Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của Nanofluorit pha tạp đất hiếm LaF3 RE3 RE3 Sm3 Ho3 Eu3

Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của Nanofluorit pha tạp đất hiếm LaF3 RE3 RE3 Sm3 Ho3 Eu3 Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của Nanofluorit pha tạp đất hiếm LaF3 RE3 RE3 Sm3 Ho3 Eu3 Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của Nanofluorit pha tạp đất hiếm LaF3 RE3 RE3 Sm3 Ho3 Eu3 luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Hoàng Mạnh Hà CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANOFLUORIT PHA TẠP ĐẤT HIẾM LaF3:RE3+ (RE3+: Sm3+, Ho3+, Eu3+) LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Hoàng Mạnh Hà CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANOFLUORIT PHA TẠP ĐẤT HIẾM LaF3:RE3+ (RE3+: Sm3+, Ho3+, Eu3+) Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 9440130.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Văn Vũ PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn nghiên cứu khoa học PGS.TS Lê Văn Vũ PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Các số liệu kết trình bày Luận án trích dẫn từ báo cộng công bố trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Hoàng Mạnh Hà LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hướng dẫn khoa học giúp đỡ tận tình tinh thần vật chất PGS.TS Lê Văn Vũ PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Trước hết, xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến người thầy tập thể cán bộ, giáo viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu phịng thí nghiệm Tơi xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nơi trực tiếp quản lý đào tạo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực luận án Tôi xin trân trọng dành biết ơn đến Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội tập thể cán bộ, giảng viên nơi công tác tạo điều kiện thuận lợi cho tơi để hồn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Lê Văn Tuất, TS Phan Văn Độ, TS Trần Thị Quỳnh Hoa tập thể cán bộ, nghiên cứu sinh chuyên ngành người giúp đỡ, cổ vũ động viên suốt trình làm luận án Cuối cùng, tơi xin dành tình cảm biết ơn sâu nặng tới người thân gia đình: cha, mẹ, vợ, con, anh chị em… nguồn động viên chia sẻ ln bên tơi giúp tơi hồn thành cơng việc Tác giả Hoàng Mạnh Hà MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 VẬT LIỆU HỌ LANTAN FLORUA 1.1.1 Tính chất chung 1.1.2 Vật liệu LaF3 1.1.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu nanoflorua 10 1.2 TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC ION ĐẤT HIẾM 13 1.2.1 Đặc điểm quang phổ ion đất 13 1.2.2 Tính chất ion đất trường tinh thể 18 1.2.3 Các chuyển dời phát xạ ion đất 21 1.2.4 Các chuyển dời không phát xạ ion đất 23 1.2.5 Quá trình phục hồi đa phonon 23 1.2.6 Quá trình truyền lượng 24 1.2.7 Các mơ hình truyền lượng 25 1.3 LÝ THUYẾT JUDD - OFELT 27 1.3.1 Nguyên lý lý thuyết Judd - Ofelt 27 1.3.2 Ý nghĩa thông số cường độ Ωλ 31 1.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DỰA TRÊN LÝ THUYẾT JUDD - OFELT 34 1.4.1 Xác định thông số cường độ Ωλ từ phổ hấp thụ 34 1.4.2 Phân tích thơng số quang học theo lý thuyết Judd - Ofelt 36 1.4.3 Thành công hạn chế lý thuyết Judd - Ofelt 39 1.5 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ VỀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC NANO PHA TẠP ĐẤT HIẾM 40 i CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 43 2.1 CHẾ TẠO HỆ VẬT LIỆU LaF3:RE3+ CÓ CẤU TRÚC NANO MÉT 43 2.1.1 Phương pháp thủy nhiệt chế tạo vật liệu nano LaF3:RE3+ 43 2.1.2 Quy trình xử lý mẫu, ép mẫu tính nồng độ 47 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH HÓA - LÝ 48 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 49 2.2.2 Phép đo phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 50 2.2.3 Phép khảo sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) 51 2.2.4 Phép khảo sát kính hiển vi điện tử truyền qua 52 2.2.5 Phép đo phổ hấp thụ 52 2.2.6 Phép đo phổ huỳnh quang phổ kích thích huỳnh quang 54 2.2.7 Phép đo thời gian sống phát xạ 55 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 56 CHƯƠNG TÍNH CHẤT CẤU TRÚC, QUANG HỌC VÀ ỨNG DỤNG QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU LaF3:Sm3+ 57 3.1 CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI HỌC CỦA MẪU NANO LaF3:Sm3+ 57 3.1.1 Cấu trúc tinh thể mẫu LaF3:Sm3+ 57 3.1.2 Hình thái học mẫu LaF3:Sm3+ 60 3.2 TÍNH CHẤT QUANG VÀ PHÂN TÍCH JUDD - OFELT CHO HỆ LaF3:Sm3+ 62 3.2.1 Phổ hấp thụ mẫu LaF3:Sm3+ 62 3.2.2 Thông số liên kết hiệu ứng Nephelauxetic mẫu LaF3:Sm3+ 64 3.2.3 Phân tích Judd - Ofelt thơng số cường độ mẫu LaF3:Sm3+ 66 3.2.4 Tính chất phát xạ mẫu LaF3:Sm3+ 71 3.3 PHỔ HUỲNH QUANG, KÍCH THÍCH HUỲNH QUANG VÀ GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CÁC MẪU LaF3:Sm3+ 74 3.3.1 Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang mẫu LaF3:Sm3+ 74 3.3.2 Giản đồ mức lượng tọa độ màu CIE mẫu LaF3:Sm3+ 77 3.4 THỜI GIAN SỐNG PHÁT XẠ VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC MẪU LaF3:Sm3+ 79 3.4.1 Thời gian sống phát xạ mẫu LaF3:Sm3+ 79 3.4.2 Quá trình truyền lượng ion Sm3+ 82 ii 3.4 HIỆU ỨNG QUANG XÚC TÁC CỦA CÁC MẪU LaF3:Sm3+ 84 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 88 CHƯƠNG TÍNH CHẤT CẤU TRÚC VÀ QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU LaF3:Ho3+ VÀ LaF3:Eu3+ 90 4.1 CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI HỌC CỦA MẪU NANO LaF3:Ho3+ 90 4.1.1 Cấu trúc tinh thể mẫu LaF3:Ho3+ 90 4.1.2 Hình thái học mẫu LaF3:Ho3+ 93 4.2 TÍNH CHẤT QUANG VÀ PHÂN TÍCH JUDD-OFELT CHO HỆ LaF3:Ho3+ 94 4.2.1 Phổ hấp thụ mẫu LaF3:Ho3+ 94 4.2.2 Thông số liên kết hiệu ứng Nephelauxetic mẫu LaF3:Ho3+ 96 4.2.3 Phân tích Judd - Ofelt thông số cường độ mẫu LaF3:Ho3+ 97 4.2.4 Tính chất phát xạ mẫu LaF3:Ho3+ 100 4.3 PHỔ HUỲNH QUANG, KÍCH THÍCH HUỲNH QUANG VÀ GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CÁC MẪU LaF3:Ho3+ 103 4.3.1 Phổ huỳnh quang mẫu LaF3:Ho3+ 103 4.3.2 Phổ kích thích huỳnh quang mẫu LaF3:Ho3+ 106 4.3.3 Giản đồ mức lượng tọa độ màu CIE mẫu LaF3:Ho3+ 107 4.4 TÍNH CHẤT CẤU TRÚC VÀ QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU LaF3:Eu3+ 108 4.4.1 Cấu trúc hình thái học mẫu LaF3:Eu3+ 108 4.4.2 Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang mẫu LaF3:Eu3+ 112 4.4.3 Phân tích Judd - Ofelt tính chất phát xạ hệ mẫu LaF3:Eu3+ 117 4.4.4 Giản đồ mức lượng tọa độ màu CIE mẫu LaF3:Eu3+ 120 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CUẢ TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CIE Ủy ban quốc tế chiếu sáng (Commission internationale de l'éclairage) CTAB C19H42BrN DD Lưỡng cực - lưỡng cực (Dipole - Dipole) DQ Lưỡng cực - tứ cực (Dipole - Quadrupole) ED Lưỡng cực điện (Electric Dipole) EDS Phổ tán sắc lượng (Energy Dispersive Spectroscopy) FFT Fast Fourier Transform HR -TEM Hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (High Resolution Transmission Electron Microscopy) IH Inokuti - Hirayama JCPDS Joint Committee on Powder Diffraction Standards JO Judd - Ofelt LED Điốt phát quang (Light Emitting Diode) KBr Kali Bromua MD Lưỡng cực từ (Magnetic Dipole) NIR Vùng hồng ngoại gần (Near infrared) NR Chuyển dời không phát xạ (Nonradiatve transition) PET Chuyển dời điện tử túy (Pure electron Transition) PL Huỳnh quang (Photoluminescence) PLE Kích thích huỳnh quang (Photoluminescence excitation) PSB Phonnon Sideband QQ Tứ cực - Tứ cực (Quadrupole - Quadrupole) R6G Rhozamine6G RE Đất (Rare Earth) RE3+ Ion đất hóa trị (Trivalent rare earth ions) iv SEM Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) TEM Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope) UV Tử ngoại (Ultraviolet) Vis Khả kiến (Visible) XRD Nhiễu xạ tia X (X Ray Diffraction) YT Yokota – Tamimoto ZPL Vạch zezo - phonon (Zezo phonon line) v DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Hằng số mạng tọa độ tinh thể LaF3 nhóm đối xứng P 3c1 Bảng 1.2 Một số tính chất lý hóa LaF3 Bảng 1.3 Cấu hình điện tử, trạng thái bản, bán kính ion khối lượng mol ion đất hoá trị 17 Bảng 1.4 Số mức ứng Stark với giá trị J 20 Bảng 1.5 Các toán tử chuyển dời quy tắc lọc lựa tương ứng ion RE3+ tự 22 Bảng 1.6 Một số kết nghiên cứu vật liệu nano pha tạp đất sử dụng mơ hình lý thuyết JO 41 Bảng 2.1 Ký hiệu mẫu vật liệu LaF3:RE3+ sử dụng luận án 48 Bảng 3.1 Hằng số mạng kích thước trung bình hạt nano LaF3:Sm3+ 59 Bảng 3.2 Các chuyển mức lượng thông số liên kết mẫu LaF3:Sm3+ 65 Bảng 3.3 Cường độ dao động tính tốn, lý thuyết thơng số Judd - Ofelt mẫu LaF3:5%Sm3+ 68 Bảng 3.4 Các thông số Judd - Ofelt mẫu LaF3:5%Sm3+ số trường hợp mẫu pha tạp với nồng độ khác 69 Bảng 3.5 So sánh thông số Judd - Ofelt trường hợp pha tạp ion Sm3+ mạng khác 70 Bảng 3.6 Các yếu tố ma trận, xác suất chuyển dời 𝐴𝑒𝑑, 𝐴𝑚𝑑, 𝐴𝑅 mẫu LaF3:5%Sm3+ 72 Bảng 3.7 Độ rộng vạch hiệu dụng, tỉ số phân nhánh thực nghiệm tiết diện phát xạ cưỡng mẫu LaF3:5%Sm3+ 73 Bảng 3.8 Thời gian sống phát xạ, hệ số truyền lượng, hiệu suất lượng tử mẫu LaF3:Sm3+ 84 Bảng 4.1 Năng lượng chuyển dời, thông số nephelauxetic, thông số liên kết mẫu LaF3:5%Ho3+ 97 vi ... tạo khảo sát tính chất quang tinh thể nanofluorit pha tạp ion đất khác Đề tài luận án chọn ? ?Chế tạo nghiên cứu tính chất quang Nanofluorit pha tạp đất LaF3: RE3+ (RE3+ : Sm3+ , Ho3+ , Eu3+ )” Mục tiêu... NHIÊN _ Hoàng Mạnh Hà CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANOFLUORIT PHA TẠP ĐẤT HIẾM LaF3: RE3+ (RE3+ : Sm3+ , Ho3+ , Eu3+ ) Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 9440130.02 LUẬN... nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu quang phổ mạng thủy tinh tinh thể Việc áp dụng nghiên cứu mạng tinh thể nano chưa đề cập nghiên cứu Với sở nêu trên, định tập trung vào nghiên cứu chế tạo