Chế tạo chấm lượng vàng và nghiên cứu tính chất quang của chúng
Chế tạo chấm lượng vàng và nghiên cứu tính chất quang của chúng
Xem bên trong

Chế tạo chấm lượng vàng và nghiên cứu tính chất quang của chúng

59 tr. + Đĩa CD- ROM
Trình bày tổng quan nghiên cứu keo vàng có kích thước nanô mét trên thế giới. Đồng thời cũng nghiên cứu các phương pháp chế tạo mẫu vàng nanô mét và nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang. Qua đó tiến hành các thực nghiệm chế tạo keo vàng bằng các phương pháp quang hoá, hoá khử, khử nhiệt. Đưa ra các kết quả nghiên cứu cấu trúc và vi hình thái; tính chất quang của keo vàng
Luận văn ThS. Khoa học và Công nghệ Nanô — Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005
Electronic Resources

0.00

Tải về miễn phí bản đầy đủ PDF luận văn tại Link bản đầy đủ 1

§AÞ häc quèc gia hµ néi
tr−êng ®¹i häc c«ng nghÖ

øng ThÞ DiÖu Thuý

chÕ t¹o chÊm l−îng tö vµng vµ nghiªn cøu
tÝnh chÊt quang cña chóng

LuËn v¨n th¹c sü

Hµ Néi – 2005
øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N

§AÞ häc quèc gia hµ néi
tr−êng ®¹i häc c«ng nghÖ

øng ThÞ DiÖu Thuý

chÕ t¹o chÊm l−îng tö vµng vµ nghiªn cøu
tÝnh chÊt quang cña chóng

Ngµnh: Khoa häc vµ C«ng nghÖ Nan«
M· sè:

LuËn v¨n th¹c sü

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc
PGS.TS. NguyÔn Quang Liªm

Hµ Néi – 2005
øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N

Môc lôc

Lêi cam kÕt
Lêi c¶m ¬n
Môc lôc
Më ®Çu 1
Ch−¬ng 1 Tæng quan 4
1.1 T×nh h×nh nghiªn cøu keo vµng cã kÝch th−íc nan« mÐt trªn thÕ giíi 4
1.2 CÊu tróc cña vËt liÖu 5
1.2.1 CÊu tróc tinh thÓ vµng 5
1.2.2 CÊu tróc keo vµng 6
1.3 TÝnh chÊt vµ øng dông 8
1.3.1 TÝnh chÊt quang cña dung dÞch keo 8
1.3.2 C¸c tÝnh chÊt cña keo vµng 9
Ch−¬ng 2 C¸c ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o mÉu vµng nan« mÐt
vµ nghiªn cøu cÊu tróc, tÝnh chÊt quang
15
2.1 C¸c ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o 15
2.1.1 Ph−¬ng ph¸p quang ho¸ 15
2.1.2 Ph−¬ng ph¸p ho¸ khö 16
2.1.3 Ph−¬ng ph¸p khö nhiÖt 16
2.2 C¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu cÊu tróc vµ vi h×nh th¸i 17
2.2.1 Ph−¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X 17
2.2.2 Ph−¬ng ph¸p hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM- Scanning Electron
Microscope)
18
2.2.3 Ph−¬ng ph¸p hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn qua (Transmission
Electron Microscopy)
20
2.3 C¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu tÝnh chÊt quang cña vËt liÖu 22
Kho¸ luËn tèt nghiÖp – Chuyªn ngµnh KH & CN Nan«, §H C«ng nghÖ
2.3.1 Ph−¬ng ph¸p phæ hÊp thô 22
2.3.2 Ph−¬ng ph¸p huúnh quang 23
2.3.3 Ph−¬ng ph¸p phæ kÝch thÝch huúnh quang 25
Ch−¬ng 3 THùC nghiÖm 27
3.1 ChÕ t¹o keo vµng b»ng ph−¬ng ph¸p quang ho¸ 27
3.2 ChÕ t¹o keo vµng b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ khö 29
3.3 ChÕ t¹o keo vµng b»ng ph−¬ng ph¸p khö nhiÖt 32
Ch−¬ng 4 KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 34
4.1 C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cÊu tróc vµ vi h×nh th¸i 34
4.1.1 Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X 34
4.1.2 ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt 36
4.1.3 ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn qua 38
4.2 C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu tÝnh chÊt quang cña keo vµng 40
4.2.1 Phæ hÊp thô 40
4.2.1.1 Phæ hÊp thô cña keo vµng chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p
hãa khö
41
4.2.1.2 Phæ hÊp thô cña keo vµng chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p
quang hãa
45
4.2.2 Phæ huúnh quang 47
4.2.2.1 Phæ huúnh quang cña c¸c mÉu keo vµng ®−îc chÕ
t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ khö
47
4.2.2.2 Phæ huúnh quang cña mÉu keo vµng chÕ t¹o b»ng
ph−¬ng ph¸p khö nhiÖt
51
4.2.2.3 Phæ huúnh quang cña c¸c mÉu keo vµng ®−îc chÕ
t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p quang ho¸
52
4.2.2.4 ¶nh h−ëng cña c«ng nghÖ chÕ t¹o lªn tÝnh chÊt
quang cña c¸c h¹t nan« vµng
53
øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N
4.2.3 Phæ kÝch thÝch huúnh quang 54
KÕt luËn 55
Tµi liÖu tham kh¶o 57

Më ®Çu
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, c¸c vËt liÖu cã kÝch th−íc nano mÐt ®−îc ®Æc
biÖt chó ý chÕ t¹o, nghiªn cøu v× tÝnh chÊt vËt liÖu quý b¸u, høa hÑn nh÷ng
øng dông ®Æc biÖt. Nh÷ng nghiªn cøu vÒ c¸c vËt liÖu cã kÝch th−íc nan« mÐt
rÊt phong phó vµ ®a d¹ng: tõ nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu (b¸n dÉn, vËt liÖu tõ,
vËt liÖu quang häc,…) cho tíi nh÷ng nghiªn cøu c¬ b¶n c¸c tÝnh chÊt cÊu tróc,
tÝnh chÊt quang-®iÖn-tõ, vµ nh÷ng nghiªn cøu nh»m øng dông vËt liÖu. Nãi
chung, vËt liÖu cã kÝch th−íc nan« mÐt th−êng ®−îc xem lµ kh«ng khuyÕt tËt,
víi tØ sè diÖn tÝch bÒ mÆt trªn khèi lín. HiÖu øng giam h·m l−îng tö xuÊt hiÖn
ë vËt liÖu cã kÝch th−íc nan« mÐt lµm cho vËt liÖu cã nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt,
trë thµnh chñ ®Ò phong phó cho c¸c nghiªn cøu.
Trong sè c¸c vËt liÖu cã cÊu tróc nan«, c¸c h¹t kim lo¹i cã kÝch th−íc
nan« (nanoparticle/ nanocluster) cã tÝnh chÊt ®Æc biÖt ®−îc quan t©m, liªn
quan tíi hÖ ®iÖn tö tù do. Khi xÐt tÝnh chÊt (quang-®iÖn-tõ) cña kim lo¹i phô
thuéc vµo kÝch th−íc h¹t, cã hai giíi h¹n ®¸ng quan t©m: (1) khi kÝch th−íc
cña h¹t so s¸nh ®−îc víi qu·ng ®−êng tù do trung b×nh cña ®iÖn tö (kho¶ng
mét vµi chôc nan« mÐt), tr¹ng th¸i plasma bÒ mÆt thÓ hiÖn c¸c tÝnh chÊt ®Æc
tr−ng khi t−¬ng t¸c víi ngo¹i tr−êng (vÝ dô nh− sãng ®iÖn tõ – ¸nh s¸ng); (2)
khi kÝch th−íc h¹t so s¸nh ®−îc víi b−íc sãng Fermi (kho¶ng d−íi mét nan«
mÐt), hÖ ®iÖn tö thÓ hiÖn c¸c tr¹ng th¸i n¨ng l−îng gi¸n ®o¹n, gÇn gièng nh−
nguyªn tö. GÇn ®©y, hai lo¹i h¹t nan« kim lo¹i ®−îc quan t©m nghiªn cøu
nhiÒu lµ vµng (Au) vµ b¹c (Ag).
Vµng tõ l©u ®· ®−îc biÕt ®Õn vµ ®−îc sö dông nhiÒu nh− mét kim lo¹i
quý. Trong thêi kú Trung cæ, c¸c nhµ gi¶ kim thuËt ®· dïng vµng cho môc
®Ých d−îc phÈm ®Ó gi÷ g×n tuæi xu©n vµ søc khoÎ [9]. Vµng cã kÝch th−íc
nan« mÐt cã mét sè ®Æc tÝnh quang häc tèt, ®· ®−îc biÕt ®Õn vµ sö dông tõ l©u:
tõ thÕ kû XI, ng−êi ta ®· dïng c¸c h¹t nan« vµng vµ b¹c nh− c¸c chÊt mµu ®Ó

øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N
2
lµm kÝnh mµu trong nhµ thê. Keo vµng cã mµu s¾c phô thuéc vµo kÝch th−íc
h¹t. §iÒu nµy ®· ®−îc Mie gi¶i thÝch do sù hÊp thô vµ t¸n x¹ ¸nh s¸ng cña c¸c
h¹t cÇu nhá [20], mµ thùc chÊt lµ do hÊp thô céng h−ëng plasma bÒ mÆt [21].
GÇn ®©y, c¬ chÕ ph¸t quang cña ®¸m c¸c nguyªn tö vµng cã kÝch th−íc nan«
mÐt (nh− lµ “nguyªn tö nh©n t¹o”) ®· ®−îc nghiªn cøu, gi¶i thÝch. TÝnh chÊt
huúnh quang m¹nh cña vµng nan« mÐt ®−îc dïng cho c¸c môc ®Ých lµ chÊt
®¸nh dÊu huúnh quang [19]. C¸c tÝnh chÊt quang céng h−ëng cña c¸c h¹t keo
vµng cã kÝch th−íc nan« mÐt cßn ®−îc ¸p dông thµnh c«ng trong ph¸t triÓn
chip sinh häc vµ sensor sinh häc [22].
Vµng nan« mÐt ®· ®−îc chÕ t¹o b»ng nhiÒu ph−¬ng ph¸p. Zsigmondy lµ
ng−êi ®Çu tiªn ®−a ra ph−¬ng ph¸p tæng hîp keo vµng kÝch th−íc h¹t cã thÓ
thay ®æi b»ng c¸c t¸c nh©n khö nh−: hydro peroxide, formalin vµ phèt pho
tr¾ng [15]. N¨m 1973, Frens ®· c«ng bè bµi b¸o vÒ c¸c ph−¬ng ph¸p tæng hîp
keo vµng víi kÝch th−íc h¹t x¸c ®Þnh tr−íc [17]. Tuy nhiªn ®Ó cã thÓ øng dông
®−îc, c¸c h¹t vµng ph¶i cã kÝch th−íc tõ 2-100 nm [18]. Nh÷ng h¹t vµng cã
kÝch th−íc nhá so s¸nh ®−îc víi b−íc sãng Fermi (0,7 nm) cho hiÖu suÊt
huúnh quang cao ®Õn 20-90% trong vïng phæ hång ngo¹i ®Õn tö ngo¹i [19],
chóng rÊt cã triÓn väng øng dông trong kü thuËt ®¸nh dÊu huúnh quang. Víi
nh÷ng h¹t vµng cã kÝch th−íc kho¶ng 10-20 nm, triÓn väng øng dông l¹i n»m
ë tÝnh chÊt cña tr¹ng th¸i plasma bÒ mÆt, v× qu·ng ®−êng tù do trung b×nh cña
®iÖn tö trong hÖ nguyªn tö vµng lµ 20 nm. Trong thêi gian gÇn ®©y, ®· cã rÊt
nhiÒu nghiªn cøu tËp trung chÕ t¹o c¸c h¹t vµng trong vïng kÝch th−íc nµy vµ
khai th¸c c¸c kh¶ n¨ng øng dông chóng trong linh kiÖn th«ng tin quang (dÉn
sãng/ truyÒn qua chän läc tÇn sè), trong linh kiÖn quang tö nan« (bé biÕn ®æi
photon – plasmon – photon) vµ ®Æc biÖt lµ trong sinh/ d−îc häc (sensor sinh
häc, ®iÒu trÞ u b»ng hÊp thô céng h−ëng plasma).

Kho¸ luËn tèt nghiÖp – Chuyªn ngµnh KH & CN Nan«, §H C«ng nghÖ
3
LuËn v¨n nµy n»m trong h−íng nghiªn cøu vÒ nan« vµng. Trong kh¶
n¨ng c«ng nghÖ vµ c¸c ®iÒu kiÖn trang thiÕt bÞ ®Ó nghiªn cøu, kh¶o s¸t tÝnh
chÊt cña vËt liÖu chÕ t¹o ®−îc, luËn v¨n ®· tËp trung nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ
t¹o c¸c h¹t nan« vµng cã kÝch th−íc ~10 nm, nh»m nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt
®Æc tr−ng liªn quan ®Õn plasma bÒ mÆt. CÊu tróc cña h¹t vµng chÕ t¹o ®−îc
thùc chÊt gièng nh− mét hîp chÊt víi lâi lµ tinh thÓ vµng nan« mÐt, ®−îc bao
bäc bëi líp vá h÷u c¬ (vÝ dô víi nhãm chøc amine). Líp vá h÷u c¬ nµy cã thÓ
®−îc thay thÕ khi tan vµng nan« mÐt trong n−íc, hoÆc ®−îc thay thÕ khi g¾n
víi mét sinh chÊt cña c¬ thÓ sèng (vÝ dô nhãm thiol –SH cña protein). §iÒu
kiÖn c«ng nghÖ ®−îc kh¶o s¸t, thay ®æi ®Ó ®¹t ®−îc mÉu cã cÊu tróc tèt, kÝch
th−íc x¸c ®Þnh theo yªu cÇu. C¸c nghiªn cøu vi h×nh th¸i, cÊu tróc pha tinh
thÓ, tÝnh chÊt hÊp thô plasma bÒ mÆt, huúnh quang víi dÞch ®Ønh kh¸c nhau so
víi ®Ønh phæ hÊp thô ®−îc thùc hiÖn trªn hÖ thèng mÉu ®· chÕ t¹o trong ®iÒu
kiÖn tèi −u ho¸ mét sè th«ng sè c«ng nghÖ.
LuËn v¨n ®−îc thùc hiÖn t¹i Phßng VËt liÖu Quang ®iÖn tö, ViÖn Khoa
häc VËt liÖu thuéc ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖt Nam.

øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N
4
Ch−¬ng 1 Tæng quan
1.1 T×nh h×nh nghiªn cøu keo vµng cã kÝch th−íc nan« mÐt trªn thÕ giíi
Vµng lµ nguyªn tè thø 79 trong B¶ng tuÇn hoµn c¸c nguyªn tè, cã cÊu
h×nh ®iÖn tö Xe5d106s2, cã b¸n kÝnh nguyªn tö 1,44 A0. Ngay tõ nh÷ng buæi
®Çu cña nÒn v¨n minh, ng−êi ta ®· coi vµng nh− lµ mét biÓu t−îng cña quyÒn
lùc vµ sù giµu sang. Trong nhiÒu x· héi vµng ®−îc coi nh− mét chÊt cã ma
thuËt cã thÓ b¶o vÖ con ng−êi chèng l¹i bÖnh tËt hay ma quû. C«ng nghÖ nan«
nãi chung vµ vµng cã kÝch th−íc nan« mÐt nãi riªng trë nªn cùc kú hÊp dÉn
trong nhiÒu lÜnh vùc khoa häc do sù xuÊt hiÖn c¸c tÝnh chÊt kú l¹ cña vËt liÖu
mµ chØ cã ë c¸c hÖ cã kÝch th−íc nan« mÐt. N¨m 1996, Ahmadi vµ Belloni ®·
nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt cña c¸c h¹t nan« phô thuéc vµo kÝch th−íc vµ h×nh
d¹ng h¹t [10]. Sù tæng hîp c¸c h¹t nan« cã kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng nh− mong
muèn ®ãng vai trß rÊt quan träng trong c«ng nghÖ nan«. Tuy nhiªn, ®Ó tæng
hîp ®−îc c¸c h¹t nan« bÒn v÷ng vµ cã thÓ ®iÒu khiÓn kÝch th−íc h¹t lµ mét
c«ng viÖc kh«ng dÔ dµng [28].
Keo vµng lµ mét trong nh÷ng hÖ keo ®−îc quan t©m nghiªn cøu nhiÒu
nhÊt. Cã mét sè ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o ®Ó thu ®−îc c¸c h¹t keo cã kÝch th−íc
nh− mong muèn [30]. Zsigmondy lµ ng−êi ®Çu tiªn ®−a ra ph−¬ng ph¸p tæng
hîp keo vµng cã kÝch th−íc h¹t kh¸c nhau b»ng c¸c t¸c nh©n khö nh−: hydro
peroxide, formalin vµ phèt pho tr¾ng [15]. N¨m 1973, Frens ®· ®−a ra ph−¬ng
ph¸p khö ®Ó tæng hîp keo vµng cã kÝch th−íc h¹t x¸c ®Þnh tr−íc víi t¸c nh©n
khö lµ citrate. B»ng c¸ch thay ®æi tû lÖ citrate/ Au3+ thu ®−îc c¸c h¹t cã ®−êng
kÝnh tõ 10 ÷ 150 nm [28]. N¨m 1995, Leff ®· thay ®æi tû lÖ Au3+/ thiol (t¸c
nh©n lµm bÒn) víi thêi gian ph¶n øng kho¶ng 12 giê vµ thu ®−îc ®−îc c¸c h¹t
keo vµng cã kÝch th−íc tõ 1,5 ÷ 20 nm [22]. N¨m 2000, Goia vµ Brown ®· c¶i
tiÕn ph−¬ng ph¸p nu«i tinh thÓ mÇm trung gian cña Schmid ®Ó cã thÓ ®iÒu

Kho¸ luËn tèt nghiÖp – Chuyªn ngµnh KH & CN Nan«, §H C«ng nghÖ
5
khiÓn c«ng nghÖ vµ thu ®−îc c¸c h¹t cã kÝch th−íc 5 ÷ 80 nm [12]. Cô thÓ,
ban ®Çu dïng c¸c t¸c nh©n khö thÝch hîp ®Ó t¹o ra c¸c tinh thÓ mÇm (c¸c h¹t
rÊt nhá), sau ®ã dïng t¸c nh©n khö yÕu h¬n (nh− H2NOH, ion ascobate…) ®Ó
khö c¸c ion tiÒn chÊt (precursor) ®· hÊp thô trªn bÒ mÆt c¸c tinh thÓ mÇm.
KÝch th−íc cuèi cïng cña c¸c h¹t sÏ phô thuéc vµo kÝch th−íc tinh thÓ mÇm vµ
l−îng c¸c ion tiÒn chÊt ®· bÞ khö [21]. Nãi chung, khi dïng c¸c t¸c nh©n khö
m¹nh nh− NaBH4, phosphorus, tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium
chloride… hoÆc chiÕu x¹ th× thu ®−îc c¸c h¹t s¶n phÈm cã kÝch th−íc nhá h¬n
[27]. Ngoµi ra c¸c yÕu tè nh−: dung m«i, chÊt lµm bÒn, pH, nhiÖt ®é… còng
®ãng vai trß quyÕt ®Þnh kÝch th−íc cña c¸c h¹t.
GÇn ®©y, c¸c h¹t keo vµng ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p quang ho¸ vµ
ph−¬ng ph¸p ho¸ häc ®Æc biÖt ®−îc quan t©m bëi viÖc thùc hiÖn chóng rÊt ®¬n
gi¶n, nhanh vµ kÝch th−íc h¹t cã thÓ ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi tõ 5 ÷ 20 nm
[24]. §Çu thÕ kû XXI, nhiÒu nhãm t¸c gi¶ cña Mü, Ên §é, NhËt, Trung Quèc
®· nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt cña c¸c h¹t keo vµng trong c¸c nÒn polyme, SiO2,
TiO2… dïng cho môc ®Ých ®¸nh dÊu huúnh quang [19], t¨ng c−êng ®é t¸n x¹
Raman [11], ®¸nh dÊu sinh häc vµ sen sor sinh häc [23], hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn
qua vµ hiÓn vi ®iÖn tö quÐt [26, 27], ph©n tÝch ho¸ häc vµ xóc t¸c [31].
1.2 CÊu tróc cña vËt liÖu
1.2.1 CÊu tróc tinh thÓ vµng
Vµng kÕt tinh ë d¹ng tinh thÓ lËp ph−¬ng t©m mÆt, mçi nguyªn tö vµng
liªn kÕt víi 12 nguyªn tö vµng xung quanh (h×nh 1.1). Vµng lµ kim lo¹i nÆng,
mÒm, cã ¸nh kim vµ cã mµu vµng chãi, mµu vµng lµ kh«ng b×nh th−êng ®èi
víi kim lo¹i, ®iÒu ®ã nãi lªn cÊu t¹o ®Æc biÖt cña hÖ ®iÖn tö. Cã lÏ trong kim
lo¹i vµng tån t¹i ®ång thêi c¶ hai cÊu h×nh ®iÖn tö Xe5d106s1 vµ Xe5d96s2,
chóng cã n¨ng l−îng rÊt gÇn nhau, ®iÖn tö cã thÓ nh¶y dÔ dµng tõ quü ®¹o nµy

øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N
6
sang quü ®¹o kh¸c lµm cho hÖ ®iÖn tö trong kim lo¹i vµng trë nªn linh ®éng.
§©y lµ nguyªn nh©n cña “sù b«i tr¬n tèt ®iÖn tö” g©y ra tÝnh dÎo dai ®Æc biÖt
cña vµng [4]. C¸c h»ng sè vËt lý cña kim lo¹i vµng ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng
1.1.
B¶ng 1.1: Mét sè h»ng sè vËt lý cña kim lo¹i vµng
NhiÖt ®é nãng ch¶y (0C) 1063,4
NhiÖt ®é s«i (0C) 2880
§é cøng (thang Mox¬) 2,5
§é dÉn ®iÖn (Hg=1) 40
§é dÉn nhiÖt (Hg=1) 35
ThÕ ®iÖn cùc (eV) +1,498
1.2.2 CÊu tróc keo vµng
Thùc nghiÖm ®· chøng minh c¸c h¹t keo lu«n lu«n tÝch ®iÖn [6]. Do ®ã,
h¹t keo rÊt bÒn v÷ng, chóng khã va ch¹m vµo nhau ®Ó t¹o thµnh c¸c côm h¹t
lín h¬n.
H×nh 1.1: CÊu tróc tinh thÓ vµng

Kho¸ luËn tèt nghiÖp – Chuyªn ngµnh KH & CN Nan«, §H C«ng nghÖ
7
H×nh 1.2 lµ cÊu t¹o h¹t keo vµng. Theo thuyÕt cÊu t¹o mixen cña h¹t keo,
mçi mixen hay h¹t keo vµng bao gåm:

Nh©n: ®−îc t¹o bëi sù tæ hîp cña m ph©n tö hay nguyªn tö vµng (m cã
gi¸ trÞ phô thuéc ®é ph©n t¸n vµ kÝch th−íc nguyªn tö, ph©n tö). Nh©n cã cÊu
tróc tinh thÓ vµ kh«ng tan trong m«i tr−êng ph©n t¸n. Trªn bÒ mÆt cña nh©n
hÊp phô mét sè ion ©m trong dung dÞch theo quy t¾c chän läc. C¸c ion bÞ hÊp
phô nµy lµ c¸c ion t¹o thÕ vµ quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt cña hÖ keo. Keo vµng hÊp
phô c¸c ion ©m, nªn keo vµng lµ hÖ keo ©m.
Xung quanh nh©n cã mét líp chÊt láng cña m«i tr−êng ph©n t¸n thÊm −ít
bÒ mÆt h¹t keo víi ®é dµy δ. Líp chÊt láng lu«n b¸m ch¾c víi nh©n keo khi
chuyÓn ®éng ®−îc gäi lµ líp Stern. BÒ mÆt ngoµi cña líp Stern gäi lµ bÒ mÆt
tr−ît. Trong líp Stern cã mét sè ion ®èi n»m c©n b»ng víi c¸c ion t¹o thÕ,
h×nh thµnh nªn mét líp ®iÖn tÝch kÐp nh− trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc.
Bªn ngoµi bÒ mÆt tr−ît cßn cã mét sè ion ®èi cña ion t¹o thÕ n»m trong
líp khuÕch t¸n vµ t¹o ra ®iÖn thÕ ξ (Zeta) trªn bÒ mÆt tr−ît. TÝnh chÊt bÒn
v÷ng cña c¸c h¹t keo phô thuéc vµo thÕ ξ. §èi víi mét hÖ keo x¸c ®Þnh, ®é
dµy líp khuÕch t¸n cµng lín, thÕ ®iÖn ®éng ξ cµng lín, lùc ®Èy tÜnh ®iÖn gi÷a
H×nh1.2: CÊu t¹o h¹t keo vµng

øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N
8
c¸c h¹t keo cµng lín vµ do ®ã ®é bÒn ph©n t¸n cña hÖ keo cµng lín. Cã nhiÒu
yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn thÕ ξ nh−: nång ®é cña chÊt ®iÖn ly, kÝch th−íc ion vµ
®iÖn tÝch cña ion. C¸c ion cã b¸n kÝnh thùc cµng lín (b¸n kÝnh kh«ng kÓ ®é
dµy cña líp vá solvat) th× líp ®iÖn tÝch vïng khuÕch t¸n cµng co l¹i, nghÜa lµ
®é dµy líp khuÕch t¸n gi¶m vµ do ®ã thÕ ξ gi¶m. HÖ keo cã kÝch th−íc h¹t lín
hoÆc cã nång ®é h¹t keo lín th−êng kh«ng, bÒn sÏ bÞ sa l¾ng hoÆc keo tô [5].
1.3 TÝnh chÊt vµ øng dông cña keo vµng
1.3.1 TÝnh chÊt quang cña dung dÞch keo
Khi chiÕu s¸ng mét hÖ keo, cã thÓ x¶y ra c¸c hiÖn t−îng ph¶n x¹, t¸n x¹,
khóc x¹, nhiÔu x¹ vµ huúnh quang [6]. NÕu ¸nh s¸ng ph¶n x¹ tõ c¸c h¹t cã c¸c
v¹ch phæ cïng c−êng ®é s¸ng t−¬ng ®èi nh− ¸nh s¸ng tíi th× t¸n x¹ do ph¶n x¹
nµy g©y nªn hiÖn t−îng ®ôc mê cña hÖ keo. Khi ¸nh s¸ng bÞ nhiÔu x¹ bëi c¸c
h¹t g©y ra sù t¸n x¹ theo c¸c h−íng kh¸c nhau, trong ¸nh s¸ng t¸n x¹ còng cã
c¸c ¸nh s¸ng ®¬n s¾c nh− cña tia tíi nh−ng c−êng ®é t−¬ng ®èi bÞ biÕn ®æi.
HiÖn t−îng t¸n x¹ nµy gäi lµ sù ¸nh quang [6]. Cïng víi sù nhiÔu x¹ cßn kÌm
theo c¸c hiÖu øng ¸nh s¸ng kh¸c nh− sù hÊp thô ¸nh s¸ng. Sù hÊp thô chän läc
c¸c tia ®¬n s¾c lµm cho mµu cña ¸nh s¸ng ph¶n x¹ vµ ¸nh s¸ng truyÒn qua sÏ
kh¸c nhau. NÕu c¸c h¹t keo d−íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng bÞ kÝch thÝch, chuyÓn
®Õn tr¹ng th¸i cã møc n¨ng l−îng cao h¬n, khi chuyÓn vÒ tr¹ng th¸i cò ph¸t ra
¸nh s¸ng cã b−íc sãng kh¸c nhau, gäi lµ hiÖn t−îng huúnh quang. Phæ huúnh
quang biÓu diÔn c−êng ®é huúnh quang kh¸c nhau t¹i c¸c b−íc sãng kh¸c
nhau, mang tÝnh ®Æc tr−ng cña qu¸ tr×nh huúnh quang cña vËt liÖu. Th«ng
th−êng, do sã t−¬ng t¸c cña h¹t keo víi m«i tr−êng xung quanh hoÆc t−¬ng t¸c
cña hÖ ®iÖn tö-lç trèng víi dao ®éng, nªn sÏ cã dÞch chuyÓn Stokes, lµ kho¶ng
dÞch ®Ønh phæ huúnh quang so víi ®Ønh hÊp thô. (KÕt qu¶ nµy ®−îc quan s¸t
thÊy trong c¸c keo vµng chÕ t¹o b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau).

Kho¸ luËn tèt nghiÖp – Chuyªn ngµnh KH & CN Nan«, §H C«ng nghÖ
9
1.3.2 C¸c tÝnh chÊt cña keo vµng
C¸c tÝnh chÊt cña keo vµng, chñ yÕu lµ tÝnh chÊt ®iÖn ho¸ vµ tÝnh chÊt
quang víi kh¶ n¨ng øng dông tèt trong lÜnh vùc ®¸nh dÊu sinh häc ®· thu hót
®−îc rÊt nhiÒu quan t©m nghiªn cøu cña c¸c nhµ khoa häc [9]. Keo vµng cã
mËt ®é ®iÖn tö tù do lín, c¸c ®iÖn tö tù do nµy cã c¸c tÝnh chÊt quang ®Æc biÖt
®−îc øng dông réng r·i trong kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö vµ ®¸nh dÊu huúnh quang.
KÝch th−íc h¹t, sù t−¬ng t¸c vµ h»ng sè ®iÖn m«i cña m«i tr−êng quyÕt ®Þnh
c¸c ®Æc tÝnh quang cña h¹t keo.
Keo vµng cã mµu s¾c phô thuéc vµo kÝch th−íc h¹t. §iÒu nµy ®· ®−îc
Mie gi¶i thÝch do sù hÊp thô vµ t¸n x¹ ¸nh s¸ng [20]. C¸c tÝnh chÊt quang cña
c¸c h¹t nan« kim lo¹i cã b¸n kÝnh R nhá h¬n b−íc sãng ¸nh s¸ng λ (2R/λ
<<1) cã thÓ ®−îc ®¸nh gi¸ víi c¸c gi¶ thiÕt r»ng h¹t n»m trong tr−êng ®iÖn tõ tÜnh cña ¸nh s¸ng (hÖ qu¶ trùc tiÕp cña kÝch th−íc h¹t rÊt nhá so víi b−íc sãng) vµ tÝnh chÊt ®iÖn m«i cña c¸c ®iÖn tö tù do trong h¹t nan« mÐt th× thay ®æi. Khi ®ã, c¸c tÝnh chÊt quang cña c¸c ®¸m kim lo¹i ®−îc miªu t¶ trong ph−¬ng tr×nh Maxwell-Garnett [30]. §é ph©n cùc α cña c¸c h¹t cÇu nhá trong tr−êng tÜnh ®iÖn lµ : m m m R εε εε επεα 2 4 30 + − = (1) trong ®ã: ε0 lµ h»ng sè ®iÖn m«i trong ch©n kh«ng, εm lµ h»ng sè ®iÖn m«i cña m«i tr−êng chøa c¸c h¹t nan«, vµ ε lµ h»ng sè ®iÖn m«i cña c¸c h¹t (®−îc gi¶ thiÕt lµ gièng h»ng sè ®iÖn m«i trong khèi kim lo¹i). Víi kim lo¹i, h»ng sè ®iÖn m«i lµ mét sè phøc liªn hÖ víi chØ sè khóc x¹ n vµ hÖ sè hÊp thô k nh− sau: ( ) ( ) ( )221 ikni +=+= ωεωεε (2) øng ThÞ DiÖu Thuý – K10N 10 trong ®ã: ε1 vµ ε2 lµ c¸c hµm ®iÖn m«i cña tÇn sè cña ®iÖn tr−êng ngoµi. KÕt qu¶ trùc tiÕp cña ph−¬ng tr×nh (1) vµ (2) lµ ®é ph©n cùc cña h¹t nan« kim lo¹i sÏ lín nhÊt khi sè h¹ng (ε + 2εm) nhá nhÊt, ®ã lµ khi (ε1 +2εm)2+ ε22 nhá nhÊt. Trong phÐp ®o vïng tö ngo¹i vµ kh¶ kiÕn hÖ sè t¾t γ liªn hÖ víi k lµ γ = 4πk/λ. Víi ( )( ) 221 232 3 2 3/42/9 εεε ε πε ++ = m m RNk (3) Trong ®ã N lµ mËt ®é cña c¸c h¹t nan«. Sè h¹ng trong dÊu ngoÆc ®¬n miªu t¶ hÖ sè lÊp ®Çy f = (N4/3πR3). Víi ®é ph©n t¸n lo·ng, ph−¬ng tr×nh (3) m« t¶ sù hÊp thô cña c¸c h¹t nan« kh«ng t−¬ng t¸c. Tuy nhiªn, khi hÖ sè lÊp ®Çy lµ lín, mçi h¹t sÏ chÞu mét tr−êng ph©n cùc trung b×nh g©y ra do c¸c h¹t xung quanh. §iÒu kiÖn ®ã gióp Ých trong viÖc tÝnh h»ng sè ®iÖn m«i hiÖu dông. ( ) ( ) Λ− Λ+ = − − = f f N N m m m meff 1 21 3/1 3/21 0 0 ε εεα εεα εε (4) víi Vmm m εε α εε εε 032 = + − =Λ Ph−¬ng tr×nh (4) ®−îc biÕt nh− lµ c«ng thøc Maxwell-Garnett. Mét kÕt qu¶ trùc tiÕp cña phÐp tÝnh gÇn ®óng lµ c¸c ®Æc tÝnh quang kh«ng phô thuéc vµo kÝch th−íc h¹t. PhÇn ¶o cña chØ sè khóc x¹ lµ: ( )2 2,2 1,5.0 effeffeffk εεε ++−= (5)

Tác giả

Ứng Thị Diệu Thuý

Nhà xuất bản

ĐHCN

Năm xuất bản

2005

Người hướng dẫn

Nguyễn Quang Liêm

Định danh

V_L0_00584

Kiểu

text

Định dạng

text/pdf

Chủ đề

Chấm lượng tử vàng,Công nghệ nanô,Nanô Vàng,Tính chất quang

Nhà xuất bản

Khoa vật lý kỹ thuật và công nghệ nano,

Trường đại học Công nghệ

Các đánh giá

Hiện chưa có đánh giá cho sản phẩm.

Hãy là người đầu tiên đánh giá “Chế tạo chấm lượng vàng và nghiên cứu tính chất quang của chúng”

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *