỏ hơn 100 nm, điều này khiến chúng ta không thể quan sát bằng mắt thường hoặc thiết bị hiển vi thông thường Hiện nay, vật liệu nano là kích thước nhỏ nhất mà con người có thể tạo ra Để phục vụ cho việc chế tạo và phát triển vật liệu nano, công nghệ nano đã ra đời, được chia thành hai hướng phát triển chính.

Khoa học nano: các nhà khoa học sẽ nghiên cứu về tính chất vật lý và hóa học của vật liệu ở kích thước nano

Công nghệ nano không chỉ là lĩnh vực nghiên cứu khoa học nano mà còn tập trung vào việc phát triển và ứng dụng các vật liệu nano trong sản phẩm công nghệ Sự tiến bộ này dẫn đến việc tạo ra các kỹ thuật tiên tiến hơn, mở ra nhiều cơ hội mới trong nhiều ngành công nghiệp.

Nghiên cứu cho thấy vật liệu ở kích thước nano có những tính chất khác biệt so với kích thước lớn Chẳng hạn, nhôm thường dùng làm vỏ lon và sườn xe, nhưng ở kích thước nano, nó có thể phát nổ Tương tự, vàng ở kích thước bình thường là chất bất hoạt, nhưng khi ở kích thước nano, nó sẽ thay đổi màu sắc từ vàng sang đỏ hoặc tím nhạt.

Khi vật liệu đạt kích thước nano, các tính chất cơ bản của chúng thay đổi đáng kể do kích thước đã đến giới hạn Dù là vật liệu khối hay nano, các tính chất vật lý và hóa học đều phụ thuộc nhiều vào tính chất bề mặt Bề mặt của vật liệu thực hiện nhiều chức năng quan trọng, bao gồm việc giữ hoặc liên kết với các chất bên trong và bên ngoài, cũng như đóng vai trò là chất xúc tác.

Trong phản ứng hóa học, 7 tác nhân quan trọng đóng vai trò quyết định, chủ yếu do số lượng nguyên tử trên bề mặt Đối với vật liệu nano, số lượng nguyên tử trên bề mặt tăng lên đáng kể so với vật liệu khối Hình 1.1 và Bảng 1.1 minh họa sự khác biệt về diện tích tiếp xúc của vật liệu khi kích thước giảm.

Hình 1.1 Hình minh họa diện tích tiếp xúc của vật liệu khi kích thước giảm [11]

Bảng 1.1 Mô tả kích thước của vật liệu nano [11]

Kích thước mặt phẳng khối lập phương

Số lượng khối lập phương

Diện tích bề mặt toàn phần

Khi thay đổi kích thước của vật liệu, các tính chất của chúng cũng sẽ thay đổi đáng kể Ví dụ, khi kích thước giảm xuống cấp nano, màu sắc của vật liệu sẽ biến đổi, điều này được ứng dụng trong lĩnh vực chiếu sáng Vật liệu nano với diện tích bề mặt lớn rất lý tưởng để làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học và hấp thụ Trong y khoa, nano từ đóng vai trò quan trọng trong việc thăm dò và di chuyển đến vị trí bệnh trong cơ thể, cũng như được sử dụng để lưu trữ năng lượng và trong mỹ phẩm Vật liệu nano có cấu trúc nano thường cứng hơn và bền hơn so với các vật liệu không có cấu trúc này Hiện nay, vật liệu nano ở trạng thái rắn đang được nghiên cứu và quan tâm nhiều nhất, tiếp theo là trạng thái lỏng và khí Về phân loại, vật liệu nano được chia thành ba hình thái chính dựa trên hình dáng của chúng.

Vật liệu nano không chiều là loại vật liệu có kích thước nano ở cả ba chiều, không cho phép điện tử di chuyển tự do Ví dụ điển hình của vật liệu này bao gồm đám nano và hạt nano.

Vật liệu nano một chiều là loại vật liệu có kích thước nano ở hai chiều, trong khi điện tử có thể tự do di chuyển trên một chiều Ví dụ điển hình của vật liệu này bao gồm dây nano và ống nano.

Vật liệu nano hai chiều là loại vật liệu có một chiều kích thước nano và hai chiều tự do, thường gặp dưới dạng màng mỏng hoặc lớp phủ bề mặt Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện, hóa học và cải thiện tính chất sản phẩm thông qua lớp phủ.

Ngoài việc phân loại vật liệu nano theo hình thái, còn có thể phân loại dựa trên thành phần (đơn pha hoặc đa pha), đặc tính kết tụ hạt (agglomeration) và đặc tính khuếch tán Tuy nhiên, phân loại theo hình thái vật liệu vẫn là phương pháp phổ biến nhất trong nghiên cứu và ứng dụng.

Sơ lược về vật liệu bán dẫn

Qua nhiều nghiên cứu, vật liệu được phân loại thành ba loại chính dựa trên khả năng dẫn điện: vật liệu dẫn điện (kim loại) cho phép dòng điện truyền qua, vật liệu cách điện (như polymer, gốm) không cho dòng điện truyền qua, và vật liệu bán dẫn.

Vật liệu bán dẫn nằm giữa chất dẫn và chất không dẫn điện, có thể là các nguyên tố tinh khiết như silicon hoặc hợp chất như gallium arsenide Quá trình doping, trong đó một lượng nhỏ tạp chất được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết, gây ra những thay đổi lớn trong độ dẫn của vật liệu.

Xét về cấu trúc, một chất bán dẫn đặc trưng được cấu tạo từ các nguyên tử có

Chất bán dẫn thuộc nhóm IV, bao gồm hai vật liệu chính là silic (Si) và germanium (Ge), với bốn electron ở lớp ngoài cùng Ngoài ra, chất bán dẫn còn được hình thành từ sự kết hợp giữa nhóm III và nhóm V.

V là sự kết hợp giữa nhóm II và nhóm VI trong bảng tuần hoàn hóa học, dẫn đến sự đa dạng trong tính chất của các vật liệu bán dẫn Sự khác biệt này xuất phát từ quy trình chế tạo và các nguyên tố tiền chất được sử dụng.