Trong suốt 10-15 năm gần đây, công nghệ nano được xem là một trong những môn khoa học hàng đầu trong cả nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu công nghệ cao và được phát triển trên toàn cầu. Thành tựu khoa học của các công trình nghiên cứu vật liệu nano đang trở nên có ý nghĩa hơn bao giờ hết. Công nghệ nano đang phát triển với một tốc độ bùng nổ và hứa hẹn đem lại nhiều thành tựu kỳ diệu cho loài người.
Đối tượng của công nghệ nano là những vật liệu có kích cỡ nanomét
(10-9m). Với kích thước nhỏ như vậy vật liệu nano có những tính chất vô cùng độc đáo mà những vật liệu có kích thước lớn hơn không thể có đuợc như độ bền cơ học, hoạt tính xúc tác cao, tính siêu thuận từ, các tính chất điện quang nổi trội.Mục tiêu ban đầu của việc nghiên cứu vật liệu nano để ứng dụng trong cụng nghệ sinh học, chẳng hạn như các tác nhân phản ứng sinh học và hiện ảnh các tế bào. Ứng dụng trong vật lý, các chấm lượng tử được hướng tới để sản xuất các linh kiện điện tử như các diode phát quang (LEDs), laser chấm lượng tử có hiệu suất cao hơn và dòng ngưỡng thấp. Trong viễn thông, chấm lượng tử được dùng trong các linh kiện để khuếch đại quang và dẫn sóng. Khống chế và điều khiển tập hợp các chấm lượng tử là một mục tiêu lớn để dùng các vật liệu này cho máy tính lượng tử.
Chính những tính chất ưu việt này đã mở ra cho các vật liệu nano những ứng dụng vô cùng to lớn đối với nhiều lĩnh vực từ công nghệ điện tử, viễn thông, năng luợng đến các vấn đề về sức khỏe, y tế, môi trường; từ công nghệ thám hiểm vũ trụ đến các vật liệu đơn giản nhất trong đời sống hàng ngày. Với phạm vi ứng dụng to lớn như vậy, công nghệ nano đã được các nhà khoa học dự đoán sẽ làm thay đổi cơ bản thế giới trong thế kỷ XXI. Nghiên cứu cơ bản tính chất quang học là một trong những chuyên ngành quan trọng của quang phổ học của Vật lý chất rắn. Vì vậy các hợp chất bán dẫn thuộc nhóm AIIBVI với các tính chất quang phong phú đã và đang là đối tượng được nhiều nhà bác học quan tâm nghiên cứu. Việc nghiên cứu các tính chất của các hợp chất bán dẫn có vai trò quan trọng cả về lí thuyết và ứng dụng: Như nếu có độ rộng vùng cấm lớn cho phép ta mở rộng giới hạn ứng dụng vật liệu bán dẫn vào các linh kiện điện tử trong miền ánh sáng nhìn thấy và cực tím gần. Một trong các hợp chất bán dẫn đó là Kẽm sunfua ( ZnS ) .
ZnS là chất bán dẫn có vùng cấm thẳng, độ rộng vùng cấm lớn nhất trong các hợp chất bán dẫn AIIBVI ( Eg 3,68eV ở nhiệt độ phòng ) có độ bền nhiệt độ cao Với vùng cấm thẳng, đồng thời chuyển mức phát quang gây bởi các tâm sâu có xác xuất lớn nên ZnS có hiệu suất lượng tử phát quang lớn. Nó là hợp chất có vùng cấm thẳng, độ rộng vùng cấm lớn nhất trong các hợp chất AII BVI, có nhiệt độ nóng chảy cao (2103K). Vì vậy mà ZnS đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống. Chẳng hạn có thể ứng dụng trong các linh kiện quang điện tử như cửa sổ hồng ngoại, laser phát quang, màn hình hiển thị .
Mặc khác ta có thể điều khiển độ rộng vùng cấm cũng như mong muốn thu được dải phát xạ khác trong vùng ánh sáng nhìn thấy của tinh thể ZnS. Các hạt nano có thể được pha thêm các kim loại chuyển tiếp và các kim loại đất hiếm như: Ni2+, Mn2+, Cu2+ hoặc Eu3+ ; thay đổi nồng độ pha tạp, thay đổi điều kiện chế tạo mẫu nhằm cải thiện tính chất quang của chúng.
Do đó ZnS có rất nhiều ứng dụng rộng rãi trong khoa học kĩ thuật: Bột huỳnh quang ZnS được sử dụng trong các tụ điện huỳnh quang, các màn Rơnghen, màn của các ống phóng điện tử. Người ta chế tạo được nhiều loại photodiot trên cơ sở lớp chuyển tiếp p – n của ZnS, suất quang điện động của lớp chuyển tiếp p – n trên tinh thể ZnS thường đạt tới 2,5V. Điều này cho phép hy vọng có những bước phát triển trong công nghệ chế tạo thiết bị ghi đọc quang học laser chẳng hạn như làm tăng mật độ ghi thông tin trên đĩa, tăng tốc độ làm việc của các máy in laser, đĩa compact, tạo khả năng sử dụng bảng màu trộn từ 3 laser phát màu cơ bản.
Ngoài ra, hợp chất ZnS pha với các kim loại chuyển tiếp (Ni2+, Cu2+,Mn2+, Pb2+, )được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực điện phát quang, chẳng hạn như trong các dụng cụ phát xạ electron làm việc ở dải tần rộng. Với việc pha thêm tạp chất và thay đổi nồng độ tạp chất, có thể điều khiển được độ rộng vùng cấm làm cho các ứng dụng của ZnS càng trở nên phong phú.
Hiện nay ZnS càng thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu do những tính chất đặc biệt của nó khi các hạt có kích thước nanô. Những tính chất này được gây ra bởi hiệu ứng lượng tử hóa vì kích thước các hạt bị thu nhỏ. Các nghiên cứu cũng đã chỉ ở điều kiện nồng độ tạp chất tối ưu, tác động của các điều kiện tổng hợp trong khi chế tạo ( chế độ nung ủ trong không khí hay trong khí Ar ) và của các chất phụ gia polyme đưa vào đã ảnh hưởng tới hiệu suất lượng phát quang của tinh thể ZnS:Ni2+.
Tuy nhiên các kết quả đưa ra chưa có sự thống nhất về điều kiện nồng độ tạp chất ( về nồng độ Ni2+ tối ưu và cách giải thích về sự ảnh hưởng của một hay nhiều thông số trong điều kiện chế tạo, ảnh hưởng của các chất phụ gia đưa vào ).
Từ những lý do trên đây và trên cơ sở trang thiết bị sẵn có của Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là:
"Nghiên cứu chế tạo và một số tính chất quang của vật liệu nano bột và màng ZnS:Ni”
