(Luận văn hoàn chỉnh, dài 95 trang)

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7

LỜI MỞ ĐẦU .8

PHẦN I: TỔNG QUAN 11

I.1 Cơ sở lý thuyết của màng graphene: . 11

I.1.1 Giới thiệu về graphene: 11

I.1.2 Carbon, các trạng thái lai hóa của nguyên tử carbon và các dạng

thù hình của carbon: 13

I.2 Cấu tạo và tính chất của màng graphene: . 34

I.2.1 Cấu tạo của màng graphene: 34

I.2.2 Cấu trúc vùng năng lượng: . 36

I.2.3 Ứng dụng của màng graphene: . 41

I.3 Các phương pháp chế tạo graphene: . 44

I.3.1 Phương pháp tách lớp cơ học: 44

I.3.2 Phương pháp epitaxy: . 45

I.3.3 Phương pháp chế tạo graphene từ dung dịch: 46

I.4 Graphene pha tạp: . 46

I.4.1 Pha tạp graphene với kim loại chuyển tiếp: . 46

I.4.2 Pha tạp graphene bởi nano vàng: 53

PHẦN II: THỰC NGHIỆM 55

II.1 Mục đích của đề tài: 55

II.2 Các hóa chất sử dụng và các hệ đo: 56

II.2.1 Các hóa chất sử dụng: 56

II.2.2 Các hệ đo: 57

II.3 Tổng hợp dung dịch graphite oxide 59

II.3.1 Tách lớp graphite: 59

II.3.2 Oxy hóa exfoliated graphite thành graphite oxide: . 61

II.3.3 Rửa dung dịch graphite oxide: 70

II.4 Tạo màng graphene và pha tạp nano vàng vào màng graphene: 71

II.4.1 Chuẩn bị đế để phun màng: . 72

II.4.2 Phun màng: 73

II.4.3 Khử màng bằng nhiệt: . 75

II.5 Chuẩn bị dung dịch phun màng và kết quả khảo sát màng: . 76

II.5.1 Khảo sát màng thuần theo lượng chất khử hydrazine: 76

II.5.2 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch nano

vàng: 79

II.5.3 Pha tạp nano vàng vào màng graphene từ dung dịch

HAuCl4: .82

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HưỚNG PHÁT TRIỄN ĐỀ TÀI .84

TÀI LIỆU THAM KHẢO .85

LỜI MỞ ĐẦU

Vật liệu dẫn điện trong suốt (transparent conducting – TC) đã đóng vai trò

quan trọng cho các ứng dụng quang điện khác nhau như: chống ngưng tụ hơi nước

cho cửa sổ máy bay, phương tiện cơ giới; màng chắn tĩnh điện, màn chắn nhiễu điện

từ; gương phản xạ nhiệt cho cửa sổ và bóng đèn nhiệt; điện cực trong suốt cho màn

hình hiển thị tinh thể lỏng (LCD), màn hình plasma, màn điện sắc; diode phát quang

hữu cơ (OLED), điện cực cho pin mặt trời dựa trên Si vô định hình; các tiếp xúc

bán dẫn cho ứng dụng điện tử trong suốt. Các công nghệ đang phát triển hiện nay là

các tivi màn hình phẳng định vị cao (High Definition TV), màn hình lớn với độ

phân giải siêu cao cho máy tính để bàn, cửa sổ phát xạ thấp (Low Emission), cửa sổ

điện sắc, màng mỏng photovoltaic (PV), thiết bị cầm tay thông minh, màn hình cảm

ứng, các thiết bị phát quang.

Màng TC đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong đời sống. Màng TC

có độ truyền qua cao (> 80%) trong vùng khả kiến và độ dẫn điện cao)

không thể tìm được trong các vật liệu thông thường. Màng dẫn điện tốt và bán trong

suốt có thể thu được dưới dạng màng mỏng của một số kim loại như bạc và vàng.

Phương thức thông thường nhất hiện nay để chế tạo được vật liệu TC là tạo nên sự

không hợp thức có kiểm soát trong cấu trúc tinh thể hoặc đưa vào các tạp chất thích

hợp để tạo sự suy biến trong vùng cấm rộng của một số ôxít. Những cách thức này

có thể dễ dàng thu được với các ôxít ở dạng màng mỏng được chế tạo bằng nhiều

kỹ thuật khác nhau. Do đó vật liệu TC dựa trên các ôxít (Transparent Conducting

Oxide – TCO) đã được tập trung nghiên cứu nhiều nhất.

TCO đã được nghiên cứu sử dụng từ đầu thế kỷ 20 (1907) với CdO. Từ đó

rất nhiều vật liệu TCO dưới dạng màng mỏng được nghiên cứu chế tạo như ZnO

pha tạp, SnO2 pha tạp, In2O3 pha tạp. Từ những năm 60 của thế kỷ trước, vật liệu

TCO được sử dụng rộng rãi nhất cho các thiết bị quang điện tử là Indium Iin Oxide

(ITO). Và cho đến nay, ITO vẫn là vật liệu được sử dụng chủ yếu trong sản suất các

linh kiện quang điện tử do tính ưu việt về độ dẫn điện và tính trong suốt. Vật liệu

ZnO, SnO2 được pha tạp, cũng thu hút nhiều nghiên cứu do có ưu điểm về chi phí

thấp hơn nhiều so với ITO, tuy nhiên phạm vi ứng dụng trong quang điện tử chưa

rộng rãi và chưa thể thay thế ITO vì một số nhược điểm chưa khắc phục được ví dụ

như độ dẫn điện kém hơn. Tuy vậy, ITO lại có những nhược điểm khiến cho người

ta phải tìm các loại vật liệu mới thay thế. Bên cạnh hạn chế về khả năng hiệu chỉnh

quang học và sự mềm dẻo cơ học dẫn đến bị giới hạn trong các ứng dụng có yêu

cầu tính dẻo dai, ITO còn có hạn chế khiến nó buộc phải bị thay thế bởi vật liệu

khác. Đó là do lượng indium tự nhiên đang khan hiếm dần và sẽ cạn kiệt trong vòng

vài năm tới, trong khi nhu cầu sử dụng ngày càng tăng đã làm cho giá cả của indium

tăng nhanh đáng kể, nó đã lên đến 1000$/kg vào mùa hè 2009.

Xuất hiện sau màng carbon nanotube (CNT),các màng nanowire, các lá kim

loại mỏng, polymer dẫn màng graphene có những đặc tính nỗi bật để trở thành

ứng cử viên sáng giá cho việc thay thế ITO.

Đặc điểm thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học là những miếng graphene

này có độ dày một nguyên tử, là vật liệu mỏng nhất trong tất cả các vật liệu hiện có,

cấu trúc bền vững ngay cả ở nhiệt độ bình thường. Ở dạng tinh khiết, graphene dẫn

điện nhanh hơn bất cứ chất nào khác ở nhiệt độ bình thường. Hơn nữa, các electron

đi qua graphene hầu như không gặp điện trở nên ít sinh nhiệt. Bản thân graphene

cũng là chất dẫn nhiệt, cho phép nhiệt đi qua và phát tán rất nhanh. Graphene dễ chế

tạo và dễ thay đổi hình dạng, vì thế graphene xứng đáng để thay thế cho ITO.