Tổng hợp và tính chất quang của (Y,Gd)BO3 pha tạp eu3+

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - BÙI THỊ NGỌC BÍCH TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA (Y,Gd)BO3 PHA TẠP Eu3+ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa vơ HÀ NỘI – 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA (Y,Gd)BO3 PHA TẠP Eu3+ Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Ngọc Bích Ngành học: Hóa vơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Quang HÀ NỘI – 2018 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Văn Quang, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo, giúp đỡ tạo điều kiện cho em suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Hóa Học trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ sở vật chất bảo em trình tiến hành thí nghiệm Cuối em xin chân thành cảm ơn trao đổi, đóng góp ý kiến bạn sinh viên lớp K40A động viên, khích lệ bạn bè, ngƣời thân đặc biệt gia đình tạo niềm tin giúp em phấn đấu học tập hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng việt LED Light emitting điốt Điốt phát quang FESEM Field emission scanning electron Hiển vi điện tử quét phát microscopy xạ trƣờng PL Photoluminescence spectrum Phổ huỳnh quang XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét CRI Color rendering index Độ trả màu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu chọn đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục khóa luận CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu phát quang 1.1.1 Cơ chế phát quang vật liệu phát quang 1.1.2 Cơ chế phát quang bột huỳnh quang 1.1.3 Tính chất quang ion đất mạng tinh thể 1.1.4 Các loại bột huỳnh quang 1.1.4.1 Bột huỳnh quang truyền thống 1.1.4.2 Một số bột huỳnh quang pha tạp đất 11 1.2 Các phƣơng pháp tổng hợp bột huỳnh quang 17 1.2.1 Phƣơng pháp kỹ thuật gốm cổ truyền (phản ứng pha rắn) 17 1.2.2 Phƣơng pháp đồng kết tủa 17 1.2.3 Phƣơng pháp sol-gel 18 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục đính phƣơng pháp nghiên cứu 20 2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ phƣơng pháp sol-gel 20 2.2.1 Dụng cụ hóa chất 20 2.2.1.1 Dụng cụ thí nghiệm 20 2.2.1.2 Hóa chất ban đầu 20 2.2.1.3 Chuẩn bị dụng cụ 21 2.2.2 Quy trình chế tạo 21 2.3 Khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ 23 2.3.1 Phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc nhiễu xạ tia X 23 2.3.2 Ảnh hiển vi điện tử quét (FESEM) 25 2.3.3 Phƣơng pháp đo phổ huỳnh quang 26 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu 28 3.2 Hình thái bề mặt vật liệu (FESEM) 30 3.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ 31 3.3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu 31 3.3.2 Ảnh hƣởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu 35 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Giản đồ Jablonski mô tả hấp thụ ánh sáng phát quang Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể bột halophosphate Hình 1.3 Phổ phát xạ bột Ca5(PO4)3(F, Cl):Sb3+, Mn2+ phổ đáp ứng mắt ngƣời với ánh sáng vùng nhìn thấy 10 Hình 1.4 Phổ phát xạ bột huỳnh quang LaPO4 đồng pha tạp Ce3+ Tb3+ có kích thƣớc micro mét (bulk) kích thƣớc nano (nano) 12 Hình 1.5 Phổ huỳnh quang bột BAM:Eu2+ với bước sóng kích thích 325nm,đo nhiệt độ phòng 13 Hình 1.6 Giản đồ mức lượng dịch chuyển quang ion Eu3+ 15 Hình 1.7 Sự truyền lượng từ ion Gd3+ đến ion Eu3+ 16 Hình 1.8 Phổ huỳnh quang (Y,Gd)BO3: Eu3+ (ex =254 nm) 16 Hình 1.9 Phổ huỳnh quang Y2O3: Eu3+ (ex = 325 nm) 16 Hình 2.1 Quy trình chế tạo vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ phương pháp sol-gel 22 Hình 2.2 Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ số hữu hạn mặt phẳng 24 Hình 2.3 Máy đo giản đồ nhiễu xạ tia X (X-Ray D8 Advance) Trường Đại học Cần Thơ 25 Hình 24 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 26 Hình 2.5 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử 27 Hình 2.6 Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích đèn Xenon viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)-Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 27 Hình 3.1 Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ 6% ủ nhiệt độ khác 28 Hình 3.2 Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ ủ 1100oC với nồng độ khác 29 Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ 6% 32 Hình 3.5 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ 6% ủ nhiệt 1100oC 33 Hình 3.6 Phổ huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ 6% ủ nhiệt 1100oC với bước sóng khác 34 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ ủ 1100oC 36 Hình 3.8 Sự phát triển huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp (a) dập tắt huỳnh quang pha tạp với nồng độ cao (b) 37 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, vật liệu nano trở thành đối tƣợng nghiên cứu hấp dẫn tính chất đặc biệt Một tính chất quan trọng loại vật liệu tính chất quang học, việc ứng dụng thành nghiên cứu vật liệu nano phát quang làm thay đổi sống ngƣời Nhiều dạng hình, thiết bị y học đại, đèn conpact tiết kiệm lƣợng… có đƣợc nhƣ hoàn toàn phụ thuộc vào vật liệu nano phát quang Điển hình việc chế tạo loại đèn huỳnh quang để thay cho loại bóng đèn dây tóc Các loại đèn huỳnh quang có ƣu vừa có tuổi thọ cao, vừa tiết kiệm điện sáng so với đèn dây tóc Đèn huỳnh quang thƣơng mại đƣợc giới thiệu lần vào năm 1930 nhanh chóng chiếm đƣợc vị trí thị trƣờng chiếu sáng Đèn phát sáng dựa nguyên tắc huỳnh quang Nhờ kích thích tia tử ngoại phát từ thủy ngân ống đèn, bột huỳnh quang thành ống hấp thụ phát ánh sáng vùng nhìn thấy [12] Màu sắc chất lƣợng ánh sáng đèn huỳnh quang phụ thuộc vào chất lƣợng bột huỳnh quang Theo chế phát quang đèn huỳnh quang hiệu suất chuyển đổi từ lƣợng điện thành lƣợng ánh sáng khoảng từ 15 - 25% (là cao nhiều so với đèn dây tóc 5% lƣợng điện tiêu thụ đƣợc biến thành ánh sang) Mặc dù vậy, bột huỳnh quang truyền thống sử dụng đèn huỳnh quang - bột halophosphate - có độ bền kém, hiệu suất thấp (60 – 75 lm/W) phổ phát xạ tập trung hai vùng xanh lam vàng cam, nên ánh sáng đèn huỳnh quang sử dùng bột halophosphate thƣờng không đủ màu quang phổ ánh sáng trắng, dẫn đến hệ số trả màu CRI (color rendering index) thấp (CRI: 60 – 70), bộc lộ nhiều hạn chế yêu cầu chất lƣợng nguồn sáng nâng cao Do đó, với nghiên cứu nhằm cải tiến kích cỡ hình dạng đèn, cải tiến điện cực mơi trƣờng phóng điện, nghiên cứu chế tạo cải tiến lớp bột huỳnh quang tráng phủ ống đèn đƣợc nỗ lực thực suốt nhiều thập niên vừa qua nhằm tạo nguồn sáng có hiệu suất cao chất lƣợng tốt Đến năm 1970, ngành cơng nghiệp chiếu sáng có bƣớc tiến lớn chất phosphor pha tạp ion đất đƣợc nghiên cứu ứng dụng Các ion đất (RE) có cấu hình điện tử đặc biệt, có lớp điện tử 4f chƣa lấp đầy đƣợc lớp bên 5d 6s lấp đầy, nên dịch chuyển quang học ion bị ảnh hƣởng trƣờng tinh thể Các dịch chuyển hấp thụ phát xạ ion đất nằm vùng phổ rộng từ đỏ đến tử ngoại, phù hợp với nguồn sáng sử dụng đời sống cơng nghiệp Để có ánh sáng trắng, ngƣời ta tạo bột huỳnh quang phát ba màu (đỏ, xanh lục, xanh lam) trộn lại với Các hệ bột nhƣ đƣợc gọi bột huỳnh quang ba phổ, hay bột huỳnh quang ba màu Để sử dụng làm tâm hoạt hoá vật liệu huỳnh quang phát ba màu bản, ion đất đƣợc lựa chọn nhiều Tb3+, Eu2+ Eu3+ Do ion có dịch chuyển phát xạ nằm vùng ánh sáng nhìn thấy có thời gian sống phát quang dài, phù hợp cho sử dụng chiếu sáng Trong mạng khác nhau, nguyên tố pha tạp Eu (ở trạng thái ion Eu2+ Eu3+) cho phát xạ ba màu xanh lục, xanh lam màu đỏ Thông thƣờng, ion Eu2+ cho phát xạ xanh lam (blue) xanh lục (green), ion Eu3+ cho phát xạ đỏ (red) [1,2,3,4,5,22], ion Tb3+ cho phát xạ xanh lục, việc trộn ba thành phần cách thích hợp tạo bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng trắng với thông số mong muốn[7,8,10] Trong số nhiều loại bột đƣợc đƣa vào sử dụng sản xuất thƣơng mại Tuy nhiên để có đƣợc loại bột huỳnh quang chất lƣợng cao: có độ bền huỳnh quang cao, có hệ số trả màu lớn, hiệu suất phát xạ cao giá thành rẻ hệ bột huỳnh quang tiếp tục đƣợc nghiên cứu chế tạo Chính vậy, chúng tơi chọn đề tài: “Tổng hợp tính chất quang (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+” Mục tiêu chọn đề tài - Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3: Eu3+ E1 E2 E3 Hình 2.5 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử Bức xạ tới vật chất truyền lƣợng cho điện tử, kích thích chúng chuyển từ mức lên trạng thái kích thích có lƣợng cao Ở trạng thái khơng bền điện tử truyền lƣợng cho điện tử hay phonon mạng chuyển mức có lƣợng thấp điện tử chuyển trạng thái giải phóng photon sinh huỳnh quang Nếu chuyển dời mức lƣợng có khoảng cách đủ hẹp khơng phát photon, chuyển dời chuyển dời khơng phát xạ Các xạ thƣờng đƣợc sử dụng để kích thích phổ huỳnh quang xạ có bƣớc sóng nằm vùng hấp thụ vật liệu Tính chất quang vật liệu đƣợc khảo sát phổ huỳnh quang (PL) hệ đo quang với máy đo phân giải cao, đo Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST) - Trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội Nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bƣớc sóng từ 250 ÷ 800 nm Hình 2.6 Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích đèn Xenon viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)-Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 27 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong chƣơng này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu thu đƣợc ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu nồng độ pha tạp Eu3+ đến hình thành pha, tính chất phát quang, hình thái bề mặt hạt kết thu đƣợc từ việc chế tạo bột huỳnh quang 3.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu Cấu trúc mạng tinh thể yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất quang bột huỳnh quang mạng tinh thể khác ảnh hƣởng khác trƣờng tinh thể đến tâm phát xạ Ngồi tƣơng thích bán kính ion nguyên tố thành phần mạng nguyên tố pha tạp định khả thay ion pha tạp vào mạng Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ 6% ủ ở nhiệt độ khác Hình 3.1 Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ 6% ủ nhiệt độ khác 28 Kết phổ nhiễu xạ tia X hình 3.1 cho thấy đỉnh nhiễu xạ hoàn toàn phù hợp với thƣ viện phổ PDF ( thẻ 74-1929), kết mẫu chế tạo đƣợc có cấu trúc pha YBO3 với cấu trúc lục giác ( hexagonal) Từ giản đồ nhiễu xạ tia X dễ ràng nhận thấy, có chuyển pha từ trạng thái vơ định hình ( mẫu ủ nhiệt nhiệt độ 800oC) sang trạng thái tinh thể ( mẫu ủ nhiệt nhiệt độ 800oC cao hơn) Nhƣ nhiệt độ kết tinh bột ( Y1-XGdx)0.95BO3: Eu0,053+ nằm khoảng 800-900oC, nhiệt độ kết tinh thấp so với phƣơng pháp phản ứng pha rắn truyền thống Sau kết tinh pha YBO3 hình thành mẫu với cấu trúc lục giác (hexagonal) Khi tăng nhiệt độ thiêu kết lên 900oC, cƣờng độ đỉnh nhiễu xạ tăng lên Điều cho thấy tính kết tinh ( pha tinh thể ) vật liệu tăng lên nhiệt độ thiêu kết tăng Khi nhiệt độ thiêu kết tăng lên 900oC 1000oC cƣờng độ đỉnh nhiễu xạ mạng YBO3 tăng lên mạnh Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ ủ 1100oC với nồng độ khác Hình 3.2 Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ ủ 1100oC với nồng độ khác 29 Kết hình 3.2 cho thấy nồng độ ion Eu3+ tăng từ 1% đến 3%, giản đồ nhiễu xạ thu đƣợc thay đổi khơng đáng kể Điều cho thấy mẫu có cấu trúc tinh thể hay nói cách khác tăng nồng độ ion Eu3+ khoảng nồng độ không làm thay đổi cấu trúc tinh thể mạng Tuy nhiên, tăng nồng độ ion Eu3+ từ tăng từ 5% đến 35%, giản đồ nhiễu xạ thu đƣợc có thay đổi Từ chúng tơi đến kết luận có thay đổi cấu trúc tinh thể mạng nồng độ ion Eu3+ lớn % 3.2 Hình thái bề mặt vật liệu (FESEM) Kết hình thái bề mặt (Y0,6Gd0,35)BO3: Eu0,053+ nhiệt độ khác đƣợc thể hình 3.3 a d b c e f g Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ 6% ủ nhiệt từ 600oC đến 1200oC 30 Kết hình 3.3 cho thấy mẫu ủ nhiệt 800 oC vật liệu bắt đầu kết tinh nhƣng chƣa hình thành dạng hạt cách rõ nét (có thể tƣợng kết đám) Kích thƣớc hạt nhỏ cỡ vài chục nm, có nhiều hình dạng kích thƣớc khơng đồng Hiện tƣợng kết đám khuếch tán nhiệt trình thiêu kết Trên thực tế mẫu bột thƣờng đƣợc nghiền trƣớc sử dụng để nhận đƣợc hạt với kính thƣớc đồng Tuy nhiên, tăng nhiệt độ thiêu kết lên 900 1000 oC hạt mẫu tách ra, bị kết đám so với mẫu thiêu kết 800oC Sự tách hạt vật liệu thu đƣợc có cấu trúc ổn định nhƣ đƣợc xác nhận từ kết đo giản đồ nhiễu xạ tia X 3.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ Bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3:Eu3+đƣợc khảo sát tính chất quang qua phép đo phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang nhiệt độ phòng theo nhiệt độ nồng độ 3.3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu Kết ảnh hƣởng nhiệt độ nung vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ 6% kích bƣớc sóng 394nm đến cƣờng độ vật liệu huỳnh quang đƣợc thể 612 617 624 hình 3.4 C-êng ®é (®.v.t.l) 627 600,Eu6% 800,Eu6% 900,Eu6% 1000,Eu6% 1100,Eu6% 1200,Eu6% 707 594 570 600 630 660 B-íc sãng (nm) 31 690 720 C-êng ®é 612 nm 600 700 800 900 1000 1100 1200 o NhiƯt ®é ( C) Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ 6% Kết hình 3.4 thu đƣợc cho thấy tồn đỉnh phát xạ bƣớc sóng ~594 nm, ~612 nm đến ~617 nm, ~624 nm, ~627 nm đến ~707 nm Nguồn gốc đỉnh phát xạ đƣợc lý giải chuyển mức điện tử từ trạng thái 5D0 -7F1, 5D0 -7F1 5D0 -7F1 ion Eu3+ mạng (Y,Gd)BO3 Tuy nhiên mẫu ủ nhiệt độ thấp 600 oC phổ PL cho thấy đỉnh phát xạ đặc trƣng cho ion Eu3+ mạng (Y,Gd)BO3 chƣa xuất Điều đƣợc lý giải nhiệt độ thiêu kết 600 oC pha (Y,Gd)BO3 chƣa hình thành kết hoàn toàn phù hợp với kết XRD nhƣ hình 3.1 Kết cho thấy tăng nhiệt độ ủ từ 600oC đến 1100oC cƣờng độ phát quang đỉnh hầu nhƣ tăng Sự tăng cƣờng độ huỳnh quang đƣợc giải thích kết tinh tốt mạng YBO3 tăng nhiệt độ thiêu kết khoảng nhiệt độ Điều hoàn toàn phù hợp với kết thu đƣợc khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ thiêu kết cấu trúc mạng hình 3.4 32 Tuy nhiên tiếp tục tăng nhiệt độ thiêu kết lên 1200 oC, nhận thấy cƣờng độ phát quang đỉnh giảm xuống Đó thiêu kết nhiệt độ cao xảy tƣợng kết đám tinh thể huỳnh quang khuếch tán nhiệt, kết cƣờng độ phát quang giảm Nhƣ vậy, từ kết nhận đƣợc kết luận bột (Y,Gd)BO3: Eu3+ thu đƣợc có cấu trúc ổn định cƣờng độ phát quang tốt đƣợc thiêu kết 1100 oC Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ 6% ủ nhiệt 1100oC với bƣớc sóng khác thể hình 3.5 270 300 363 385 321 394 C-êng ®é (®.v.t.l) PLE591 PLE612 PLE616 PLE624 PLE627 PLE707 350 400 465 450 500 550 B-íc sãng (nm) Hình 3.5 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ 6% ủ nhiệt 1100oC 33 Phổ kích thích huỳnh quang hình 3.5 rằng, vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ 6% hấp thụ mạnh bƣớc sóng ~394 nm Đỉnh hấp thụ ~394 nm có nguyên nhân từ dịch chuyển điện tử từ trạng thái 7F0-5L6 đặc trƣng cho chuyển dời f-f iơn Eu3+ Ngồi ra, chúng tơi quan sát đƣợc đỉnh hấp thụ đặc trƣng cho chuyển dời f-f iôn Eu3+ với cƣờng độ yếu ~321 nm (7F0-5H3), ~363 (7F0-5D4), 385-394 nm (7F0-5G2-6), 465 nm (7F0-5D2) Kết sở quan trọng để chúng tơi sử dụng bƣớc sóng kích thích ~394 nm nhằm thực bƣớc nghiên cứu tính chất quang loại vật liệu Để kiểm tra lại nhận định tiến hành đo phổ PL với ba bƣớc sóng kích thích, chúng tơi khảo sát phổ huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ 6% ủ nhiệt 1100oC với bƣớc sóng khác thể hình 3.6 627 C-êng ®é (®.v.t.l) 612 617 624 EX270nm EX321nm EX363nm EX385nm EX394nm EX465nm 707 594 570 600 630 660 690 720 B-íc sãng (nm) Hình 3.6 Phổ huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ 6% ủ nhiệt 1100oC với bước sóng khác 34 Kết hình 3.6 cho thấy vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ 6% ủ nhiệt 1100oC kích thích bƣớc sóng 270nm, 321nm, 363nm, 385nm 465nm cho phát xạ bƣớc sóng 594nm, 612nm, 617nm, 624nm, 627nm 707nm Tuy nhiên kích thích thích bƣớc sóng 394nm cho cƣờng độ đỉnh tốt Ngồi kích thích bƣớc sóng 465nm cho cƣờng độ tƣơng đối lớn, phủ chip blue led phủ vật liệu để phát xạ đỏ ứng dụng chế tạo led cho chiếu sáng nông nghiệp 3.3.2 Ảnh hƣởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu Kết (Y,Gd)BO3: Eu3+ ủ 1100oC với nồng độ khác ion Eu3+ dƣới kích thích nguồn He-Cd bƣớc sóng 394 nm nhiệt độ phòng đƣợc thể hình 3.7 C-êng ®é (®.v.t.l) 627 612 617 624 1% Eu3+ 6% Eu3+ 10% Eu3+ 13% Eu3+ 16% Eu3+ 20% Eu3+ 23% Eu3+ 707 594 570 600 630 660 C-êng ®é (nm) 35 690 720 6.0x104 20% 23% 26% 30% 35% 5.5x104 5.0x104 4.5x104 C-êng ®é (®.v.t.l) 4.0x104 3.5x104 3.0x104 2.5x104 2.0x104 1.5x104 1.0x104 5.0x103 0.0 550 600 650 700 B-íc sãng (nm) 750 Ex: 394 nm Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu3+ ủ 1100oC Kết hình 3.7 cho thấy tăng nồng độ Eu3+ cƣờng độ huỳnh quang tăng cƣờng độ huỳnh quang lớn nồng độ Eu3+ 20% Tuy nhiên nồng độ Eu3+ 20% cƣờng độ huỳnh quang lại giảm Điều đƣợc lý giải nhƣ sau: nồng độ pha tạp đủ lớn, ion Eu3+ pha tạp gần nhau, dẫn đến truyền lƣợng ion Eu3+ với kết giảm cƣờng độ huỳnh quang Hiện tƣợng gọi tƣợng dập tắt huỳnh quang nồng độ, đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.8 36 Hình 3.8 Sự phát triển huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp (a) dập tắt huỳnh quang pha tạp với nồng độ cao (b) 37 KẾT LUẬN Chúng chế tạo thành công bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3:Eu3+ phƣơng pháp sol-gel: Kết XRD cho thấy pha (Y,Gd)BO3 bắt đầu hình thành nhiệt độ thiêu kết 800 oC Bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3:Eu3+ nhận đƣợc phát xạ mạnh vùng đỏ xung quanh bƣớc sóng 613nm Điều kiện tối ƣu nhiệt độ thiêu kết cƣờng độ huỳnh quang cao đƣợc tìm 1100 oC Cƣờng độ huỳnh quang tăng dần nồng độ Eu3+ tăng đạt cƣờng độ quang tốt nồng độ Eu3+ 20% 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 3+ [1] Đinh Xuân Lộc (2013), Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano YVO4:Eu CePO4:Tb3+ tính chất quang chúng, Luận án tiến sỹ khoa học Vật liệu, Viện khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [2] Lê Quốc Minh, Lê Thị Kiều Giang, Trần Kim Anh (2007), Chế tạo and nghiên cứu tính chất quang vật liệu ống nano Y(OH)3, Y2O3 pha tạp Eu3+ Tb3+, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn lần thứ [3] Nguyễn Vũ (2006), Chế tạo and nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano Y2O3:Eu, Tb, Er, Yb, Luận án tiến sỹ khoa học Vật liệu, Viện khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam TIẾNG ANH [4] Andrić Ž, Dramićanin M,D, Mitrić M, Jokanović V, Bessière A, Viana B (2008), Polymer complex solution synthesis of (YxGd1-x)2O3:Eu3+ nanopowders, Optical Materials 30, pp 1023–1027 [5] Hao Van Bui, Tu Nguyen, Manh Cuong Nguyen, Trong An Tran, Ha Le Tien, Hao Tam Tong, Thi Kim Lien Nguyen and Thanh Huy Pham (2015), 2+ Structural and photoluminescent properties of nanosized BaMgAl10O17:Eu blue emitting phosphors prepared by sol-gel method, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology 6, pp.1-6 [6] Chen D, Wang Y, Hong M (2012), Lanthanide nanomaterials with photon management characteristics for photovoltaic application, Nano Energy 1, pp 73–90 [7] Chen F, Yuan X, Zhang F, Wang S (2014), Photoluminescence properties of Sr3(PO4)2:Eu2+, Dy3+ double-emitting blue phosphor for white LEDs, Optical Materials 37, pp 65 – 69 [8] Chen X, Dai P, Zhang X, Li C, Lu S, Wang X, Jia Y, and Liu Y, (2014), A 2+ 3+ 2+ Highly Efficient White Light (Sr,Ca,Ba)(PO4)3Cl: Eu , Tb , Mn Phosphor 39 via dual energy transfert for white light – emitting diode, Inorganic Chemistry 53, pp 3443 - 3448 [9] Dieke G.H, Crosswhite H.M (1963), The Spectra of the Doubly and Triply Ionized Rare Earths, Applied Optics 2, pp 675–686 [10] Dillip G.R, Deva Prasad Raju B (2012), A study of the luminescence in near 3+UV-pumped red-emitting novel Eu doped Ba3Ca3(PO4)4 phosphors for white light emitting diode, Journal of Alloys and Compounds 540, pp 67–74 [11] Ehrenberg H, Laubach S, Schmidt P C, McSweeney R, Knapp M, Mishra K.C (2006), Investigation of crystal structure and associated electronic structure of Sr6B(PO4)5, Journal of Solid State Chemistry 179, pp 968–973 [12] Feldmann C, Jüstel T, Ronda CR, Schmidt P.J (2003), Inorganic Luminescent Materials: 100 Years of Research and Application, Adevanced Functional Materials 13, pp 511 – 516 [13] Fleet M.E, Liu X, Pan Y (2000), Rare-earth elements in chlorapatite Ca10(PO4)6Cl2: Uptake, site preference, and degradation of monoclinic structure, American Mineralogist 85, pp 1437–1446 [14] Fond B, Abram C, Beyrau F, (2014)Characterisation of BAM:Eu2+ Tracer Particles for Thermographic Particle Image Velocimetry, Applied Physics B, 121, pp 495 – 509 [15] Fu Y.P, Wen S.B, and Hsu C.S (2008), Preparation and characterization of Y3Al5O12:Ce and Y2O3:Eu phosphors powders by combustion process, Journal of Alloys and Compounds 458, pp 318–322 [16] Hwang K.S, Hwangbo S and Kim J.T, (2010), Blue phosphor for ultraviolet emitting diode, Optica Applicata 4, pp 2–7 [17] Jablonski (1933), Efficiency of anti-Stokes fluorescence in dyes, Nature 131, pp 839-840 [18] Jenking H.G, Mckeag A.H and Ranby P.W (1949), Alkaline earrth halophosphates and relate photphors US Patent 2, pp 1-12 [19] Jianghui Z, Qijin C, Shunqing W, Ziquan G, Yixi Z, Yijun L, Ye L and 40 2+ Chao (2015), An efficient blue-emitting Sr5(PO4)3Cl:Eu phosphor for application in near-UV white light-emitting diode, Journal of Materials Chemistry C 3, pp.11219-11227 [20] Kroon R E (2012), Luminescence from lanthanide ions and the effect of codoping in silica and other hosts Philosophiae Doctor, Universty of the free state, ppI1-I8 2+ [21] Lee S.M, and Choi K.C(2010), Enhanced emission from BaMgAl10O17:Eu by localized surface plasmon resonance of silver particles, Optics Express 18, pp 12144-12152 [22] Li L, Yang R, Du Z, Zou K, and Zhang X (2003), Luminescent research of Sr5 (PO4)3Cl:Eu2+ blue phosphor used for electron beam excitation, Chinese Science Bulletin 48, pp 1558–1560 [23] Liu B, Wang Y, Zhou J, Zhang F, and Wang Z (2009), The reduction of Eu 3+ 2+ to Eu2+in BaMgAl10O17:Eu and the photoluminescence properties of BaMgAl10O17:Eu2+ phosphor, Journal of Applied Physics 106, pp.1-5 [24] Mishra K.C, Raukas M, Marking G, Chen P, and Boolchand (2005), Investigation of Fluorescence Degradation Mechanism of Hydrated BaMgAl10O17:Eu2+ Phosphor, Journal of The Electrochemical Society 152, pp.183 – 190 [25] Murakami, Narita K, Anzai J Y (1979), A new deluxe fluorescent lamp with a color rendering index of 99, Journal of Light and Visual Environment, 3, pp 611 [26] Muresan L, Popovici E.J, Lucaci I.F, Grecu R, and Indrea E (2009), Studies on Y2O3:Eu phosphor with different particle size prepared by wet chemical method, Journal of Alloys and Compounds 483, pp 346–349 [27] Nayak A, Goswami K, Ghosh A and Debnath R (2009), Luminescence efficiency of Eu3+ 41 ... KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA (Y,Gd)BO3 PHA TẠP Eu3+ Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Ngọc Bích Ngành học: Hóa vơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Quang HÀ NỘI – 2018... tạo Chính vậy, chúng tơi chọn đề tài: Tổng hợp tính chất quang (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu3+ Mục tiêu chọn đề tài - Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3: Eu3+ - Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến... Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ ủ 1100oC 36 Hình 3.8 Sự phát triển huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp (a) dập tắt huỳnh quang pha tạp với nồng độ cao (b)