NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN ZnO PHA TẠP ION Eu3+
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, các chấm lượng tử ZnO pha tạp Eu³⁺ với nồng độ từ 0.5 đến 4.0 mol% được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa trong môi trường nước. Cấu trúc và thành phần của vật liệu được nghiên cứu bằng giản đồ nhiễu xạ tia X và phổ tán xạ năng lượng tia X. Kết quả cho thấy các chấm lượng tử thu được có cấu trúc wurtzite và ion Eu³⁺ được pha tạp thành công vào mạng tinh thể ZnO. Phổ hấp thụ UV–Vis cho thấy sự dịch đỏ của đỉnh hấp thụ khi tăng nồng độ Eu³⁺, phản ánh sự giảm nhẹ độ rộng vùng cấm. Phổ huỳnh quang ghi nhận các vạch hẹp đặc trưng của ion Eu³⁺. Kết quả đo thời gian sống phát quang trung bình (τ) cho thấy sự giảm dần của τ khi tăng nồng độ pha tạp, phù hợp với cơ chế truyền năng lượng và dập tắt không bức xạ giữa các ion Eu³⁺. Cơ chế truyền năng lượng từ nền ZnO sang ion Eu³⁺ được phân tích, làm rõ vai trò của ZnO như nguồn hấp thụ và truyền năng lượng hiệu quả cho các mức phát xạ nội 4f của Eu³⁺. Những kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng của ZnO:Eu³⁺ trong các thiết bị phát quang, hiển thị và cảm biến quang học.
Từ khóa
chấm lượng tử, Eu³⁺, ZnO, tính chất quang, truyền năng lượng
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
[2] K. He, X. Yu, L. Qin and Y. Wu, “CdS QDs: Facile synthesis, design and application as an “on- off” sensor for sensitive and selective monitoring Cu2+, Hg2+ and Mg2+ in foods”, Food Chem., vol. 390, pp. 133116, 2022.
[3] C.D. Sahm, A. Ciotti, E.M. Torres, V. Badiani, K. Sokołowski, G. Neri, A.J. Cowan, M.G. Melchor, E. Reisner, “Tuning the local chemical environment of ZnSe quantum dots with dithiols towards photocatalytic CO2 reduction”, Chem. Sci., vol. 13, pp. 5988-5998, 2022.
[4] N.X. Ca, H.T. Van, P.V. Do, L.D. Thanh, P.M. Tan, N.X. Truong, V.T.K. Oanh, N. T. Binh, N.T. Hien, “Influence of precursor ratio and dopant concentration on the structure and optical properties of Cu-doped ZnCdSe-alloyed quantum dots”, RSC Adv., vol. 10(43), pp. 25618-25628, 2020.
[5] A. Arivarasan, S. Bharathi, S.E. Arasi, S. Arunpandiyan, M.S. Revathy, R. Jayavel, “Investigations of rare earth doped CdTe QDs as sensitizers for quantum dots sensitized solar cells”, J. Lumin., vol. 219, pp. 116881, 2020.
[6] N. Jin, H. Li, F. Liu and Y. H. Xie, “Microstructure and Luminescence Properties of Tb3+ Doped ZnO Quantum Dots”, J. Nanosci. Nanotechnol., vol. 16, pp. 3592-3596, 2016.
[7] K. A. Malik, J. H. Malik, A. A. Bhat, I. Assadullah and R. Tomar, “Trap assisted visible light luminescent properties of hydrothermally grown Gd doped ZnO nanostructures”, Vacuum., vol. 183, pp. 109832, 2021
[8] T. T. T. Huong, N. T. Sa, N. T. M. Thuy, P. V. Hao, N. H. Thao, N. T. Hien, and N. X. Ca, “Eu3+-doped ZnO quantum dots: structure, vibration characteristics, optical properties, and energy transfer process”, Nanoscale Adv., vol. 7, pp. 909 - 921, 2025.
[9] Q. Li, Y. Zhang, M. Zhang, W. Cheng, B. Liao and M. Ying, “Structural, electrical and magnetic properties of Gd-doped and (Al, Gd) codoped ZnO films”, J. Alloys Compd., vol. 933, pp. 167744, 2023.
[10] M. Zagrai, R.C. Suciu, S. Rada, M.E. Pica, and S. Pruneanu, “Structural and optical properties of Eu3+ ions in lead glass for photonic applications,” J. Non-Cryst. Solids, vol. 569, pp. 120988, 2021.
[11] L. Zhang, X. Zhang, C. Zhao, and X. Xiao, “Effects of Eu3+ doping on the luminescence properties of novel Sr2, CaLa (VO4)3 from partial substitution of Sr2+ by Ca2+ in Sr3La(VO4)3”, Ceram. Int., vol. 47, pp. 34323–34332, 2021.
[12] M. Kumar, G. Singh, M.S. Chauhan, “Europium (Eu3+) - doped ZnO nanostructures: Synthesis, characterization, and photocatalytic, chemical sensing and preliminary assessment of magnetic properties”, Ceramics International, vol. 47, pp. 17023- 17033, 2021.
[13] N. Wu, Q. Luo, X.Qiao and C. Ma, “The preparation of a Eu3+-doped ZnO bi- functional layer and its application in organic photovoltaics”, Mater. Res. Express., vol. 2, pp. 125901, 2015. [14] A. Ishizumi, Y. Taguchi, A. Yamamoto, Y. Kanemitsu, “Luminescence properties of ZnO and Eu3+-doped ZnO nanorods”, Thin Solid Films, vol. 486, pp. 50-52, 2005.
[15] X. Su, X. Zhao, C. Cui, N. Xi, X.L. Zhang, H. Liu, X. Yu, Y. Sang, “Influence of Wurtzite ZnO Morphology on Piezophototronic Effect in Photocatalysis”, Catalysts, vol. 12, pp. 946. 2022.
[16] G. Barsisa, A. Belay, G. Beyene, C. seboka, K. Gudishe, “Synthesis Europium (Eu3+) Doped Zinc Oxide Nanoparticles via the Co-Precipitation Method for Photocatalytic Applications”, Nano Biomedicine and Engineering, vol. 14, pp. 58-70, 2022.
[17] R. Jenkins and R. L. Snyder, “Diffraction Theory”, John Wiley & Sons, Inc, vol. 138, pp. 47-95, ISBN: 9780471513391, 1996.
[18] L. T. T. Huong, N. P. Hung, N. T. Ha, N. T. Luyen, N. T. Hien, N. X. Ca, and N. T. M. Thuy, “Chemically synthesized CdSe quantum dots induce apoptosis in AGS gastric cancer cells via ROS generation”, Nanoscale Adv., vol. 7, pp. 572 -582, 2025.
[19] I. M. Alibe, K. A. Matori, E. Saion, A. M. Ali, M. H. M. Zaid, “The influence of calcination temperature on structural and optical properties of ZnO nanoparticles via simple polymer synthesis route”, Science of Sintering, vol. 49, pp. 263-275, 2017
[20] Q. Wang, G. Xu, G. Liu, T. Li, Y. Li, C. Liu, “Water-dispersible, fluorescent color- tunable zinc oxide quantum dot preparation for anti-counterfeiting”, Ceramics International, vol. 51, pp. 13625-13633, 2025.
[21] P. M. Tan, N. X. Ca, N. T. Hien, H. T. Van, P. V. Do, L. D. Thanh, V. H. Yen, V. P. Tuyen, Y. Peng and P. T. Tho, “New insights on the energy transfer mechanisms of Eu-doped CdS quantum dots”, Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 22, pp. 6266-6274, 2020.
[22] N. T. M. Thuy, T. T. T. Huong, N. T. Hien, N. T. Luyen, N. T. Kien, N. T. K. Van, P.
M. Tan, N. D. Vinh, T. Ngoc and N. X. Ca, “Eu3+ singly-doped and Eu3+/Sm3+ co- doped ZnS quantum dots: structure, optical properties and energy transfer”, Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 26, pp. 25488-25500, 2024.
[23] J. Zhao, H. Gao, H. Xu, Z. Zhao, H. Bu, X. Cao, L. He, Z. Yang, J. Sun, “Structure and photoluminescence of Eu3+ doped Sr2InTaO6 red phosphor with high color purity”, RSC Adv., vol. 11, pp. 8282-8289, 2021.
[24] N. T. Kien, V. D. Lam, P. V. Duong, N. T. Hien, N. T. Luyen, P. V. Do, N. T. Binh, N. X. Ca, “New insights on the optical properties and upconversion fluorescence of Er-doped CoAl2O4 nanocrystals”, RSC Adv., vol. 14, pp. 3712-3722, 2024.
[25] D. Gao, Y. Li, L. Cheng, S. Liu, S. Xu, X. Li, J. Zhang, X. Zhang, Y. Cao, Y. Wang, X. Wang, Y. Zhang, X. Sha, L. Wang, B. Chen, “Concentration effects of fluorescence quenching and optical transition properties of Dy3+ doped NaYF4 phosphor”, J. Alloy.
Compd, vol. 895, pp. 162616, 2022.