TỔNG HỢP VẬT LIỆU xSnO2-(100-x)SiO2 PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM Er3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN QUỐC DŨNG TỔNG HỢP VẬT LIỆU xSnO2-(100-x)SiO2 PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM Er3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL Chuyên ngành: VẬT LÍ VÔ TUYẾN VÀ ĐIỆN TỬ ( HƯỚNG ỨNG DỤNG ) Mã số : 60 44 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS LÊ VĂN HIẾU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2012 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Văn Hiếu, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp cho hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa vật lí ứng dụng trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, hết lòng giảng dạy truyền đạt kiến thức giúp đỡ suốt trình thực đề tài Đồng thời cảm ơn Th.S Bùi Thanh Sĩ, người hỗ trợ giúp đỡ thực hoàn thành tốt đề tài Cuối cùng, xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người ủng hộ động viên suốt trình học tập thực luận văn này, tạo động lực giúp hoàn thành tốt luận văn Tác giả Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 11 PHẦN I: TỔNG QUAN 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL 13 1.1 Giới thiệu phương pháp Sol – Gel 13 1.2 Qui trình tổng hợp phản ứng phương pháp Sol – Gel 15 1.2.1 Qui trình tổng hợp 15 1.2.2 Các phản ứng phương pháp Sol – Gel 16 1.3 Phương pháp sol-gel để chế tạo thuỷ tinh khối SiO2 pha tạp đất nồng độ cao, không bị rạn nứt 19 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân – ngưng tụ 24 1.4.1 Ảnh hưởng chất xúc tác (độ pH) 24 1.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ mol H2O/precursor ( tỉ lệ R ) 26 1.4.3 Ảnh hưởng dung môi 27 1.4.4 Ảnh hưởng trình định hình (quá trình ủ) 29 1.4.5 Ảnh hưởng trình sấy 30 1.4.6 Ảnh hưởng trình nung nhiệt (thiêu kết khối) 32 Trang Luận văn thạc sĩ 1.5 Ưu khuyết điểm phương pháp Sol – Gel 33 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU SiO2 , SnO2 VÀ ION ĐẤT HIẾM Er3+ 34 2.1 Giới thiệu vật liệu SiO2 34 2.1.1 Tính chất vật lý SiO2 34 2.1.2 Cấu trúc tinh thể SiO2 35 2.2 Giới thiệu vật liệu SnO2 38 2.2.1 Tính chất vật lý SnO2 39 2.2.2 Cấu trúc SnO2 39 2.3 Giới thiệu nguyên tố Erbium (Er) ion Er3+ 41 2.3.1 Tính chất vật lý Erbium 42 2.3.2 Giãn đồ phân bố lượng ion Er3+ 43 2.3.3 Một số đặc tính quang phổ ion Er3+ -doped vật liệu SnO2 chế tạo phương pháp Sol-Gel 45 2.3.4 Một số đặc tính quang phổ ion Er3+ doped vật liệu xSnO2-(100-x)SiO2 chế tạo phương pháp Sol-Gel 48 2.3.5 Ứng dụng Erbium (ion Er3+) 51 PHẦN II: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 52 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM: XÂY DỰNG QUY TRÌNH TỔNG HỢP VẬT LIỆU 10SnO2-90SiO2: xEr3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL 52 3.1 Quy trình tổng hợp vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ phương pháp Sol-Gel 52 Trang Luận văn thạc sĩ 3.2 Quá trình sấy nung nhiệt 55 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN: KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 10SnO2-90SiO2: xEr3+ CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL 58 4.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 58 4.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 59 4.1.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Er3+ 63 4.2 Phổ hấp thụ UV – Vis 65 4.3 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 68 4.4 Phổ Raman theo nhiệt độ 72 4.5 Phổ phát quang (PL) 75 4.5.1 Phổ phát quang (PL) vùng xạ khả kiến theo nhiệt độ theo nồng độ pha tạp Er3+ 75 4.5.2 Phổ phát quang (PL) vùng xạ hồng ngoại theo nồng độ pha tạp Er3+ 78 KẾT LUẬN 80 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 Trang Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Eg: Năng lượng vùng cấm Ec: Năng lượng vùng dẫn Ev: Năng lượng vùng hóa trị h: Hằng số Planck   (1/ me*  1/ mh* ) 1 : Khối lượng hiệu dụng rút gọn me* , mh* : Khối lượng hiệu dụng điện tử lỗ trống m0 : khối lượng tĩnh điện tử tự 0   C2    : Hằng số điện 4 9.10 9  m N   : số điện môi vật liệu XRD: Nhiễu xạ tia X D: kích thước hạt (Ao) =(2): FWHM bán độ rộng đỉnh nhiễu xạ (rad)  : bước sóng CuK=1.5406 A0 dùng đo phổ nhiễu xạ tia X  : góc nhiễu xạ (độ) Trang Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Tên gọi công thức số nhóm Alkoxide thường gặp 13 Bảng 1.2: Tên gọi công thức số nhóm muối vô kim loại thường gặp 14 Bảng 1.3: Tên gọi công thức số nhóm muối vô kim loại đất thường gặp 14 Bảng 2.1: Các thông số vật lý vật liệu SiO2 34 Bảng 2.2: Các thông số vật lý vật liệu SnO2 39 Bảng 2.3: Các thông số vật lý Erbium 42 Bảng 2.4: Giá trị trung bình bước sóng phổ hấp thụ vật liệu Er3+ doped vật liệu SnO2 nhiệt độ 300K 46 Bảng 2.5: Giá trị trung bình bước sóng phát xạ ion Er3+ -doped vật liệu SnO2 phương pháp Sol-Gel 48 Bảng 4.1: Kích thước hạt SnO2:Er3+ vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ nhiệt độ 120oC, 400oC, 600oC, 800oC 1000oC 61 Bảng 4.2: Kích thước hạt SnO2:Er3+ vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ với x = 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 1.0% mol nhiệt độ 1000oC 64 Bảng 4.3: Kích thước trung bình hạt SnO2:Er3+ vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ với x = 0.2; 0.4; 0.6; 0.8 1.0% mol nhiệt độ 1000oC 68 Bảng 4.4: Kích thước trung bình hạt SnO2:Er3+ vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ đo đạt dựa vào ảnh TEM 71 Trang Luận văn thạc sĩ Bảng 4.5: Bảng tương quan dao động số sóng vật liệu 10SnO290SiO2: 0,8%Er3+ nhiệt độ 400oC, 600oC, 800oC 1000oC 73 Trang Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Qui trình tổng hợp phương pháp Sol – Gel 15 Hình 1.2: Mô hình phản ứng thủy phân 17 Hình 1.3: Mô hình trình ngưng tụ 18 Hình 1.4: Bộ khung cấu trúc Si-O-Si tạo thành sau chuỗi phản ứng 21 Hình 1.5: Cấu trúc thủy tinh bao gồm ion biến đổi mạng ion Oxi không cầu nối 23 Hình 1.6: Sự xếp ion Er3+, O2- Al3+ mạng thuỷ tinh SiO2.Al2O3 23 Hình 1.7: Mô tả ảnh hưởng pH lên tốc độ phản ứng thủy phân 25 Hình 1.8: Tốc độ hòa tan thời gian Gel hóa điều kiện pH khác 25 Hình 1.9: Ảnh hưởng tỉ số R đến thời gian Gel hóa Silica 27 Hình 1.10: Sự ngưng tụ co rút nhóm gần bề mặt mạng 29 Hình 1.11: Hai phương thức thực trình định hình từ khối Gel ướt sang Gel khô 30 Hình 1.12: Các giai đoạn xảy trình sấy 31 Hình 2.1: Cấu trúc tứ diện SiO4 35 Hình 2.2: Mô hình cấu trúc Thạch anh 36 Hình 2.3: Mô hình cấu trúc Tridymite 37 Hình 2.4: Mô hình cấu trúc Cristobalite 37 Trang Luận văn thạc sĩ Hình 2.5: Sơ đồ chuyển hóa cấu trúc SiO2 qua trình xử lí nhiệt 38 Hình 2.6: Mô hình cấu trúc tinh thể SnO2 40 Hình 2.7: Giãn đồ lượng vùng cấm tinh thể SnO2 40 Hình 2.8: Giãn đồ vùng lượng ion Er3+ dịch chuyển xạ mức 44 Hình 2.9: Phổ hấp thụ quang vật liệu SnO2: Er3+ (3% mol) 45 Hình 2.10: Phổ quang phát quang vùng khả kiến ion Er3+ -doped vật liệu SnO2 phương pháp Sol-Gel kích thích bước sóng 798 nm 47 Hình 2.11: Phổ quang phát quang vùng hồng ngoại ion Er3+ -doped vật liệu SnO2 phương pháp Sol-Gel 47 Hình 2.12: Phổ hấp thụ vật liệu màng 0.4SnO2-99.6SiO2: 0.5%Er3+ chế tạo phương pháp Sol-Gel với bề dày 1mm nung nhiệt độ 1050oC 49 Hình 2.13: Phổ PL vùng bước sóng 1550nm, kích thích laser có bước sóng 514nm vật liệu màng 0.4SnO2-99.6SiO2: 0.5%Er3+ chế tạo phương pháp Sol-Gel với bề dày 1mm nung nhiệt độ 1050oC 49 Hình 2.14: Phổ Raman vật liệu màng 0.4SnO2-99.6SiO2: 0.5%Er3+ chế tạo phương pháp Sol-Gel với bề dày 1mm nung nhiệt độ 1050oC 50 Hình 3.1: Quy trình tổng hợp vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ 54 Hình 3.2: Quá trình sấy vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ 55 Hình 3.3: Giản đồ nung nhiệt vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ 55 Hình 3.4: Vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ sấy nhiệt độ 120oC 56 Trang Luận văn thạc sĩ Hình 4.11: Ảnh TEM vật liệu 10SnO2-90SiO2: 1.0%Er3+ nung nhiệt độ 1000oC Bảng 4.4: Kích thước trung bình hạt SnO2:Er3+ vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ đo đạt dựa vào ảnh TEM vật liệu 10SnO290SiO2: xEr3+ Nhiệt độ nung (oC) Kích thước trung bình hạt (nm) x = 0.8% x = 0.8% x = 1.0% 800oC 1000oC 1000oC 3.5 đến 6.0 4.0 đến 7.0 5.0 đến 8.0 Nhận xét: Kết thu tương đối phù hợp với kết tính toán kích thước trung bình hạt SnO2:Er3+ vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ (với x = 0.8% 1.0% mol) nung 800oC 1000oC dựa theo phổ nhiễu xạ XRD mục 4.1 Trang 71 Luận văn thạc sĩ 4.4 Phổ Raman theo nhiệt độ Chúng tiến hành chụp phổ Raman vật liệu 10SnO2-90SiO2: 0,8%Er3+ nung nhiệt độ 400oC, 600oC, 800oC 1000oC Phổ chụp máy quang phổ Micro-Raman, sử dụng nguồn laser kích thích có bước sóng 632.81 nm, đặt PTN Công nghệ Nano, Đại học Quốc gia TP.HCM Hình 4.12: Phổ Raman vật liệu 10SnO2-90SiO2: 0,8%Er3+ nung nhiệt độ 400oC, 600oC, 800oC 1000oC Trang 72 Luận văn thạc sĩ 14 Như biết, tinh thể SnO2 thuộc nhóm D4h (P42/mnm) có cấu trúc tứ diện (pha Rutile) Vật liệu khối SnO2 có mode dao động xuất phổ Raman: 123 cm-1 (B1g) , 476 cm-1 (Eg), 638 cm-1 (A1g) 782 cm-1 (B2g) Cường độ Raman B1g yếu Các mode A2u , Eu B1u mode xuất phổ hồng ngoại Bảng 4.5: Bảng tương quan dao động số sóng vật liệu 10SnO2-90SiO2: 0,8%Er3+ nung nhiệt độ 400oC, 600oC, 800oC 1000oC Nhiệt độ o  (Si-O-Si ) D1 D2 vs Sn-O  -1 (cm ) ( C) vs  Si-O-Si  -1 (cm-1) (cm-1) A1g (cm ) -1 (cm ) vs  C-C  , vs  C-O  (cm-1) vs  Si-OH  (cm-1) 400 453 483 - - 809 - 972 600 - 486 - 626.5 796 - 975 800 - 483 596 630 783 - 975 1000 453 486.5 603 630 786 - 972 Trong mẫu nung nhiệt độ khác từ 400oC đến 1000oC không xuất mode dao động νs(C-C) νs(C-O), mà chủ yếu mode dao động đặc trưng cho cấu trúc vô định hình SiO2 nhiệt độ cao như: 453 cm-1 δ(Si-O-Si), 483 cm-1 D1, 596 cm-1 D2, 809 cm-1 νs(Si-O-Si), 972cm-1 νs(Si-OH) đặc biệt mode dao động 630cm-1 A1g(νs(Sn-O)) đặc trưng cho vật liệu nano SnO2 Khi nhiệt độ tăng, cường độ đỉnh phổ 972 cm-1 νs(Si-OH) giảm nhanh, nhiệt độ cao, gốc –OH mẫu bị bay gần hoàn toàn, kết Trang 73 Luận văn thạc sĩ phù hợp với tài liệu tham khảo số [7] Ngược lại, nhiệt độ tăng, cường độ peak 630 cm-1 A1g(νs(Sn-O)) tăng theo Theo kết tính toán kích thước hạt thay đổi theo nhiệt độ dựa vào phổ XRD (phần 4.1.1) kết luận: nhiệt độ tăng kích thước hạt SnO2 tăng, cường độ dao động A1g nano tinh thể SnO2 SiO2 tăng theo Trang 74 Luận văn thạc sĩ 4.5 Phổ phát quang (PL) 4.5.1 Phổ phát quang (PL) vùng xạ khả kiến theo nhiệt độ theo nồng độ pha tạp Er3+ Phổ phát quang (PL) vùng xạ khả kiến vật liệu 10SnO290SiO2: xEr3+ nung nhiệt độ độ pha tạp Er3+ khác tiến hành đo đạt với bước sóng kích thích 325nm, thực phòng thí nghiệm Vật Lí Ứng Dụng thuộc khoa Vật Lí, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM, địa 227 Nguyễn Văn Cừ, Q.5, Tp.HCM Hình 4.13: Phổ PL thuộc vùng khả kiến vật liệu 10SnO2-90SiO2: 0.4%Er3+ nung nhiệt độ 120oC, 400oC, 800oC 1000oC Trang 75 Luận văn thạc sĩ Hình 4.14: Phổ PL thuộc vùng khả kiến vật liệu 10SnO2-90SiO2: x%Er3+ với x = 0.2%, 0.4%, 0.8% 1.0% mol nung nhiệt độ 1000oC Nhận xét:  Kết nhận từ phổ PL thuộc vùng khả kiến (hình 4.13, 4.14) vật liệu 10SnO2-90SiO2: 0.4%Er3+ nhiệt độ khác vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ với nồng độ pha tạp khác nung nhiệt độ 1000oC cho thấy: Khi mẫu 10SnO2-90SiO2: 0.4%Er3+ chưa xử lí nhiệt (sấy 120oC) nung nhiệt độ thấp (400oC) vật liệu chủ yếu phát xạ vùng lân cận 550nm với đỉnh phổ có độ rộng tương đối lớn Nguyên nhân tượng dập tắt huỳnh quang gây gốc OH- tồn nhiều vật liệu nhiệt độ xử lí mẫu thấp Với nhiệt độ xử lí cao (800oC 1000oC), có xuất số đỉnh phổ tương đối rõ loại vật liệu trên: Trang 76 Luận văn thạc sĩ + Đỉnh phổ hẹp 555.5nm với cường độ mạnh + Đỉnh 664nm có độ rộng tương đối cường độ thấp Hai xạ gây chuyển mức lượng tương ứng S3/2  4I15/2 4F9/2  4I15/2 ion Er3+, cường độ hai xạ phụ thuộc vào nhiệt độ nồng độ pha tạp Kết chứng tỏ rằng, phát xạ vật liệu chủ yếu ion Er3+ hòa tan tinh thể SnO2 (các ion Er3+ nhận lượng truyền đến từ tinh thể nano SnO2) ion Er3+ kết đám SiO2; lượng truyền trực tiếp từ sai hỏng cấu trúc mạng, truyền gián tiếp qua kết hợp lỗ trống với ion Er3+ + Ngoài có đỉnh phổ có cường độ thấp 572nm 690nm Cường độ đỉnh bước sóng 572nm gần không phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu nồng độ pha tạp ion Er3+ Bức xạ biết kết hợp mức lượng khuyết tật phạm vi vùng lượng SnO2 (không hòa tan ion Er3+) kết hợp nút khuyết O, nút Sn dư liên kết mạng SnO2 khuyết tật hình thành suốt trình tổng hợp vật liệu Đối với đỉnh phổ bước sóng 690nm, cường độ xạ chủ yếu chịu ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Er3+ nhiệt độ nung mẫu Bức xạ chuyển mức 4F9/2  4I15/2 ion Er3+ kết đám SiO2 Điều chứng tỏ, nồng độ pha tạp ion Er3+ tăng, kết đám chúng SiO2 nhiều, nghĩa có lượng nhỏ ion Er3+ pha tạp hòa tan vào tinh thể nano SnO2 4.5.2 Phổ phát quang (PL) vùng xạ hồng ngoại theo nồng độ pha tạp ion Er3+ Trang 77 Luận văn thạc sĩ Phổ phát quang (PL) vùng xạ hồng ngoại vật liệu 10SnO2-90SiO2: x%Er3+ theo nồng độ pha tạp ion Er3+ khác thực đo đạt phòng phân tích quang phổ phân tích Raman,Đại học Lille, nước Pháp, với bước sóng kích thích 351nm Hình 4.15: Phổ PL vật liệu 10SnO2-90SiO2: x%Er3+ với x = 0.2%, 0.4%, 0.8% 1.0% mol nung nhiệt độ 1000oC Đối với phổ phát quang (PL) vùng xạ hồng ngoại vật liệu 10SnO2-90SiO2: x%Er3+ (với x = 0.2%, 0.4%, 0.8% 1.0% mol) nhiệt độ 1000oC, có xuất số đỉnh phổ đặc trưng: + Đỉnh 1551nm có cường độ lớn nhất, cường độ đỉnh tăng chậm theo nồng độ pha tạp ion Er3+ Trang 78 Luận văn thạc sĩ + Các đỉnh xạ 1522.5nm, 1533nm 1571.5nm có cường độ thấp hơn, cường độ đỉnh tăng chậm theo nồng độ pha tạp ion Er3+ Các xạ gây chuyển mức lượng tương ứng S3/2  4I9/2 4I13/2  4I15/2 ion Er3+ Kết chứng tỏ rằng, có phần nhỏ ion Er3+ lượng pha tạp hòa tan vào tinh thể nano SnO2, lại hầu hết chúng bị kết đám SiO2, kết đám xảy mạnh nhiệt độ nung mẫu tăng Điều phù hợp vật liệu tổng hợp phương pháp Sol-Gel Trang 79 Luận văn thạc sĩ KẾT LUẬN Trong luận văn này, tổng hợp thành công vật liệu dạng khối 10SnO2-90SiO2: xEr3+ chế tạo phương pháp Sol-Gel với nồng độ pha tạp ion Er3+ khác (từ 0.2 đến 1.0% mol), vật liệu đóng vài trò quan trọng lĩnh vực chế tạo vật liệu photonic nhận số kết sau: Xây dựng qui trình chế tạo vật liệu dạng khối 10SnO2-90SiO2: xEr3+ phương pháp Sol-Gel với nồng độ pha tạp ion Er3+ khác (từ 0.2 đến 1.0% mol) bảo đảm tính suốt Thiết lập qui trình xử lí nhiệt độ mẫu: qui trình ủ mẫu, sấy mẫu nung mẫu từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ 1000oC với tốc độ gia nhiệt 1oC/phút, từ chế tạo vật liệu dạng khối 10SnO2-90SiO2: xEr3+ với đường kính trung bình từ - 2,5cm mà không bị vỡ mẫu Trong vật liệu tổng hợp có hình thành tinh thể nano SnO2 hòa tan ion pha tạp Er3+ vào hạt tinh thể nano này, đồng thời chúng phân tán vật liệu SiO2 với kích thước trung bình từ 39nm Các ion pha tạp Er3+ hòa tan vào hạt tinh thể nano SnO2 hấp thụ phát xạ lượng (được truyền đến từ tinh thể nano SnO2) cách có hiệu xạ phát quang chúng vùng hồng ngoại có xuất đỉnh phổ vùng lân cận 1550nm, đáp ứng yêu cầu ứng dụng đề tài việc chể tạo vật liệu photonic xử dụng bước sóng hồng ngoại 1550nm Trang 80 Luận văn thạc sĩ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tiếp tục nghiên cứu để xây dựng hoàn thiện qui trình tổng hợp vật liệu dạng khối xSnO2-(100-x)SiO2: Er3+ phương pháp Sol-Gel với nồng độ pha tạp ion Er3+ khác nung nhiệt độ cao mà không bị nứt gãy Chế tạo vật liệu xSnO2-(100-x)SiO2: Er3+ phương pháp Sol-Gel với nhiều nồng độ pha tạp SnO2 ion Er3+ khác nhau, để từ tổng hợp vật liệu với nồng độ pha tạp tối ưu mặt ứng dụng kinh tế.v.v… Xây dựng qui trình tổng hợp vật liệu xSnO2-(100-x)SiO2 pha tạp loại ion đất khác như: Nd3+, Eu3+, Yb3+ phương pháp Sol-Gel để ứng dụng lĩnh vực quang điện tử như: làm cửa sổ quang học, môi trường hoạt tính Laser (laser hồng ngoại), thiết bị khuyếch đại truyền dẫn sóng quang, cửa sổ quang học, Trang 81 Luận văn thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Lâm Quang Vinh, ‘‘Chế tạo nghiên cứu tính chất tính chất quang màng mỏng TiO2 pha tạp nano bán dẫn CdS ứng dụng photonic’’, Đề tài cấp [2] Lê Vũ Tuấn Hùng (2007),“ Luận án Tiến sỹ ’’ , trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TP.HCM [3] N.T Thành, V.X.Quang, N.Q Liêm, V.P Tuyến, M.Nogami, N.A.Bang, ‘‘ Sự hình thành ion Sm3+ vật liệu thủy tinh Sol gel Al2O3.SiO2:Sm3+ trình chiếu tia X’’, Hội nghị quang học quang phổ toàn quốc lần thứ V, Nha Trang, 10-14/10/2008 [4] Nguyễn Đức Nghĩa (2007), “Hóa học nano – Công nghệ vật liệu’’, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam [5] Phan Văn Tường (1998), “Vật liệu vô cơ’’, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội [6] Bùi Thanh Sĩ (2011),“ Luận án Thạc sĩ ’’ , trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TP.HCM TIẾNG ANH [7] N Chiodini et al 311 (2002), “Journal of Non-Crystalline Solids”, pp 217222 [8] BOUZIDI et al 2, (2008), “Er3+-doped sol–gel SnO2 for optical laser and amplifier applications”, [9] B.R Judd, Phys Rev 127, 750 (1962) [10] G.S Ofelt, J Chem Phys 37, 511 (1962) Trang 82 Luận văn thạc sĩ [11] Imhof, A.; Megens, M.; Engelberts, J J.; de Lang, D T N.; Sprik, R.; Vos, W L J Phys Chem B (1999), 103, 1408 [12] Slooff, L H.; de Dood, M J A.; van Blaaderen, A.; Polman, A.Appl Phys Lett 2000, 76, 682 [13] Moran, C E.; Hale, G D.; Halas, N J Langmuir 2001, 17, 8376 [14] De, G.; Karmakar, B.; Ganguli, D J Mater Chem 2000, 10, 2289 [15] Karmakar, B.; De, G.; Kundu, D.; Ganguli, D J Non-Cryst Sol.1991, 135, 29 [16] Arriagada, F J.; Osseoasare, K In Colloid Chemistry of Silica; American Chemical Society: Washington, DC, 1994; Vol 234, p 113 [17] Van Blaaderen, A.; Velikov, K P.; Hoogenboom, J P.; Vossen, D L J.; Yethiraj, A.; Dullens, R.; van Dillen, T.; Polman, A In Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Photonic Crystals and Light Localization, Kluwer, Dordrecht: The Netherlands, 2001; p 239 [18] Van Blaaderen, A.; van Geest, J.; Vrij, A J Colloid Interface Sci 1992, 154, 481 [19] W.T Carnall, P.R Fields, R Rajnak, J Chem Phys 49, 4424 (1968) [20] K Driesen, C Görller-Walrand, K Binnemans, Mater Sci Eng C 18, 255 (2001) [21] R.R Jacobs, M.J.Weber, IEEE J Quantum Electron QE-12, 102 (1976) [22] H Lin, K Liu, E.Y.B Pun, T.C Ma, X Peng, Q.D An, J.Y Yu, S.B Jiang, Chem Phys Lett 398, 146 (2004) [23] G.A Kumar, E De la Rosa, H Desirena, Opt Commun 260, 601 (2006) [24] H Lin, S Jiang, J Wu, F Song, N Peyghambarian, E Pun, J Phys D Appl Phys 36, 812 (2003) [25] M.J Weber, Phys Rev 157, 262 (1967) Trang 83 Luận văn thạc sĩ [26] H Elhouichet, S Daboussi, H Ajlani, A Najar, A Moadhen, M Oueslati,I.M Tiginyanu, S Langa, H Föll, J Luminesc 113, 329 (2005) [27] S Dabboussi, H Elhouichet, H Ajlani, A Moadhen, M Oueslati, [28] J.A Roger, J Luminesc 121, 507 (2006) [29] A.A Kaminskii, Laser Crystals, Their Physics and Properties (Springer,Berlin, 1981) [30] N Jaba, A Kanoun, H Mejri, A Selmi, S Alaya, H Maaref, J Phys.: Condens Matter 12, 4523 (2000) [31] A.M Tkachuk, S.E Ivanovab, M.-F Joubertc, Y Guyotc, L.I Isaenkod,V.P Gapontseve, J Luminesc 125, 271 (2007) [32] N Chiodini, A Paleari, D Di Martino, G Spinolo, Appl Phys Lett 81 (2002) 1702 [33] N Chiodini, F Morazzoni, A Paleari, R Scotti and G Spinolo, “Sol±gel synthesis of monolithic tin-doped silica glass, jounal of material chemistry’’, Received 2nd June 1999, Accepted 3rd August 1999 [34] P.W.Atkins, “Physical Chemistry 3rd Edn’’, Oxford University Press: Oxford, 1986 [35] R.S Katiyar, P Dawson, M.M Hargreave, G.R Wilkinson, J Phys C (1971) 2421 [36] Raul diaz Delgado (2002), “Tin oxide gas sensors: An electrochemical approach’’, Ph D Thesis, University of Barcelona [37] S.H Luo, Q Wan, W.L Liu, M Zhang, Z.T Song, C.L Lin, Paul K Chu, “Photoluminescence properties of SnO2 nanowhiskers grown by thermal evaporation’’, Progress in Solid State Chemistry 33 (2005) 287 – 292 [38] T Trindade, P O’Brien, N.L Pickett, Chem Mat., 2001, 13, 3843-3858 [39] Te-Yu Wei a, Cheng-Yu Kuo a, Yung-Jung Hsu a, Shih-Yuan Lu a, YuCheng Chang b, “Tin oxide nanocrystals embedded in silica aerogel: Trang 84 Luận văn thạc sĩ Photoluminescence and photocatalysis’’, Microporous and Mesoporous Materials (2007) [40] Thiago C Canevari a, Jacqueline Arguello a, Maria S.P Francisco b, Yoshitaka Gushikem, “Cobalt phthalocyanine prepared in situ on a sol–gel derived SiO2-SnO2 mixed oxide Application in electrocatalytic oxidation of oxalic acid’’, Journal of Electroanalytical Chemistry, Journal of Electroanalytical Chemistry 609 (2007) 61–67 [41] Tomokatsu Hayakawa, Masayuki Nogami, “High luminescence quantum efficiency of Eu3+-doped SnO2–SiO2 glasses due to excitation energy transfer from nano-sized SnO2 crystals’’, Science and Technology of Advanced Materials (2005) 66–70 [42] Tomokatsu Hayakawa, Takehiro Enomoto, and Masayuki Nogami, “Nanocrystalline SnO2 particles and twofold-coordinated Sn defect centers in sol-gel-derived SnO2–SiO2 glasses’’, Department of Materials Science and Engineering, Nagoya Institute of Technology, Gokiso, Showa, Nagoya, Aichi 466-8555, Japan, Received October 2001; accepted March 2002 [43] V.T Agekyan, Phys Status Solidi A 43 (1977) 11 [44] Virginia Semiconductor, “The General Properties of Si, Ge, SiGe, SiO2 and Si3N4’’, Virginia Semiconductor, (2002).Z.C Liu, H.R Chen, W.M Huang, J.L Gu, W.B Bu, Z.L Hua, J.L Shi, “Synthesis of a new SnO2/mesoporous silica composite with room-temperature photoluminescence’’, Microporous and Mesoporous Materials 89 (2006) 270–275 [45] http://vi.wikipedia.org/wiki/Tetraethoxysilane [46] http://vi.wikipedia.org/wiki/Etanol [47] http://vi.wikipedia.org/wiki/Tin(II)chloride [48] http://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt_clohi%C4%91ric Trang 85 [...]... thước và các mode dao động của vật liệu SnO2 theo nhiệt độ và phần trăm pha tạp SnO2 trong nền SiO2 khi pha tạp Er3+  Khảo sát các tính chất quang học của vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ theo thành phần pha tạp và theo nhiệt độ Trang 12 Luận văn thạc sĩ PHẦN I TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL Giới thiệu phương pháp Sol – Gel Phương pháp Sol – Gel là một chuỗi qui trình các... vật - Có thể pha tạp một số nguyên tố vào vật liệu liệu nền với nồng độ lớn và độ phân tán - Thời gian chế tạo vật liệu dài cao mà không gây ra hiện tượng kết đám - Vật liệu có thể được kết khối ở nhiệt độ thấp Trang 33 Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU SiO2 , SnO2 VÀ ION ĐẤT HIẾM Er3+ 2.1 Giới thiệu về vật liệu SiO2 Trong các lĩnh vực thông tin liên lạc thì Oxit Silica là vật liệu. .. bách và cần thiết, nhất là đối với điều kiện phát triển khoa học vật liệu và công nghệ ở Việt Nam của chúng ta như hiện nay, chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “ Tổng hợp vật liệu xSnO2-(100-x)SiO2 pha tạp ion đất hiếm (Er3+ ) bằng phương pháp Sol - Gel ” Mục đích nghiên cứu của đề tài này nhằm mở ra triển vọng trong việc chế tạo các vật liệu có các đặc tính quang dùng làm môi trường hoạt tính trong... khuyết điểm của phương pháp Sol – Gel Khuyết điểm Ưu điểm - Tổng hợp được vật liệu ở nhiệt độ thấp - Sử dụng một số nguyên vật liệu đắt tiền - Có thể chế tạo được những vật liệu có độ - Rất khó điều khiển được độ xốp của tinh khiết cao, chịu nhiệt tốt màng - Dễ dàng tạo hình dạng và kích thước của - Dễ bị nứt, gãy trong quá trình xử lí vật liệu như tạo màng, kéo sợi, dạng bột, vật liệu khối nhiệt -... thấp Vì vậy, để làm tăng khả năng hòa tan các oxit đất hiếm, ta sử dụng thêm các oxit kim loại (Al2O3, SnO2, ZnO,…) đồng pha tạp trong nền SiO2 Khi được pha tạp vào mạng nền SiO2 – ion đất hiếm, các ion kim loại này tạo nên một lớp vỏ phía ngoài của lớp oxi, chúng kéo dãn liên kết giữa oxi và ion đất hiếm, từ đó tạo điều kiện đưa được nhiều ion đất hiếm Trang 22 Luận văn thạc sĩ vào mạng thủy tinh SiO2... là làm cho thời gian Gel hóa dung dịch dài hơn Trang 26 Luận văn thạc sĩ Hình 1.9: Ảnh hưởng của tỉ số R đến thời gian Gel hóa của Silica Tóm lại, lượng nước trong dung dịch có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hình thành nên cấu trúc và tính chất của vật liệu trong phương pháp Sol – Gel Do đó, tùy thuộc vào mục đích tổng hợp vật liệu mà chúng ta cần lựa chọn giá trị R sao cho phù hợp 1.4.3 Ảnh hưởng... thể tích, khối lượng so với ban đầu Khi đó, ta sẽ thu được sản phẩm rắn gọi là Gel khô Trong trường hợp nếu sau khi khử các loại dung môi trong Gel qua quá trình sấy và ta thu được sản phẩm ít bị co ngót và xốp thì ta gọi là Gel khí 1.2.2 Các phản ứng trong phương pháp Sol – Gel Hai loại phản ứng chính trong phương pháp Sol – Gel là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ Từ những dung dịch ban đầu gồm... loại đất hiếm: Bảng 1.3: Tên gọi và công thức của một số nhóm muối kim loại đất hiếm thường gặp Tên gọi Công thức Erbium trichloride ErCl3 Erbium trichloride hexahydrate ErCl3.6H2O Europium trichloride hexahydrate EuCl3.6H2O Neodymium trichloride hexahydrate NdCl3.6H2O …… …… Trang 14 Luận văn thạc sĩ 1.2 Qui trình tổng hợp và các phản ứng của phương pháp Sol – Gel 1.2.1 Qui trình tổng hợp Khi sử dụng phương. .. thụ UV–Vis của vật liệu 10SnO2-90SiO2: xEr3+ với x = 0.2; 0.4; 0.8 và 1.0% mol được nung ở nhiệt độ 1000oC 67 Hình 4.9: Ảnh TEM của vật liệu 10SnO2-90SiO2: 0.8 %Er3+ được nung ở nhiệt độ 800oC 69 Trang 9 Luận văn thạc sĩ Hình 4.10: Ảnh TEM của vật liệu 10SnO2-90SiO2: 0.8 %Er3+ được nung ở nhiệt độ 1000oC 70 Hình 4.11: Ảnh TEM của vật liệu 10SnO2-90SiO2: 1.0 %Er3+ được... sẽ xuất hiện, do đó mà các ion đất hiếm còn được gọi là các ion biến đổi mạng Liên kết giữa các ion biến đổi mạng và ion Si4+ có đặc điểm liên kết yếu hơn Tuy nhiên, khi nồng độ pha tạp các ion đất hiếm tăng cao sẽ dẫn đến hiện tượng tạo đám và làm xuất hiện các hiệu ứng dập tắt huỳnh quang do nồng độ Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do khả năng hòa tan các oxit đất hiếm trong Silica thấp Vì vậy, ... lí vật liệu tạo màng, kéo sợi, dạng bột, vật liệu khối nhiệt - Hao hụt nhiều trình tạo vật - Có thể pha tạp số nguyên tố vào vật liệu liệu với nồng độ lớn độ phân tán - Thời gian chế tạo vật liệu. .. ZnO,…) đồng pha tạp SiO2 Khi pha tạp vào mạng SiO2 – ion đất hiếm, ion kim loại tạo nên lớp vỏ phía lớp oxi, chúng kéo dãn liên kết oxi ion đất hiếm, từ tạo điều kiện đưa nhiều ion đất Trang 22... bách cần thiết, điều kiện phát triển khoa học vật liệu công nghệ Việt Nam nay, thực đề tài nghiên cứu: “ Tổng hợp vật liệu xSnO2-(100-x)SiO2 pha tạp ion đất (Er3+ ) phương pháp Sol - Gel ” Mục đích