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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - BÙI THỊ NGỌC BÍCH TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA (Y,Gd)BO3 PHA TẠP Eu 3+ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa vơ HÀ NỘI – 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA (Y,Gd)BO3 PHA TẠP Eu 3+ Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Ngọc Bích Ngành học: Hóa vơ Người hướng 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, người tận tình hướng 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 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 bạn sinh viên lớp K40A 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 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 trường 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 Phương pháp nghiên cứu Bố cục khóa luận CHƯƠNG 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 phương pháp tổng hợp bột huỳnh quang 17 1.2.1 Phương pháp kỹ thuật gốm cổ truyền (phản ứng pha rắn) 17 1.2.2 Phương pháp đồng kết tủa 17 1.2.3 Phương pháp sol-gel 18 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục đính phương pháp nghiên cứu 20 3+ 2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu phương 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 3+ 2.3 Khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu 23 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc nhiễu xạ tia X 23 2.3.2 Ảnh hiển vi điện tử quét (FESEM) 25 2.3.3 Phương pháp đo phổ huỳnh quang 26 CHƯƠNG 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+ 3.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu 31 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu 31 3.3.2 Ảnh hưởng 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 mơ 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 người với ánh sáng vùng nhìn thấy 10 Hình 1.4 Phổ phát xạ bột huỳnh quang LaPO4 đồng pha tạp Ce3+ Tb3+ có kích thước micro mét (bulk) kích thước nano (nano) 12 Hình 1.5 Phổ huỳnh quang bột BAM:Eu 2+ với bước sóng kích thích 325nm,đo nhiệt độ phòng 13 3+ Hình 1.6 Giản đồ mức lượng dịch chuyển quang ion Eu 15 3+ Hình 1.7 Sự truyền lượng từ ion Gd đến ion Eu 3+ Hình 1.8 Phổ huỳnh quang (Y,Gd)BO3: Eu 16 3+ 16 (ex =254 nm) 3+ Hình 1.9 Phổ huỳnh quang Y2O3: Eu (ex = 325 nm) 16 Hình 2.1 Quy trình chế tạo vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu3+ phương pháp sol-gel22 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)BO pha tạp Eu 3+ 6% ủ nhiệt độ khác 28 3+ Hình 3.2 Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu o ủ 1100 C với nồng độ khác 29 3+ Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu 6% 32 Hình 3.5 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu 3+ 6% ủ nhiệt o 1100 C 33 Hình 3.6 Phổ huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu 3+ o 6% ủ nhiệt 1100 C với bước sóng khác 34 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu 3+ o ủ 1100 C 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 tượng 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 người Nhiều dạng hình, thiết bị y học đại, đèn conpact tiết kiệm lượng… có 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 ưu vừa có tuổi thọ cao, vừa tiết kiệm điện sáng so với đèn dây tóc Đèn huỳnh quang thương mại giới thiệu lần vào năm 1930 nhanh chóng chiếm vị trí thị trường 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 lượng ánh sáng đèn huỳnh quang phụ thuộc vào chất lượng bột huỳnh quang Theo chế phát quang đèn huỳnh quang hiệu suất chuyển đổi từ lượng điện thành lượng ánh sáng khoảng từ 15 - 25% (là cao nhiều so với đèn dây tóc 5% lượng điện tiêu thụ 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 thường 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 lượng nguồn sáng nâng cao Do đó, với nghiên cứu nhằm cải tiến kích cỡ hình dạng đèn, cải tiến điện cực mơi trường phóng điện, nghiên cứu chế tạo cải tiến lớp bột huỳnh quang tráng phủ ống đèn nỗ lực thực suốt nhiều thập niên vừa qua nhằm tạo nguồn sáng có hiệu suất cao chất lượng tốt Đến năm 1970, ngành cơng nghiệp chiếu sáng có bước tiến lớn chất phosphor pha tạp ion đất nghiên cứu ứng dụng Các ion đất (RE) có cấu hình điện tử đặc biệt, có lớp điện tử 4f chưa lấp đầy lớp bên 5d 6s lấp đầy, nên dịch chuyển quang học ion bị ảnh hưởng trường 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, người ta tạo bột huỳnh quang phát ba màu (đỏ, xanh lục, xanh lam) trộn lại với Các hệ bột 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 3+ 2+ 3+ màu bản, ion đất lựa chọn nhiều Tb , Eu Eu 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 Eu 2+ 3+ Eu ) cho phát xạ ba màu xanh lục, xanh lam màu đỏ Thông thường, ion Eu cho phát xạ xanh lam (blue) xanh lục (green), ion Eu [1,2,3,4,5,22], ion Tb 3+ 3+ 2+ cho phát xạ đỏ (red) 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 đưa vào sử dụng sản xuất thương mại Tuy nhiên để có loại bột huỳnh quang chất lượng 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 nghiên cứu chế tạo Chính vậy, chúng tơi chọn đề tài: “Tổng hợp tính chất quang 3+ (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu ” Mục tiêu chọn đề tài 3+ - Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3: Eu E1 E2 E3 Hình 2.5 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử Bức xạ tới vật chất truyền lượng cho điện tử, kích thích chúng chuyển từ mức lên trạng thái kích thích có lượng cao Ở trạng thái không bền điện tử truyền lượng cho điện tử hay phonon mạng chuyển mức có lượng thấp điện tử chuyển trạng thái giải phóng photon sinh huỳnh quang Nếu chuyển dời mức lượng có khoảng cách đủ hẹp khơng phát photon, chuyển dời chuyển dời không phát xạ Các xạ thường sử dụng để kích thích phổ huỳnh quang xạ có bước sóng nằm vùng hấp thụ vật liệu Tính chất quang vật liệu khảo sát phổ huỳnh quang (PL) hệ đo quang với máy đo phân giải cao, đo Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST) - Trường đại học Bách khoa Hà Nội Nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bước 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 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong chương này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu thu 3+ ảnh hưởng nhiệt độ ủ mẫu nồng độ pha tạp Eu đến hình thành pha, tính chất phát quang, hình thái bề mặt hạt kết thu từ việc chế tạo bột huỳnh quang 3.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu Cấu trúc mạng tinh thể yếu tố ảnh hưởng đến tính chất quang bột huỳnh quang mạng tinh thể khác ảnh hưởng khác trường tinh thể đến tâm phát xạ Ngoài tương thích bán kính ion nguyên tố thành phần mạng nguyên tố pha tạp định khả thay ion pha tạp vào mạng 3+ Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu 6% ủ ở nhiệt độ khác 3+ Hình 3.1 Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu ủ nhiệt độ khác 6% Kết phổ nhiễu xạ tia X hình 3.1 cho thấy đỉnh nhiễu xạ hồn toàn phù hợp với thư viện phổ PDF ( thẻ 74-1929), kết mẫu chế tạo 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 o nhiệt nhiệt độ 800 C) sang trạng thái tinh thể ( mẫu ủ nhiệt nhiệt độ o 800 C cao hơn) Như nhiệt độ kết tinh bột ( Y1-XGdx)0.95BO3: Eu0,05 3+ o nằm khoảng 800-900 C, nhiệt độ kết tinh thấp so với phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống Sau kết tinh pha YBO3 hình thành o mẫu với cấu trúc lục giác (hexagonal) Khi tăng nhiệt độ thiêu kết lên 900 C, cường độ đỉnh nhiễu xạ tăng lên Điều cho thấy tính kết tinh ( pha tinh thể ) vật o liệu tăng lên nhiệt độ thiêu kết tăng Khi nhiệt độ thiêu kết tăng lên 900 C o 1000 C cường độ đỉnh nhiễu xạ mạng YBO3 tăng lên mạnh Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu 3+ o ủ 1100 C với nồng độ khác Hình 3.2 Kết phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu o ủ 1100 C với nồng độ khác 3+ 3+ Kết hình 3.2 cho thấy nồng độ ion Eu tăng từ 1% đến 3%, giản đồ nhiễu xạ thu thay đổi không đáng kể Điều cho thấy mẫu có cấu trúc tinh thể hay nói cách khác tăng nồng độ 3+ ion Eu khoảng nồng độ không làm thay đổi cấu trúc tinh thể 3+ mạng Tuy nhiên, tăng nồng độ ion Eu từ tăng từ 5% đến 35%, giản đồ nhiễu xạ thu có thay đổi Từ chúng tơi đến kết luận 3+ có thay đổi cấu trúc tinh thể mạng nồng độ ion Eu lớn % 3.2 Hình thái bề mặt vật liệu (FESEM) Kết hình thái bề mặt (Y0,6Gd0,35)BO3: Eu0,05 3+ nhiệt độ khác thể hình 3.3 a d b e c g f 3+ o o Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu (Y,Gd)BO3 pha tạp Eu 6% ủ nhiệt từ 600 C đến 1200 C o Kết hình 3.3 cho thấy mẫu ủ nhiệt 800 C vật liệu bắt đầu kết tinh chưa hình thành dạng hạt cách rõ nét (có thể tượng kết đám) Kích thước hạt nhỏ cỡ vài chục nm, có nhiều hình dạng kích thước khơng đồng Hiện tượng kết đám khuếch tán nhiệt trình thiêu kết Trên thực tế mẫu bột thường nghiền trước sử dụng để nhận hạt với kính thước đồng o Tuy nhiên, tăng nhiệt độ thiêu kết lên 900 1000 C hạt o mẫu tách ra, bị kết đám so với mẫu thiêu kết 800 C Sự tách hạt vật liệu thu có cấu trúc ổn định xác nhận từ kết đo giản đồ nhiễu xạ tia X 3+ 3.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu 3+ Bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3:Eu 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 hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu 3+ Kết ảnh hưởng nhiệt độ nung vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu 6% kích bước sóng 394nm đến cường độ vật liệu huỳnh quang thể 612 617 624 hình 3.4 Cờng độ (đ.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) 690 720 Cờng độ 612 nm 600 700 800 900 1200 1000 1100 o NhiƯt ®é ( C) Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3:Eu 3+ 6% Kết hình 3.4 thu cho thấy tồn đỉnh phát xạ bước sóng ~594 nm, ~612 nm đến ~617 nm, ~624 nm, ~627 nm đến ~707 nm Nguồn gốc đỉnh phát xạ lý giải chuyển mức điện tử 7 3+ từ trạng thái D0 - F1, D0 - F1 D0 - F1 ion Eu mạng (Y,Gd)BO3 o Tuy nhiên mẫu ủ nhiệt độ thấp 600 C phổ PL cho thấy đỉnh 3+ phát xạ đặc trưng cho ion Eu mạng (Y,Gd)BO3 chưa xuất o Điều lý giải nhiệt độ thiêu kết 600 C pha (Y,Gd)BO3 chưa hình thành kết hoàn toàn phù hợp với kết XRD hình 3.1 o o Kết cho thấy tăng nhiệt độ ủ từ 600 C đến 1100 C cường độ phát quang đỉnh tăng Sự tăng cường độ huỳnh quang giải thích kết tinh tốt mạng YBO3 tăng nhiệt độ thiêu kết khoảng nhiệt độ Điều hoàn toàn phù hợp với kết thu khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết cấu trúc mạng hình 3.4 o Tuy nhiên tiếp tục tăng nhiệt độ thiêu kết lên 1200 C, nhận thấy cường độ phát quang đỉnh giảm xuống Đó thiêu kết nhiệt độ cao xảy tượng kết đám tinh thể huỳnh quang khuếch tán nhiệt, kết cường độ phát quang giảm Như vậy, từ kết nhận chúng tơi kết luận 3+ bột (Y,Gd)BO3: Eu thu có cấu trúc ổn định cường độ phát quang tốt o thiêu kết 1100 C 3+ Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu 6% ủ nhiệt o 1100 C với bước sóng khác thể hình 3.5 270 300 363 385 394 321 C•êng ®é (®.v.t.l) PLE591 PLE612 PLE616 PLE624 PLE627 PLE707 350 400 465 450 500 550 B•íc sãng (nm) 3+ Hình 3.5 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu o nhiệt 1100 C 6% ủ Phổ kích thích huỳnh quang hình 3.5 rằng, vật liệu 3+ (Y,Gd)BO3:Eu 6% hấp thụ mạnh bước sóng ~394 nm Đỉnh hấp thụ ~394 nm có nguyên nhân từ dịch chuyển điện tử từ trạng thái F0- L6 đặc trưng 3+ cho chuyển dời f-f iơn Eu Ngồi ra, chúng tơi quan sát 3+ đỉnh hấp thụ đặc trưng cho chuyển dời f-f iôn Eu với cường độ yếu 7 ~321 nm ( F0- H3), ~363 ( F0- D4), 385-394 nm ( F0- G2-6), 465 nm ( F0- D2) Kết sở quan trọng để chúng tơi sử dụng bước sóng kích thích ~394 nm nhằm thực bước nghiên cứu tính chất quang loại vật liệu Để kiểm tra lại nhận định tiến hành đo phổ PL với ba bước sóng kích thích, chúng tơi khảo sát phổ huỳnh quang vật liệu 3+ (Y,Gd)BO3: Eu o 6% ủ nhiệt 1100 C với bước sóng khác th hin hỡnh 3.6 627 Cờng độ (đ.v.t.l) 612 617 624 EX270nm EX321nm EX363nm EX385nm EX394nm EX465nm 707 594 570 600 630 660 690 720 B•íc sãng (nm) 3+ Hình 3.6 Phổ huỳnh quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu o 6% ủ nhiệt 1100 C với bước sóng khác 3+ Kết hình 3.6 cho thấy vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu 6% ủ nhiệt o 1100 C kích thích bước sóng 270nm, 321nm, 363nm, 385nm 465nm cho phát xạ bước sóng 594nm, 612nm, 617nm, 624nm, 627nm 707nm Tuy nhiên kích thích thích bước sóng 394nm cho cường độ đỉnh tốt Ngồi kích thích bước sóng 465nm cho cường độ tương 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 hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu 3+ o Kết (Y,Gd)BO3: Eu ủ 1100 C với nồng độ khác 3+ ion Eu kích thích nguồn He-Cd bước sóng 394 nm nhiệt độ phòng th hin hỡnh 3.7 Cờng độ (đ.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 Cờng độ (nm) 690 720 5.5x10 5.0x10 4.5x10 4.0x10 Cờng độ (đ.v.t.l) 6.0x10 3.5x10 3.0x10 2.5x10 2.0x10 1.5x10 1.0x10 20% 23% 26% 30% 35% 5.0x10 0.0 550 600 650 700 750 B•íc sãng (nm) Ex: 394 nm Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu 3+ o (Y,Gd)BO3:Eu ủ 1100 C 3+ Kết hình 3.7 cho thấy tăng nồng độ Eu cường độ huỳnh 3+ quang tăng cường độ huỳnh quang lớn nồng độ Eu 3+ nhiên nồng độ Eu 20% Tuy 20% cường độ huỳnh quang lại giảm Điều 3+ lý giải sau: nồng độ pha tạp đủ lớn, ion Eu 3+ nhau, dẫn đến truyền lượng ion Eu pha tạp gần với kết giảm cường độ huỳnh quang Hiện tượng gọi tượng dập tắt huỳnh quang nồng độ, mơ tả hình 3.8 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) KẾT LUẬN 3+ Chúng chế tạo thành công bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3:Eu phương pháp sol-gel: Kết XRD cho thấy pha (Y,Gd)BO3 bắt đầu hình thành nhiệt o độ thiêu kết 800 C 3+ Bột huỳnh quang (Y,Gd)BO3:Eu nhận phát xạ mạnh vùng đỏ xung quanh bước sóng 613nm Điều kiện tối ưu nhiệt độ thiêu kết cường độ huỳnh quang o cao tìm 1100 C Cường độ huỳnh quang tăng dần nồng độ 3+ 3+ Eu tăng đạt cường độ quang tốt nồng độ Eu 20% 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 3+ 3+ Eu Tb , 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:Eu 3+ 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 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 Ba3Ca 3(PO 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 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 Eu 3+ ... KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA (Y,Gd)BO3 PHA TẠP Eu 3+ Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Ngọc Bích Ngành học: Hóa vô Người hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Quang HÀ NỘI – 2018... CHƯƠNG 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... Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu (Y,Gd)BO3: Eu 3+ o ủ 1100 C 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)