Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 53 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
53
Dung lượng
1,34 MB
Nội dung
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ TUYỀN CHẾTẠOBỘTHUỲNHQUANGPHÁTXẠÁNHSÁNGĐỎMgAl2O4PHATẠPCr3+BẰNGPHƯƠNGPHÁP SOL-GEL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học phân tích Hà Nội – 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ TUYỀN CHẾTẠOBỘTHUỲNHQUANGPHÁTXẠÁNHSÁNGĐỎMgAl2O4PHATẠPCr3+BẰNGPHƯƠNGPHÁP SOL-GEL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học phân tích NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN DUY HÙNG Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Duy Hùng, TS Nguyễn Văn Quang, Nguyễn Thị Huyền người tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡtạo 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 trường Đại Học Sư 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 thẳng thắn bạn sinh viên lớp K40C – Sư phạm Hóa học trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội giúp đỡ em nhiều q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp động viên, khích lệ bạn bè, người 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 Sinh viên Nguyễn Thị Tuyền DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ΔE Transition energy Năng lượng chuyển tiếp E Energy Năng lượng λ, λexc, λem Wavelength, Excitation and Bước sóng, bước sóng kích thích phátxạ emission Wavelength Chữ viết tắt Tiếng Anh CRI Color rendering index FESEM Field emission Tiếng Việt Hệ số trả màu scanning Hiển vi điện tử quét phátxạ electron microscopy trường LED Light emitting điốt Điốt phátquang KLCT Transition metal Kim loại chuyển tiếp PL Photoluminescence spectrum Phổ huỳnhquang Photoluminescence excitation PLE spectrum Phổ kích thích huỳnhquang SEM Scanning electron microscope Hiển vi điện tử quét Transmission electron TEM microscope Hiển vi điện tử truyền qua XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X WLED White light emitting điốt Điốt phátquangánhsáng trắng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Hiện tượng phátquang 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cơ chếphátquang 1.2 Tổng quan bộthuỳnhquang 1.2.1 Cấu tạo vật liệu bộthuỳnhquang 1.2.2 Cơ chếphátquang vật liệu huỳnhquang : 1.2.3 Các đặc trưng bộthuỳnhquang 1.2.3.1 Hiệu suất phátxạhuỳnhquang (Luminescence efficiency) 1.2.3.2 Hấp thụ xạ kích thích 1.2.3.3 Độ bền 1.2.3.4 Độ đồng hình dạng kích thước hạt 1.3 Đặc điểm cấu trúc vật liệu MgAl2O4: 1.3.1 Cấu trúc spinel MgAl2O4: 1.3.2 Cấu trúc Al2O3 12 1.3.3 Cấu trúc MgO 12 1.4 Tính chất quang ion Cr3+MgAl2O4 13 1.5 Các phươngpháp tổng hợp bộthuỳnhquang 16 1.5.1 Phươngpháp gốm cổ truyền 17 1.5.2 Phươngpháp sol-gel 17 1.5.3 Phươngpháp đồng kết tủa 18 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 19 2.1 Mục đính phươngpháp nghiên cứu 19 2.2 Thực nghiệm chếtạo vật liệu MgAl2O4: Cr3+phươngpháp sol-gel 19 2.2.1 Hóa chất dụng cụ 19 2.3 Khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu MgAl2O4:Cr3+ 24 2.3.1 Phươngpháp nghiên cứu cấu trúc nhiễu xạ tia X 24 2.3.2 Hiển vi điện tử quét 26 2.3.3 Hệ đo phổ huỳnhquang kích thích huỳnhquang 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Kết khảo sát thuộc tính cấu trúc vật liệu MgAl2O4:Cr3+ 32 3.2 Kết khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt vật liệu MgAl2O4:Cr3+ 35 3.3 Kết phân tích tính chất quang vật liệu MgAl2O4:Cr3+ 37 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ mẫu lên tính chất quang vật liệu 38 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độphatạp ion Cr3+ lên tính chất quang vật liệu 39 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình chếphátquang vật liệu A: Ion kích hoạt S: Ion tăng nhạy Hình 1.2 Giản đồ Jablonski mơ tả hấp thụ ánhsángphátquang Hình 1.3: a - Cấu hình bát diện, b - Cấu hình tứ diện Hình 1.4: Cấu trúc mạng spinel thuận 10 Hình 1.5: Cấu trúc tinh thể α-Al2O3 (corundum) 12 Hình 1.6: Cấu trúc lục giác Wurzite tinh thể MgO 13 Hình 1.7: Phổ kích thích phátxạ MgAl 2O4.xCr3+ sợi nano điện tử nung 12000C 5h Kích thích bước sóng phổ phản xạ cố định 550nm, bước sóng theo dõi phổ kích thích cố định 688nm (1)x=0,01, (2)x=0,02, (3)x=0,03.[21] 14 Hình 1.8: Phổ phátquang trạng thái ổn định vật liệu MgAl2O4phatạpCr3+ kích thích bước sóng 457 nm 632,8 nm [ 28] 15 Hình 1.9: Phổ huỳnhquang vật liệu MgAl2O4phatạpCr3+ ủ nhiệt độ 77K 293K [21] 16 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp bột spinel phươngpháp sol-gel 22 Hình 2.2: Ghi tín hiệu nhiễu xạ đầu thu xạ (1) Ống tia X, (2) Đầu thu xạ, (3) Mẫu, (4) Giác kế đo góc 25 Hình 2.3 Nhiễu xạ kế D5005(Siemens) 26 Hình 2.4 (1) Chùm điện tử tới, (2) mẫu, (3) điện tử tán xạ ngược, (4) điện tử thứ cấp, (5) xạ tia X 27 Hình 2.5 Thiết bị FESEM-JOEL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM EDS Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)- Đại học Bách khoa Hà Nội 28 Hình 2.6 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử 29 Hình 2.7 (a) Phổ kế huỳnhquang FL3-22, Jobin Yvon-Spex, Mỹ; (b) Sơ đồ khối hệ quang học phổ kế huỳnhquang FL3-22 (1) Đèn Xe, (2) Máy đơn sắc kích thích cách tử kép, (3) Buồng gá mẫu, (4) Máy đơn sắc đoxa cách tử kép, (5) Ống nhân quang điện 30 Hình 3.1 a.Phổ nhiễu xạ tia X bộthuỳnhquangMgAl2O4 :5% Cr3+ ủ nhiệt độ khác thời gian 5h 33 b.Thẻ chuẩn MgAl2O4 [16] 33 Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X tập trung vào hai góc hẹp có cường độ mạnh bộthuỳnhquang MgAl2O4: 5%Cr3+ ủ nhiệt độ từ 900-1300oC thời gian 34 Hình 3.3 Ảnh FESEM bột MgAl2O4: % Cr3+ ủ 1300oC thời gian với độ phân giải khác (a, b, c) 35 3+ Hình 3.4 Ảnh SEM bộthuỳnhquang MgAl2O4: Cr nhiệt độ ủ khác 36 Hình 3.5 phổ kích thích huỳnhquang (PLE) bột MgAl 2O4: Cr3+ với tỷ lệ phatạp 5% ủ nhiệt độ 1300oC thời gian môi trường không khí 37 Hình 3.6: Phổ PL bột MgAl2O4:5%Cr3+ ủ nhiệt độ từ 90013000C 38 Hình 3.7 Phổ PL bộtMgAl2O4phatạp ion Cr3+ với nồng độ khác ủ nhiệt nhiệt độ 1300oC kích thích bước sóng 380nm 40 MỞ ĐẦU Từ xa xưa, người nhận tầm quan trọng ánhsáng việc chiếu sáng, người biết tạo lửa để thắp sáng vào ban đêm Về sau đời bóng đèn dây tóc truyền thống, bóng đèn huỳnhquang mà người sử dụng thời gian dài Dần dần người ta nhận nhiều nhược điểm bóng đèn truyền thống tỏa nhiều nhiệt, thời gian sống không dài, cường độ chiếu sáng thấp sử dụng nhiều điện Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật đời WLED sản xuất từ vật liệu phátquang nano dần thay hoàn toàn bóng đèn truyền thống có nhiều ưu điểm hiệu suất cao, thời gian sống dài, dễ điều khiển thân thiện với môi trường Trong năm gần đây, vật liệu nano phátquang trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn, ứng dụng rộng rãi sản xuất đời sống Tuy WLED gần thay hồn tồn bóng đèn truyền thống Nhưng chiếu sáng chuyên dụng, đặc biệt sản xuất nơng nghiệp cơng nghệ cao thay chậm cần tìm vật liệu huỳnhquangphátxạ vùng đỏxa tử ngoại gần mà hấp thụ (630-730 nm) Để sản xuất WLED người ta sử dụng ba chip led phátxạ blue, green, red kết hợp tạoánhsáng trắng với giá thành sản xuất cao Nên người ta sản xuất theo cách thương mại sử dụng ba chip led phátxạ blue kết hợp với bộthuỳnhquangphátxạ yellow Tuy nhiên, ánhsángphát WLED phù hợp với mắt người lại không nhạy với thực vật Để sử dụng WLED chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp công nghệ cao với mục đích rút ngắn thời gian sinh trưởng phát triển cây, nâng cao suất trồng sử dụng với trồng nhà kính cần phải có phổ áp dụng nơng nghiệp Khác với đèn truyền thống (đèn sợi tóc, đèn huỳnh quang) hiệu suất thấp không phù hợp với trồng Do hiệu suất thấp nên nhiệt tản môi trường cao làm cho chết, cần phải có điều hòa để giảm nhiệt độ xuống dẫn đến giá thành sản phẩm nông nghiệp cao WLED phátxạánhsáng vùng mắt người nhìn thấy trồng khơng hấp thụ Do đó, để chiếu sáng nông nghiệp cần sản xuất bộthuỳnhquang chuyên dụng phátxạánhsángđỏ phù hợp với phổ hấp phụ Trước đây, vật liệu huỳnhquangMgAl2O4phatạp với ion đất Eu2+ Mn4+ sản xuất phươngpháp phản ứng pha rắn có nhiều nhược điểm thời gian sản xuất lâu, phải nung nhiệt độ cao, giá thành vật liệu phatạp đắt đỏ Vật liệu sau tổng hợp cho phátxạ bước sóng nhỏ 660 nm thấp nên không phù hợp với vùng hấp thụ Gần giới có nhiều vật liệu huỳnhquangpha ion KLCT, ví dụ Cr3+ cho phátxạ vùng 710-720 nm phù hợp với trồng Xuất phát từ lí trên, chúng tơi chọn đề tài cho khóa luận là: “Chế tạobộthuỳnhquangphátxạánhsángđỏ MgAl 2O4 : Cr3+phươngpháp sol-gel” Nên tơi chọn đề tài nhằm mục đích chếtạo vật liệu phátxạánhsángđỏxa chuyên dụng cho chiếu sáng nông nghiệp MgAl2O4 : Cr3+phươngphápphươngpháp sol-gel Các nhiệm vụ khóa luận là: Sử dụng phươngpháp sol-gel để tạo vật liệu MgAl2O4phatạpCr3+ Nghiên cứu tính chất huỳnhquangchếphátquangánhsángđỏ vật liệu nano chếtạo Bố cục khóa luận: • Chương 1: Tổng quan lí thuyết • Chương 2: Thực nghiệm • Chương 3: Kết thảo luận Đơn sắc thứ hai dùng để phân tích tín hiệu phát từ mẫu (tín hiệu huỳnhquang dải phổ từ 250 – 900 nm) Nguồn kích thích đèn xênon XFOR- 450 W ni nguồn điện cung cấp dòng điện với cường độ tối đa 25 A Đèn XFOR- 450 W đặt hộp bảo vệ với quạt làm nguội Ánhsáng từ đèn xênon chiếu qua máy đơn sắc thứ nhất, sau tới mẫu Tín hiệu huỳnhquang từ mẫu phát phân tích qua máy đơn sắc thứ hai thu nhận ống nhân quang điện 1911 F, sau qua tách sóng tín hiệu chuẩn DM302 cuối đưa vào xử lý SAC Bộ xử lý SAC vừa có chức phân tích tín hiệu thu được, vừa có chức điều khiển tự động hệ FL3-22 Tín hiệu nhận từ mẫu ghép nối với máy tính Khi đo phổ huỳnhquang ta cố định bước sóng kích thích thích hợp (λexc = const) máy đơn sắc thứ quét bước sóng đơn sắc thứ hai Phổ huỳnhquang thu cho biết phụ thuộc tín hiệu huỳnhquangphát từ mẫu phụ thuộc vào bước sóng Ngược lại, đo phổ kích thích huỳnhquang ta cố định bước sóng xạ máy đơn sắc thứ hai quét bước sóng máy đơn sắc thứ Phổ kích thích huỳnhquang tín hiệu huỳnhquang lấy bước sóng xạ xác định (λ em = const) thay đổi bước sóng kích thích Vì vị trí cực đại phổ kích thích huỳnhquang cho biết vị trí bước sóng kích thích tín hiệu huỳnhquang nhận có cường độ lớn Phươngphápquanghuỳnhquang sử dụng phổ biến phươngpháphuỳnhquang Ưu điểm phươngphápquanghuỳnhquang không cần gia công, xử lý mẫu cách phức tạptạo điện cực mẫu đo 31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Như trình bày phần tổng quan, tính chất quang spinel MgAl2O4:Cr3+ nhà nghiên cứu Việt Nam quốc tế nghiên cứu tương đối kỹ Với mục đích góp phần vào việc nghiên cứu tính chất quang ion tạpCr3+ spinel nói chung, tổng hợp mẫu spinel Mg(Al1-xCrx)2O4 theo giá trị x khác phươngpháp sol-gel citrat nghiên cứu tính chất quang chúng nhiệt độ phòng, nhiệt độ thấp Đặc biệt khóa luận này, tiến hành khảo sát, nghiên cứu phổ huỳnhquang mẫu spinel MgAl 2O4 chứa nồng độ ion tạp chất Cr3+đo bước sóng phátxạđỏ 696nm cho thấy dải hấp thụ kích thích mạnh bước sóng 396nm 542nm với mong muốn tìm kết mới, làm đầy đủ tính chất quanghuỳnhquang MgAl 2O4:Cr3+ 3.1 Kết khảo sát thuộc tính cấu trúc vật liệu MgAl2O4:Cr3+ Hình 3.1 phổ nhiễu xạ tia X (XRD) bộthuỳnhquang MgAl2O4:5%Cr3+ ủ nhiệt độ từ 900-1300oC thời gian mơi trường khơng khí 32 (a) (b) Hình 3.1 a.Phổ nhiễu xạ tia X bộthuỳnhquangMgAl2O4 :5% Cr3+ ủ nhiệt độ khác thời gian 5h b.Thẻ chuẩn MgAl2O4 [16] 33 Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X tập trung vào hai góc hẹp có cường độ mạnh bộthuỳnhquang MgAl2O4: 5%Cr3+ ủ nhiệt độ từ 900-1300oC thời gian Kết phân tích phổ XRD bộthuỳnhquang MgAl 2O4: Cr3+ ủ từ 900-1300oC hình 3.3a nhận với đỉnh nhiễu xạ mạnh góc 2: 36.6 65,1 tương ứng với đỉnh nhiễu xạ (311 440) Để quan sát ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến cấu trúc vật liệu, quan sát phổ XRD tập trung vào góc hẹp với góc 2 từ 36-37.5 độ góc hẹp với góc 2θ từ 64-67 độ cho thấy nhiệt độ ủ tăng có dịch đỉnh nhiễu xạ phía góc lớn độ sai lệch đỉnh nhiễu xạ góc 36.6 độ lớn cỡ 1% mẫu ủ 1300 oC Kết phân tích cho thấy nhiệt độ tăng, bán độ rộng đỉnh phổ giảm cường độ đỉnh phổ (đặc trưng đỉnh nhiễu xạ (311) tăng, điều chứng tỏ nhiệt độ tăng kích thước hạt bột tăng (phù hợp với kết phân tích kích thước hạt nano hình 3.3) 34 3.2 Kết khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt vật liệu MgAl2O4:Cr3+ Để khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt bột, chúng tơi sử dụng phươngpháp hiển vi điện tử quét phátxạ trường (FESEM) Hình 3.2 ảnh hiển vi điện tử phátxạ trường (FESEM) với độ phân giải khác bộthuỳnhquangMgAl2O4phatạp % Cr3+ ủ 1300oC thời gian Hình 3.3 Ảnh FESEM bột MgAl2O4: % Cr3+ ủ 1300oC thời gian với độ phân giải khác (a, b, c) Ảnh FESEM hình 3.1cho thấy hạt bộthuỳnhquang có kích thước phân bố từ vài chục nanomet tới vài micromet Tuy nhiên độ phân giải cao cho thấy hạt bộthuỳnhquang có kích thước lớn vơ số hạt bột có kích thước cỡ vài vài chục nanomet tạo thành Hình thái bề mặt kích thước hạt vật liệu huỳnhquang có ảnh hưởng lớn đến tính chất quang vật liệu chúng ảnh hưởng tới hiệu suất hấp thụ phátxạ vật liệu Vật liệu huỳnhquang ứng dụng thiết bị chiếu sáng phải có kích thước hạt đồng phù hợp cho hiệu suất hấp thụ phátxạ vật liệu tốt Do cần thiết phải khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hình thái bề mặt kích thước hạt bột Yếu tố 35 ảnh hưởng lớn đến hình thái bề mặt kích thước hạt bộthuỳnhquang nhiệt độ ủ Chúng tiến hành chụp ảnh SEM mẫu bột tổng hợp với nhiệt độ ủ khác nhằm khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên hình thái kích thước hạt vật liệu Hình 3.4 Ảnh SEM bộthuỳnhquang MgAl2O4: Cr 3+ nhiệt độ ủ khác Quan sát hình ảnh ta thấy, nhiệt độ 1000 0C thấy hạt vật liệu bắt đầu liên kết với nhau, có hình thành pha chưa rõ Khi tăng nhiệt độ 1100-12000C ta quan sát rõ hạt bắt đầu kết đám với nhau, hình thành pha tăng lên, kích thước hạt tăng lên Ở nhiệt độ 1300 0C thấy nhiệt độ tối ưu mà hình thành pha rõ rệt, kích thước hạt tăng lên đồng 36 3.3 Kết phân tích tính chất quang vật liệu MgAl2O4:Cr3+ Để khảo sát tính chất quang, sử dụng phươngphápđo phổ huỳnhquang phổ kích thích huỳnhquang mẫu vật liệu chếtạo Hình 3.4 phổ kích thích huỳnhquang (PLE) bột MgAl 2O4: Cr3+ với tỷ lệ phatạp 5% ủ nhiệt độ 1300oC thời gian môi trường không khí Hình 3.5 phổ kích thích huỳnhquang (PLE) bột MgAl2O4: Cr3+ với tỷ lệ phatạp 5% ủ nhiệt độ 1300oC thời gian mơi trường khơng khí Quan sát phổ PLE đo bước sóng phátxạđỏ 696nm cho thấy dải hấp thụ kích thích mạnh bước sóng 396nm 542nm Các vùng hấp thụ kích thích chuyển mức từ 4A2g → 4T2g 4A2g → 4T1g ion Cr3+ mạng Các bộthuỳnhquang MgAl2O4: Cr 3+ khảo sát tính chất quang qua phép đo phổ huỳnhquang kích thích huỳnhquang nhiệt độ 37 phòng nhiệt độ thấp Kết cho thấy, phátxạbộthuỳnhquangphátxạ ion Cr mạng bộthuỳnhquangMgAl2O4 Để khẳng định phổ huỳnhquangđophátxạ ion Cr mạng nền, đề tài khóa luận chếtạo mẫu bộtMgAl2O4 điều kiện không phatạp Crom đo phổ huỳnh quang, kết cho thấy khơng chứa tâm tạp khơng có khả phátxạ điều kiện kích thích quang 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ mẫu lên tính chất quang vật liệu Hình 3.6: Phổ PL bột MgAl2O4:5%Cr3+ ủ nhiệt độ từ 900-13000C Hình 3.5 phổ PL mẫu MgAl2O4: 5%Cr3+ ủ nhiệt độ từ 90013000C khơng khí với thời gian 5h kích thích bước sóng 380 nm Kết phân tích cho thấy, nhiệt độ 900-10000C xuất hai phổ 38 phátxạ gần trùng với vùng phátxạ rộng đỉnh phátxạ thấp Ở nhiệt độ cao 1100-12000C, lúc xuất hai phổ phátxạ gần trùng có đỉnh phátxạ cao hơn, vùng phổ phátxạ thu hẹp Điều chứng tỏ tăng nhiệt độ ủ mẫu đỉnh phátxạ tăng kích thước hạt tăng lên làm vật liệu phátxạ mạnh Nhưng nhiệt độ 110012000C xuất hai phổ phátxạ trùng nhau, đỉnh phátxạ chưa cao Và, nhiệt đổ ủ mẫu tăng lên 13000C ta thấy đỉnh phổ phátxạ cao hẳn so với đỉnh phổ nhiệt độ thấp hơn, vùng phổ phátxạ thu hẹp nhỏ Kết nhận cho thấy cường độphátxạhuỳnhquang mạnh mẫu ủ với nhiệt độ 13000C 5h Chứng tỏ rằng, nhiệt độ tăng lên, hình thành pha tăng lên, ion Cr3+ thay Al3+ mạng MgAl2O4 nhiều làm cho cường độphátxạhuỳnhquang tăng lên 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độphatạp ion Cr3+ lên tính chất quang vật liệu Vật liệu huỳnhquangMgAl2O4phatạp ion Cr3+ mà chúng tơi tổng hợp có cấu trúc tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ ủ nồng độphatạp ion Cr3+, tính chất quang chúng không phụ thuộc vào nhiệt độ ủ mà phụ thuộc vào nồng độphatạp ion Cr3+ Các kết nghiên cứu phần cho thấy vật liệu hấp thụ mạnh bước sóng 687 nm phátxạ mạnh với mẫu ủ 1300oC Trên sở đó, để khảo sát ảnh hưởng nồng độphatạp đến tính chất quang vật liệu với mục đích tìm nồng độphatạp tối ưu cho nhóm vật liệu này, tiến hành đo phổ huỳnhquang vật liệu tổng hợp nhiệt độ ủ 1300 oC với tỷ lệ nồng độphatạpCr3+ từ 0.2÷4 % 39 Hình 3.7 Phổ PL bộtMgAl2O4phatạp ion Cr3+ với nồng độ khác ủ nhiệt nhiệt độ 1300oC kích thích bước sóng 380nm Quan sát phổ huỳnhquang vật liệu MgAl2O4phatạp ion Cr3+ ta thấy, nồng độphatạpCr3+ từ 0,2%-0,6% mol xuất tín hiệu phổ huỳnhquang tín hiệu yếu đỉnh phổ thấp Chứng tỏ, phatạp ion Cr3+ nồng độ có thay ion Al3+ ion Cr3+ mạng bắt đầu hình thành pha Khi tăng nồng độphatạp lên 1%, cường độphátxạhuỳnhquang tăng mạnh, phátxạ mạnh bước sóng 687 nm Lúc này,cho ta thấy tăng nồng độphatạpCr3+ ion Cr3+ thay ion Al3+ nhiều hơn, hình thành pha tăng lên làm cho cường độhuỳnhquang tăng lên Khi tăng nồng độphatạp ion Cr 3+ lên 2%-4%, ta thấy cường độhuỳnhquang bị giảm xuống Đây tượng dập tắt huỳnhquang hay dập tắt nồng độ Kết nhận cho thấy nồng độphatạp ion Cr3+ thích hợp 1%mol cho phátxạhuỳnhquang mạnh bước sóng 687 nm 40 KẾT LUẬN Chúng chếtạo thành công bộthuỳnhquangphátxạánhsángđỏMgAl2O4phatạp ion Cr3+phươngpháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt mội trường khơng khí Đã tối ưu điều kiện chếtạo nồng độ, nhiệt độ để thu mạng Phổ huỳnhquang mẫu spinel MgAl2O4 chứa nồng độ ion tạp chất Cr3+ khảo sát nghiên cứu cho phátxạ 680-720nm phổ kích thích huỳnhquangphátxạ mạnh 642 nm Đã tối ưu nồng độphatạp ion Cr3+ 1% nhiệt độ ủ mẫu 13000C cho phátxạ tốt Vật liệu thu có kích thước hạt đồng phù hợp, cho hiệu suất hấp thụ phátxạ tốt Vật liệu huỳnhquangMgAl2O4phatạp ion Cr3+ mà chúng tơi tổng hợp được sử dụng để chếtạo LED chuyên dụng phù hợp với trồng chiếu sáng cho nông nghiệp công nghệ cao mang lại lợi ích hiệu cao 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Lê Tiến Hà (2016), Nghiên cứu chếtạobộthuỳnhquang SrPB, SrPCl Y2O3 phatạp Eu ứng dụng đèn huỳnh quang, Luận án Tiến sĩ khoa học vật liệu – Đại học bách khoa Hà Nội [2] Lục Huy Hồng (2003), Nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+ số vật liệu có cấu trúc spinel, Luận án tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [3] Nguyễn Thành Trung (2009), Nghiên cứu tính chất quang ZnAl2O4:Eu3+ phươngpháp hóa, Khóa luận tốt nghiệp ngành vật lí chất rắn, Đại học Quốc gia Hà Nội [4] Phan Văn Tường (1998), Vật liệu vơ cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (lưu hành nội bộ) [5] Trịnh Thị Loan (2011), Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+ Co2+ spinel ZnAl2O4 oxit thành phần, Luận án tiến sĩ vật lí, trường Đại học Quốc gia Hà Nội Tài liệu Tiếng Anh [6] Acta Chim Slov 2012, “Synthesis and Fluorescent Properties of Chromium-Doped Aluminate Nanopowders” [7] Baranov A.N., Panin G.N., Kang T.W, Jeioh Y., (2005), “Growth of ZnO nanorods from a salt mixture” Nanotechnology, 16, pp 1918 – 1923 [8] Cheng B., Qu S., Zhou H and Wang Z (2006), “Al2O3: Cr3+ nanotubes synthesized via homogenization precipitation followed by heat treatment”,J.Phys Chem B 110, pp.15749-15754 42 [9] Chen D, Wang Y, Hong M (2012), Lanthanide nanomaterials with photon management characteristics for photovoltaic application, Nano Energy 1, pp 73–90 [10] Derkosch J., Mikenda W and Preisinger A (1977), “N-Lines and chromium- pairs in the luminescence spectra of the spinel ZnAl2O4: Cr3+ and MgAl2O4: Cr3+”, J Soild State Chem 22, pp 127-133 [11] Furetta C (2003), Handbook of Thermoluminescence, World Scientific Publishing Co Pte Ltd., Singapore [12] F H LOU and D W G BALLEXTYNE ,Imperial College, London (1968), “Visible and ultra-violet emission and absorption spectra of MgAl2O4 : Cr” [13] Feofilov S.P., Kaplyanskii A.A., Zakharchenya R.I (1996), “Optical generation of nonequilibrium terahertz resonant vibrational excitations in highly porous aluminium oxide”, J Lumin 66&67, pp 349-357 [14] Jablonski (1933), Efficiency of anti-Stokes fluorescence in dyes, Nature 131, pp 839-840 [15] Leverenz H W (1950), An introduction to luminescence of solids, John Wiley & Sons, Inc [16] M.G Brik et al / Journal of Luminescence 177 (2016), “Luminescence of Cr3ỵ ions in ZnAl2O4 and MgAl2O4 spinels: correlation between experimental spectroscopic studies and crystal field calculations” [17] Mikenda W (1981)” N-Lines in the luminescence spectra of Cr3+ doped spinels (III) Partial spectra”, J Lumin 26, pp 85-98 [18] Patra A., Tallman R.E and Wainstein B.A (2005), “Effect of crystal structure and dopant concentratin on the luminescence of Cr3+ in Al2O3 nanocrystals”, Opt Materials, 27, pp 1396-1401 43 [19] Pan C., Chen S Y and Shen P (2008), “Photoluminescence and transformation of dense Al2O3:Cr3+ condensates synthesized by laser-ablation route”, J Cryst Growth, 310, pp 699-705 [20] Phys Chem Minerals (1993), “Vibrational Structure of Luminiscence Spectrum of Cr3+ in MgAl2O4” [21] P.J.Deren’et al/ Journal of Luminescence 1996 of Cr3+_ Dopect MgAl2O4 natural spinel [22] Q Sai et al / Journal of Luminescence 131 (2011), “Mn, Cr-codoped MgAl2O4 phosphors for white LEDs” [23] Qiu X., Li G., Sun X., Li L And Fu X (2008), “Doping effects of Co2+ ions on ZnO nanorods and their photocatalytic properties”, Nanotechnology, 19, 215703 (8 pp) [24] Ronda C (2008), Luminescence From Theory to Applications, WILEYVCH Verlag GmbH & Co KgaA, Weinheim, Germany [25] Solé J G., Bausá L E and Jaque D (2005), An Introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids, John Wiley & Sons Ltd [26] Shinde K.N, Dhoble S.J, Swart H.C and Park K, (2012), Phosphate Phosphors for Solid-State Lighting, Springer Series in Materials Science174, pp 10-26 [27] The-Long Phan et al (2004), “ A new band in Cr3+ -doped MgAl2O4 natural spinel at room temperature” [28] The-Long Phan and Seong-Cho Yu∗Department of Physics, Chungbuk National University, Cheongju 361-763 Manh-Huong Phan Department of Aerospace Engineering, Queens Building 1.53, University Walk, Bristol BS8 1TR, U.K.Thomas P J Han Department of Physics, John Anderson Building, Z07 Rottenrow,University of Strathclyde, Glasgow G4- 44 0NG, Scotland, U.K Photol (2004), "Photoluminescence Properties of Cr3+_Doped MgAl2O4 Natural Spinel” [29] V Singh et al / Journal of Luminescence 129 (2009), “Combustion synthesized MgAl2O4:Cr phosphors—An EPR and optical study” [30] Wood D L., Ferguson J., Knox K and Dillon J F (1963), “Crystal-field spectra of d3,7 Ions III Spectrum of Cr3+ in various Octahedral crystal fields”, J Chem Phys 39 pp 890-898 [31] Wood D.L., Imbusch G.F., Macfarlane R M., Kisliuk P And Larkin D.M (1968), “Optical Spectrum of Cr3+ Ions in Spinels“, J Chem Phys 48 (11), pp 5255-5263 [32] William M.Y, Shigeo S, Hajime Y (2007), Practical Applications of Phosphors CRC Press, pp 105-106 [33] Yen W M., Shionoya S., Yamamoto H (2006), Fundamentals of Phosphors, CRC Press LLC [34] Yen W M., Shionoya S., Yamamoto H (2006), Phosphor handbook, CRC Press LLC 45 ... phát xạ ánh sáng đỏ xa chuyên dụng cho chiếu sáng nông nghiệp MgAl2O4 : Cr3+ phương pháp phương pháp sol- gel Các nhiệm vụ khóa luận là: Sử dụng phương pháp sol- gel để tạo vật liệu MgAl2O4 pha tạp. .. phát từ lí trên, chúng tơi chọn đề tài cho khóa luận là: Chế tạo bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng đỏ MgAl 2O4 : Cr3+ phương pháp sol- gel Nên tơi chọn đề tài nhằm mục đích chế tạo vật liệu phát. .. PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ TUYỀN CHẾ TẠO BỘT HUỲNH QUANG PHÁT XẠ ÁNH SÁNG ĐỎ MgAl2O4 PHA TẠP Cr3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL- GEL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học