Nghiên cứu tổng hợp chất phát quang trên cơ sở ytri oxit, ytri photphat kích hoạt bởi europi, ceri và tecbi

Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Chất phát quang chất quan trọng lĩnh vực vật liệu ứng dụng rộng rãi từ nhiều năm để chế tạo thiết bị điện huỳnh quang, ống tia catốt, mã hóa sản phẩm, Với tiến vượt bậc khoa học kỹ thuật, nhà khoa học không ngừng nghiên cứu đổi công nghệ, nano hóa vật liệu chế tạo chất phát quang với đặc tính nâng cao rõ rệt khả ứng dụng Trong chất phát quang vô cơ, chất phát quang ytri oxit kích hoạt Xeri, Terbi hay Europi chất phát quang tập trung nghiên cứu nay, thu kết khả quan để sử dụng thay cho chất phát quang biết Ưu điểm chất phát quang bền nhiệt, bền hóa, có cường độ phát quang cao sử dụng cho nhiều hệ vật liệu khác Do đó, em chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp chất phát quang sở ytri oxit, ytri photphat kích hoạt Europi, Ceri Tecbi ” Các nhiệm vụ đề tài là: - Nghiên cứu tổng hợp chất phát quang ytri photphat kích hoạt Europi, Ceri Tecbi từ muối axetat theo phương pháp nung phân huỷ muối - Xác định đặc tính sản phẩm Với thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài tránh khỏi sai sót, em kính mong nhận bảo quý thầy cô đóng góp bạn đọc để đề tài hoàn thiện Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sự hấp thụ ánh sáng mầu sắc: 1.1.1 Bức xạ điện từ ánh sáng: Theo quan điểm cổ điển: Bức xạ điện từ sóng gồm hai thành phần điện trường từ trường vuông góc với vuông góc với phương truyền Ánh sáng nhiệt (hay xạ lượng), sóng rađio, sóng rađa, tia Rơntgen, tất dạng xạ điện từ Mỗi dạng đặc trưng trước tiên phạm vi đặc thù bước sóng kỹ thuật tạo Hình 1.1: Sóng điện từ Theo quan điểm lượng tử, xạ điện từ hạt lượng tử hay photon Mỗi photon mang lượng ε xác định phương trình:   h  h c (1.1)  Trong đó: h- số Plăng, có giá trị 6,63.10-34 J.s Như vậy, lượng photon tỉ lệ thuận với tần số tỉ lệ nghịch với bước sóng ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.1.2 Hấp thụ, phản xạ truyền qua: Khi chùm photon chiếu vào chất rắn, tương tác diễn ra, điều liên quan đến lý thuyết lượng tử Theo nguyên lý tán xạ xạ điện từ Huygen, photon đến gần tiếp xúc với chất rắn, vectơ điện trường từ trường photon tới cặp đôi với vectơ điện trường từ trường electron nguyên tử chất rắn Tương tác dẫn đến thành phần, cụ thể là: R - xạ phản xạ, A - xạ hấp thụ, T - xạ truyền qua, S - xạ tán xạ Cơ chế minh họa hình 1.2 sau: Hình 1.2: Cơ chế tương tác photon với chất rắn Trong trường hợp hấp thụ, lượng photon làm thay đổi lượng nguyên tử phân tử chất rắn, dẫn đến làm nóng lên vị trí hấp thụ Khi photon truyền qua chất rắn (coi chất rắn suốt chiều dài sóng photon), tương tác xảy Khi phản xạ, Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp photon chịu va chạm đàn hồi không đàn hồi với nguyên tử chất rắn Ban đầu, bước sóng không thay đổi, va chạm không đàn hồi làm thay đổi bước sóng photon Một phần lượng photon hấp thụ vị trí nguyên tử phân tử chất rắn, điều dẫn đến trạng thái “kích thích”, electron thúc đẩy vào vùng lượng cao Nếu bước sóng photon phát không bị thay đổi, photon gọi “tán xạ” phản xạ va chạm đàn hồi Các công thức áp dụng tính chất quang học chất rắn sau: - Độ hấp thụ: A = log /T = log Io /I Trong đó: (1.2) I: cường độ ánh sáng đo Io: cường độ ánh sáng ban đầu - Độ truyền qua: T=I/Io (1.3) - Cường độ: Cường độ I định nghĩa lượng đơn vị diện tích chùm photon, tức xạ điện từ Một phần cường độ ban đầu Io hấp thụ, phần khác truyền qua, phần khác tán xạ phần khác phản xạ Các thành phần, S T, trình không phụ thuộc vào bước sóng photon tới, R A chủ yếu phụ thuộc vào bước sóng Lượng lượng xác tách từ Io trình kết hợp biến phụ thuộc vào thể loại dạng xếp nguyên tử chất rắn Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Một lượng lượng tương tự hấp thụ trình tán xạ tái phát nguyên tử Còn trình hấp thụ, phần lượng thay đổi thành lượng dao động bên chất rắn tổng kết đặc tính sau: Các thông số tương tác mặt đặc tính xạ sau: S = f(L.S) f(I) (1.4) A =f (λ) f (L.S) f(I) (1.5) R =f (λ) f(θ,δ) f (I) (1.6) Trong đó: λ: bước sóng ánh sáng tới, (L.S): liên quan đến vecto điện trường electron bên nguyên tử chất rắn (tức mômen động lượng vecto spin), I cường độ (số photon chiếu vào giây), θ góc chùm ánh sáng mạng lưới nguyên tử, δ khối lượng riêng (mật độ) nguyên tử Xem xét tương tác lượng xuất photon chiếu vào chất rắn, thời gian tương tác lượng photon chiếu vào chất rắn khoảng 10-18 giây, do: Tốc độ photon v= 1010 cm/giây Khoảng cách mặt mạng tinh thể d = 10-8 cm Thời gian để photon ngang qua mạng tinh thể d/v= 10 -18 giây Trước photon truyền lượng cho chất rắn (hấp thụ photon), tồn điều kiện cộng hưởng chung thành phần xạ Sau điều kiện cộng hưởng chung R A, điều liên quan đến cảm nhận ánh sáng nhìn thấy: Sự chuyển hóa lượng photon đến chất rắn: Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp R A Truyền lượng Mẫu chất rắn cao cao trung bình chất rắn “có màu” thấp cao cao chất rắn “đen” cao thấp không chất rắn “trắng” thấp thấp không chất rắn “trong suốt” Trong trường hợp đầu tiên, phần phổ nhìn thấy hấp thụ phản xạ Trong trường hợp sau, tất phần phổ nhìn thấy hấp thụ phần phản xạ Trong trường hợp chất rắn “trắng”, tất bước sóng nhìn thấy phản xạ [15] Người ta chia xạ điên từ thành dải theo bước sóng sau: Hình 1.3: Dải xạ điện từ Phổ xạ điện từ trải rộng từ tia γ (do chất phóng xạ phát ra) có bước sóng cỡ 10-12m, qua tia Rơntghen, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại cuối sóng rađio (sóng vô tuyến điện) với bước sóng dài 105m Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Ánh sáng nhìn thấy nằm vùng hẹp phổ với bước sóng từ 0,4µm đến 0,7µm Màu sắc cảm nhận có bước sóng xác định Như vậy, phân chia chất rắn vô thành nhóm: chất hấp thụ ánh sáng (tạo màu), chất phát xạ ánh sáng (chất phát quang laze trạng thái rắn) Do đó, có chất màu (dùng cho sơn) chất phát quang (dùng cho hình tivi đèn) Trong hai trường hợp, bổ sung lượng ion kim loại chuyển tiếp vào chất rắn để điều chỉnh khả hấp thụ photon và/hoặc tính chất phát xạ photon chất rắn 1.2 Lý thuyết chất phát quang: 1.2.1 Các thuật ngữ liên quan đến chất phát quang phát xạ chất phát quang: - Sự phát quang: hấp thụ lượng, phát xạ ánh sáng - Huỳnh quang: phát quang phát xạ ánh sáng nhìn thấy - Lân quang: phát quang phát xạ ánh sáng trễ Phát quang trường hợp chung, photon có lượng cao hấp thụ photon có lượng thấp phát xạ (một trình gọi trình Stoke) Trong trường hợp này, lượng dư bị hấp thụ chất rắn xuất lượng dao động mạng tinh thể (dao động nhiệt) Lân quang bao gồm trình hấp thụ photon xảy trình tái phát xạ trễ Sự trễ hàm phụ thuộc vào dạng kim loại chuyển tiếp sử dụng, phụ thuộc vào hoạt động khuyết tật trạng thái rắn, bao gồm khoảng trống bẫy lượng khoảng thời gian Điều thường xảy chất phát quang sunfua Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Vì vậy, cần xác định thời gian tắt dần đặc trưng liên quan tới huỳnh quang lân quang Nhìn chung, nhận thấy tốc độ tắt dần hàm mũ Các dạng tắt dần chất phát quang sau: 1.2.2 Thời gian tắt dần liên quan đến trình phát quang: Khoảng thời gian tắt dần (t) Huỳnh quang 10-9 giây đến 10-3 giây Lân quang 10-3 giây đến 100,0 giây Chú ý rằng, có số vật liệu phát sáng hàng sau kích thích Đó tượng lân quang mà có mặt bẫy, nghĩa khuyết tật mạng tinh thể, đặt có chủ ý suốt trình sản xuất chúng Các chất phát quang vậy, đáng kể CaS hoạt hoá cation khác Bi3+, gọi chất phát quang “phát tự nhiên” chúng kích thích ánh sáng nhìn thấy Khi hoạt hoá, chúng phát sáng hàng Một chất phát quang định nghĩa vật liệu rắn phát xạ ánh sáng vùng nhìn thấy phổ điện từ Tuy nhiên, điều không chặt chẽ số chất phát quang phát xạ ánh sáng tử ngoại số phát xạ ánh sáng hồng ngoại Bây xem xét chế chuyển hóa lượng xảy chất phát quang kích thích 1.2.3 Các tính chất chất phát quang: 1.2.3.1 Ký hiệu: Hầu hết chất phát quang bao gồm thành phần chất cộng với chất hoạt hóa bổ sung với lượng điều chỉnh cẩn thận Bản thân chất hoạt hóa khuyết tật thay đối tượng nhiễu loạn phonon mạng lưới Vì vậy, chất chất hoạt hóa điện tích cation Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp thay cân với điện tích cation mạng lưới Nếu thực theo cách khác không chế tạo chất phát quang hiệu Chúng ta biểu diễn chất phát quang sau là: MaYOb : Nx, Trong đó: M cation YOb anion ( giả thiết có chất phát quang trội oxy) N chất hoạt hóa Cation N nằm dung dịch rắn mạng lưới chất công thức thực tế : [(l-x)(MaYOb).xNYOb] 1.2.3.2 Hiệu suất lượng tử: Xét trường hợp 100 photon chiếu tới chất phát quang, đó, số photon bị phản xạ, số truyền qua, chất phát quang kết hợp hiệu chất chất hoạt hóa hầu hết photon hấp thụ Nhưng tất photon hấp thụ chuyển đến tâm hoạt hóa, tâm trở nên hoạt hóa, tất sau phát xạ photon Một số bị khử hoạt hóa thông qua trình nghỉ ngơi Để xác định chất phát quang có hiệu suất nào, đo hiệu suất lượng tử, tức QE Hiệu suất lượng tử xác định sau: QE = số photon phát xạ/ số photon hấp thụ Nhìn chung, chất phát quang có QE=80%, lớn hơn, coi chất phát quang hiệu 1.2.4 Cơ chế phát quang: Cơ chế phát xạ chất phát quang vô thể hình 1.4 Năng lượng xạ chất phát quang nhỏ lượng kích thích, nghĩa phát sáng chất rắn chuyển dịch phía có bước sóng dài so với tia kích thích Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp (a) (b) Hình 1.4: Cơ chế phát quang a) Mạng tinh thể H, đưa thêm chất kích hoạt A vào b) Mạng tinh thể H, đưa thêm chất hoạt hóa A chất tăng nhạy S Sự phát xạ xảy trình chuyển hóa trạng thái lượng chất hoạt hóa, vùng dẫn trạng thái lượng chất hoạt hóa Điện tử bị kích thích nhiệt chuyển từ bẫy lên vùng dẫn Trạng thái lượng chất hoạt hóa trạng thái mà điện tử dễ dàng vào Nói cách khác, điện tử tái hợp trực tiếp, cách quay trở vùng dẫn Hình 1.7 thể khả tái hợp điện tử Hình 1.5: Sơ đồ mức lượng chất phát quang 10 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau 12-10 500 d=3.443 400 300 Lin (Cps) 200 d=2.141 d=2.557d=2.435 d=2.268 d=1.719 d=1.928 100 d=1.537 d=1.763 d=1.813 d=2.749 d=1.381 d=1.506 d=1.681 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Truong BK mau 19-10.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 01-074-2429 (C) - Xenotime (Y) - YPO4 - Y: 14.76 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 6.87800 - b 6.87800 - c 6.03600 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - Hình 3.12: Giản đồ XRD mẫu 12.10 Hình thái cỡ hạt Hình 3.13 kết chụp ảnh SEM mẫu 12.10 Mẫu 12.10 bao gồm hạt đồng có cỡ khoảng 70 nm Hình 3.13: Ảnh SEM mẫu 12.10 3.2.2 Tổng hợp tính chất phát quang YPO4:Tb Các phối liệu Y2O3 Tb4O7 lấy theo tỉ lệ mol Y:Tb = 1,98:0,02 tiền chất muối axetat III điều chế theo phương pháp nung phân hủy tiền chất muối axetat – photphat 40 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Giản đồ phân tích nhiệt tiền chất Sự biến đổi tiền chất theo nhiệt độ khảo sát hành đo phân tích nhiệt Mẫu đo không khí từ nhiệt độ phòng lên đến 1200 0C với tốc độ nâng nhiệt 200C/ phút Giản đồ nhiệt trọng lượng mẫu tiền chất III hình 3.14 Theo đường DTG TG chủ yếu có hiệu ứng giảm khối lượng Hiệu ứng thứ nhiệt độ khoảng 97 0C với độ giảm khối lượng khoảng 5,29% chủ yếu ứng với trình nước kết tinh Pic thu nhiệt khoảng 275 oC ứng với nước cấu trúc với độ giảm khối lượng 11 % Trong khoảng nhiệt độ 500- 1200 oC khối lượng mẫu không đổi Độ giảm khối lương tổng cộng mẫu nung 16,31% TG /% DTG /(%/min) [1] 105 0.0 -0.5 100 Mass Change: -5.29 % -1.0 95 -1.5 -2.0 Mass Change: -11.02 % 90 -2.5 85 [1] 200 Main 2012-12-05 13:05 Instrument : Project : Identity : Date/time : Laboratory : Operator : Sample : -3.5 Peak: 276.6 °C, -3.78 %/min 80 400 600 Temperature /°C -3.0 800 1000 1200 User: PTAnh NETZSCH STA 409 PC/PG File : Vien HH Mau 27 12/5/2012 11:35:44 AM Vien HH Ngo Minh Tien(0988424355) Mau 27, 7.718 mg H:\Mau 27.dsv Material : Correction file : Temp.Cal./Sens Files : Range : Sample car./TC : Mode/type of meas : DTA 20kk1300 30.8.2012.bsv Tcalzero.tcx / Senszero.exx 30/20.0(K/min)/1300 other DTA(/TG) / S DTA-TG / Sample + Correction Segments : Crucible : Atmosphere : TG corr./m range : DSC corr./m range : 1/1 DTA/TG crucible Al2O3 -/ - / Nito/20 / N2/ 820/30000 mg 020/5000 µV Hình 3.14: Giản đồ phân tích nhiệt mẫu tiền chất III Khảo sát phổ huỳnh quang Để đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ nung tới độ phát quang sản phẩm, nung mẫu tiền chất III nhiệt độ 600, 700, 800, 900 10000C 1h với tốc độ nâng nhiệt 100C/phút – kí hiệu mẫu 13.6 – 13.10 tương ứng Các kết độ phát quang sản phẩm hình 3.15 41 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Theo hình 3.15 mẫu có phổ huỳnh quang nhau, bao gồm vài nhóm vạch tương ứng với các bước chuyển 5D4→7FJ với J =3–6 electron 4f ion Tb+3 Pic phát xạ mạnh có màu xanh bước sóng λmax= 542nm ứng với bước chuyển 5D4 - 7F5, pic khác 480, 584, 615 nm tương ứng với bước chuyển 5D4 - 7F6, D4 - 7F4 5D4 - F3 Cường độ phát quang mẫu tương đối mạnh Độ phát quang mẫu tăng theo nhiệt độ nung Mẫu 13.10 nung 10000C có độ phát quang lớn Phù hợp với dặc tính tinh thể Và theo hình 3.16 chất phát quang YPO4:Tb nung 10000C 1h (mẫu 13.10) phát quang yếu nhiều so với chất phát quang Y2O3:Tb có nồng độ pha tạp (mẫu 10.10) 13.10 35000 PL 254 - Slit 4-1 30000 13.8 13.9 13.7 T2 (CPS) 25000 20000 15000 13.6 10000 5000 500 550 600 Wavelength (nm) Hình 3.15: Phổ huỳnh quang mẫu 13.6 – 13.10 42 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 200000 150000 T2 (CPS) 10.10 100000 13.10 50000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Wavelength (nm) Hình 3.16: Phổ phát quang mẫu YPO4 Y2O3 kích hoạt Tb Mẫu 13.10 – YPO4:Tb Mẫu 10.10 – Y2O3:Tb Khảo sát dạng tinh thể sản phẩm tạo thành Kết cho thấy sản phẩm tạo thành YPO4 đơn pha dạng xenotim cấu trúc tứ phương Điều chứng tỏ ion pha tạp vào mạng lưới chất Mẫu 13.10 có dạng Y1,98Tb0,02PO4 Mẫu 13.10 có cường độ pic nhiễu xạ lớn mẫu 12.10 có kích thước tinh thể tính theo phương trình Scherer lớn 43 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker – Mau 13-10 1500 1400 1300 d=3.441 1200 1100 1000 900 Lin (Cps) 800 700 d=2.561 600 d=1.764 500 d=2.144 400 d=2.434 300 d=2.265 d=1.926 d=1.819 d=1.539 d=1.680 d=2.741 200 d=1.720 d=1.427 d=1.379 d=1.50 d=1.608 100 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: mau 13.10.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 01-074-2429 (C) - Xenotime (Y) - YPO4 - Y: 57.15 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 6.87800 - b 6.87800 - c 6.03600 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - Hình 3.17: Giản đồ XRD mẫu 13.10 Hình thái cỡ hạt Hình 3.18 kết chụp ảnh SEM mẫu 13.10 Mẫu 13.10 gồm hạt sơ cấp khoảng 50 nm có có kết khôi chúng tạo thành phiến có cỡ khoảng 300nm Hình 3.18: Ảnh SEM mẫu 13.10 44 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.2.3 Tổng hợp tính chất phát quang YPO4:Ce Các phối liệu Y2O3 Ce2(SO4)3 lấy theo tỉ lệ mol Y:Ce = 1,98:0,02 tiền chất muối axetat IV điều chế theo phương pháp nung phân hủy tiền chất muối axetat – photphat Khảo sát độ phát quang Để đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ nung tới độ phát quang sản phẩm, nung mẫu tiền chất IV nhiệt độ 600, 700, 800, 900 10000C 1h với tốc độ nâng nhiệt 100C/phút – kí hiệu mẫu 14.6 – 14.10 tương ứng Các kết độ phát quang sản phẩm hình 3.19 3.20 60000 PL 372 - Slit 4-1 50000 14.6 40000 14.7 14.8 30000 14.9 20000 14.10 10000 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength (nm) Hình 3.19: Phổ huỳnh quang mẫu 14.6 – 14.10 45 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 50000 11.10 T2 (CPS) 40000 30000 20000 10000 14.10 400 450 500 550 600 650 700 Wavelength (nm) Hình 3.20: Phổ phát quang mẫu YPO4 Y2O3 kích hoạt Ce Mẫu 14.10 – YPO4:Ce Mẫu 11.10 – Y2O3:Ce Khảo sát dạng tinh thể sản phẩm tạo thành Kết cho thấy sản phẩm tạo thành YPO4 đơn pha dạng xenotim cấu trúc tứ phương Điều chứng tỏ ion pha tạp vào mạng lưới chất Mẫu 14.10 có dạng Y1,98Ce0,02PO4 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker – Mau 14.-10 2500 2400 2300 d=3.441 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 Lin (Cps) 1400 d=2.559 1300 1200 1100 d=1.764 1000 900 800 d=2.143 700 d=2.434 600 d=1.926 d=2.265 500 d=1.819 d=1.720 d=1.539 d=2.740 d=1.682 d=1.428 d=1.379 d=1.507 d=1.608 400 300 200 100 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Truong BK mau 14-10.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 16 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 01-074-2429 (C) - Xenotime (Y) - YPO4 - Y: 60.94 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 6.87800 - b 6.87800 - c 6.03600 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - Hình 3.21: Giản đồ XRD mẫu 14.10 46 70 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình thái cỡ hạt Hình 3.22 kết chụp ảnh SEM mẫu 14.10 Mẫu 14.10 gồm hạt sơ cấp khoảng 50 nm có có kết khối chúng Hình 3.22: Ảnh SEM mẫu 14.10 47 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Dựa kết thu rút số kết luận sau: - Đã tổng hợp thành công hệ phát quang dạng Y1,96 Eu0,04O3 nung phân hủy tiền chất muối axetat tương ứng nhiệt độ 1000oC thời gian 1h Mẫu thu gồm hạt có kích thước khoảng 30-50nm, phát ánh sáng màu đỏ bước sóng cực đại 611nm kích thích tia laze có bước sóng λ= 254 nm - Theo phương pháp tiền chất muối kim loại axetat - photphat, điều chế thành công chất phát quang Y1,96Eu0,04PO4 nung tiền chất thu 1h nhiệt độ 600 -1000oC Khi kích thích laze 254 nm, mẫu Y1,96Eu0,04PO4 phát ánh sáng màu đỏ bước sóng λmax= 620 nm ứng với bước chuyển 5D0 đến mức 7F2 Khi nung 1h 1000oC, mẫu Y1,96Eu0,04PO4 bao gồm hạt đồng có cỡ khoảng 70 nm - Theo phương pháp tiền chất muối kim loại axetat - photphat, điều chế thành công chất phát quang Y1,98Tb0,02PO4 nung tiền chất thu 1h nhiệt độ 600 -1000oC Khi kích thích bỡi laze 254 nm, mẫu Y1,98Tb0,02PO4 phát xạ màu xanh bước sóng λmax= 542nm ứng với bước chuyển 5D4 - 7F5 mẫuY1,96Eu0,04PO4 phát ánh sáng màu đỏ bước sóng λmax= 620 nm ứng với bước chuyển 5D0 đến mức 7F2 Phù hợp với đặc tính tinh thể mẫu Y1,98Tb0,02PO4 có cường độ phát quang cao mẫu 12.10 Sản phẩm gồm hạt sơ cấp khoảng 50 nm có có kết khối chúng tạo thành phiến có cỡ khoảng 300nm 48 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt La Văn Bình (2000), Khoa học công nghệ vật liệu, Đại học Bách Khoa, Hà Nội Hoàng Ngọc Cang, Hoàng Nhâm (1990), Hóa học vô cơ, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội Bùi Thị Vân Anh, Nghiên cứu tổng hợp chất phát quang kẽm silicat kích hoạt mangan, Luận văn Thạc sỹ khoa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội Lê Công Dưỡng (1997), Vật liệu học, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Quan Hán Khang, Trịnh Hân, Lê Nguyên Sóc (1979), Tinh thể học đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội Từ Văn Mặc (2003), Phân tích hóa lý phương pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Đào Đình Thức (1980), Cấu trúc phân tử liên kết hoá học, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội Phan Văn Tường (2005), Vật liệu vô cơ, Hà Nội Nguyễn Văn Xuyến (2004), Cấu tạo phân tử liên kết hoá học, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 10 Đặng Vũ Minh(1992), Tổng luận phân tích, tình hình nghiên cứu công nghệ ứng dụng đất 11 Phạm Văn Tình; Lưu Minh Đại Nghiên cứu chế tạo bột ytri oxit độ mịn cao cách kết tủa phức Y-xitrat với axit oxalic Tạp chí Hoá học, 2002 , Số: , Trang 60-65 49 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Tiếng Anh 12 L Eyring: Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, Chapter 27, ed K A Gschneider, Jr and L Eyring (North-Holland, 1979) p 337 13 L Eyring: The binary rare earth oxides, in K A Gschneider Jr., L Eyring (Eds.): Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, vol 14 R.C.ROPP , Luminescence and the solid state, Elsevier 15 M S Kwon , H L Park, T W Kim, Y Huh, W Choi, and J Y Lee,(2006) “Sol-gel Synthesis and Luminescence Property of Nanocrystalline Y2O3: Eu Phosphor using Metal Nitrate Precursors” 50 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Các chữ viết tắt: DSC : Phép đo nhiệt lượng quét vi sai (differential scanning calorimetry) DTA : Phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyis) RE : Đất (rare earth) SEM : Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope) TGA : Phân tích nhiệt trọng lượng (thermogravimetry analysis) 51 Trường ĐHSP Hà Nội XRD Khóa luận tốt nghiệp : Nhiễu xạ tia X (x-ray diffraction) Các ký hiệu n : Số tâm phát xạ d : Độ dài khoảng cách hai mặt phẳng song song  : Góc chùm tia X mặt phẳng phản xạ λ : Bước sóng β Độ rộng vị trí nửa pic I : Cường độ xạ D : Kích thước tinh thể trung bình với góc nhiễu xạ 2 52 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sự hấp thụ ánh sáng mầu sắc: 1.1.1 Bức xạ điện từ ánh sáng: 1.1.2 Hấp thụ, phản xạ truyền qua: 1.2 Lý thuyết chất phát quang: 1.2.1 Các thuật ngữ liên quan đến chất phát quang phát xạ chất phát quang: 1.2.2 Thời gian tắt dần liên quan đến trình phát quang: 1.2.3 Các tính chất chất phát quang: 1.2.4 Cơ chế phát quang: 1.2.5 Thành phần chất phát quang: 11 1.2.6 Ứng dụng chất phát quang: 12 1.3 Giới thiệu chất phát quang hoạt hóa nguyên tố đất 12 1.3.1 Đặc trưng quang phổ tâm phát quang loại ion đất 12 1.3.2 Ứng dụng chất phát quang dùng nguyên tố đất 15 1.4 Chất phát quang Ytri oxit hoạt hóa Eu3+ 17 1.5 Các phương pháp tổng hợp 17 1.5.1 Phương pháp nung kết từ chất rắn 17 1.5.2 Phương pháp đồng kết tủa: 18 1.5.3 Phương pháp sol- gel : 19 53 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Các thiết bị hoá chất cần thiết: 22 2.2 Điều chế hệ phát quang ytri oxit kích hoạt eropi theo phương pháp nung phân hủy hỗn hợp muối axetat 22 2.3 Điều chế hệ phát quang ytri photphat kích hoạt europi, ceri tecbi theo phương pháp nung phân hủy hỗn hợp muối 23 2.4 Các phương pháp phân tích: 25 2.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt: 25 2.4.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): 26 2.4.3 Phương pháp quét hiển vi điện tử (SEM): 28 2.4.4 Phương pháp đo phổ huỳnh quang: 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Nghiên cứu tổng hợp hệ phát quang ytri oxit kích hoạt europi theo phương pháp nung phân hủy muối axetat 30 3.1.1 Khảo sát biến đổi tiền chất hỗn hợp muối theo nhiệt độ phương pháp phân tích nhiệt (DTA): 30 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung 31 3.1.3 Độ phát quang sản phẩm 35 3.1.4 Xác định hình thái cỡ hạt 37 3.2 Nghiên cứu tổng hợp hệ phát quang ytri photphat kích hoạt europi, ceri tecbi theo phương pháp nung phân hủy muối axetat 38 3.2.1 Tổng hợp tính chất phát quang YPO4:Eu 38 3.2.2 Tổng hợp tính chất phát quang YPO4:Tb 40 3.2.3 Tổng hợp tính chất phát quang YPO4:Ce 45 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 54 [...]... hiệu trên màn hình 29 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu tổng hợp hệ phát quang ytri oxit kích hoạt bởi europi theo phương pháp nung phân hủy muối axetat 3.1.1 Khảo sát sự biến đổi của tiền chất hỗn hợp muối theo nhiệt độ bằng phương pháp phân tích nhiệt (DTA): Hỗn hợp muối (kí hiệu là tiền chất I) với thành phần pha tạp 2% Eu3+(theo tổng số mol của ytri. .. kích thích của chất hoạt hóa, và phát xạ bằng cách chuyển về trạng thái cơ bản của chất hoạt hóa - Khả năng thứ 2: đầu tiên electron bị giữ lại trong các bẫy nằm trong các mức năng lượng không cho phép các chuyển hóa liên quan đến phát xạ Sau đó, electron được kích thích nhiệt chuyển lên vùng dẫn, và cuối cùng phát xạ bằng cách chuyển về mức năng lượng của chất hoạt hóa 1.2.5 Thành phần chất phát quang: ... phát quang Y2O3 như phương pháp nung kết, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp sol-gel, và thiết bị vi sóng hỗ trợ để tạo ra các cấu trúc nano Y 2O3 khác nhau, như ống nano, dây nano, thanh nano… 1.5 Các phương pháp tổng hợp Xuất phát từ yêu cầu tổng hợp được các chất phát quang có cường độ phát quang cao, bền hóa bền nhiệt, có độ tinh khiết cao, kích cỡ và cấu trúc đồng đều, một số phương pháp tổng hợp. .. Các chất phát quang gồm hai thành phần chủ yếu như sau: - Chất tinh thể đóng vai trò chất nền là các hợp chất ôxit, sunfua, silicat của các kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm, chẳng hạn: Zn 2SiO4, ZnS, CaWO4, Y2SiO5, - Chất kích hoạt chiếm một lượng nhỏ so với chất tinh thể, các chất này cũng thường là kim loại chuyển tiếp hoặc nguyên tố đất hiếm như: Mn2+, Eu3+, Ag+, … Trong các chất phát quang vô cơ, ... sản phẩm tạo thành là Y2O3 Chất kích hoạt Eu đi vào mạng tinh thể của chất nền dưới dạng tạp chất thay thế, và sản phẩm thu được có dạng Y1,96 Eu0,04O3 Sản phẩm này là dung dịch rắn của hỗn hợp gồm 1.96Y2O3 và 0.04 Eu2O3 Đặc tính tinh thể của mẫu tạo thành tăng theo nhiệt độ nung 3.1.3 Độ phát quang của sản phẩm Các mẫu sau nung trên được tiến hành đo độ phát quang trên hệ đo quang phổ phân giải cao,... Điều chế hệ phát quang ytri oxit kích hoạt bởi eropi theo phương pháp nung phân hủy hỗn hợp muối axetat Cách tiến hành: Điều chế Y1,96Eu0,04O3 (2% mol Eu so với tổng số mol của ytri và europi) Bước 1: Cân chính xác 1,1064g Y2O3 và 0,0352g Eu2O3 cho vào cốc Cho vào cốc 15ml nước cất và 2ml CH3COOH , đậy bằng nắp kính đồng hồ, hòa tan ở 40 oC, cô cạn ở nhiệt độ từ 40oC- 60oC trong 6h sau đó cho vào bình... hai tụ quang sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu Khi chùm điện tử đập vào mẫu, trên bề mặt mẫu phát ra các chùm tia điện tử thứ cấp Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu sẽ biến đổi thành một tín hiệu ánh sáng Tín hiệu được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu Hiển vi điện tử quét thường được sử dụng để nghiên cứu bề mặt, kích. .. nghiệp quang chứa đất hiếm tự chế có độ nhạy cao hơn hẳn tấm tăng quang thường dùng CaWO4, giảm được thời gian chụp Rơn-ghen Với công nghệ không đòi hỏi thiết bị phức tạp, sản xuất tấm tăng quang có độ nhạy cao sẽ là một lĩnh vực ứng dụng đất hiếm phù hợp với hoàn cảnh nước ta nhằm kịp thời đáp ứng nhu cầu của ngành y tế trong nước 1.4 Chất phát quang Ytri oxit hoạt hóa bởi Eu3+ Chất phát quang ytri. .. như chất nền được pha tạp bởi các nguyên tố đất hiếm, và đối Y2O3 pha tạp bởi Europi (Eu3+) cho hiệu quả phát quang cao, bền nhiệt và bền hóa Nó có nhiều ứng dụng như đèn laze, vật liệu quang hồng ngoại… Tuy nhiên, một trong những yêu cầu quan trọng nhất của các chất phát quang là sản phẩm phải có độ tinh khiết và chi phí sản xuất thấp Vì vậy, nhiều phương pháp đã được sử dụng để tạo ra hệ chất nền phát. .. nung Thời gian nung là 1h và tốc độ nâng nhiệt là 10 oC/phút Phương trình phản ứng: Y2O3 + 6CH3COOH  2Y(CH3COO) 3 +3H2O Eu2O3 + 6CH3COOH  2Eu(CH3COO) 3 +3H2O Phản ứng tổng cộng xảy ra khi nung: 1,96Y(CH3COO) 3 + 0,04Eu(CH3COO) 3 + 12O2  Y1,96 Eu0,04O3 + 12CO2 + 9H2O 2.3 Điều chế hệ phát quang ytri photphat kích hoạt bởi europi, ceri và tecbi theo phương pháp nung phân hủy hỗn hợp muối Cách tiến hành: ... đến chất phát quang phát xạ chất phát quang: - Sự phát quang: hấp thụ lượng, phát xạ ánh sáng - Huỳnh quang: phát quang phát xạ ánh sáng nhìn thấy - Lân quang: phát quang phát xạ ánh sáng trễ Phát. .. luận tốt nghiệp 3.2 Nghiên cứu tổng hợp hệ phát quang ytri photphat kích hoạt europi, ceri tecbi theo phương pháp nung phân hủy muối axetat 3.2.1 Tổng hợp tính chất phát quang YPO4:Eu Các phối... pháp tổng hợp Xuất phát từ yêu cầu tổng hợp chất phát quang có cường độ phát quang cao, bền hóa bền nhiệt, có độ tinh khiết cao, kích cỡ cấu trúc đồng đều, số phương pháp tổng hợp chất phát quang