Trình bày tổng quan vật liệu SnO2 Phương pháp chế tạo vật liệu các phương pháp phân tích cấu trúc của vật liệu Kết quả phân tích phổ nhiễu xạ tia X Trình bày tổng quan vật liệu SnO2 Phương pháp chế tạo vật liệu các phương pháp phân tích cấu trúc của vật liệu Kết quả phân tích phổ nhiễu xạ tia X luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
NGUYỄN THỊ THÙY LINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU Nguyễn Thị Thùy Linh NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANÔ SnO2:Eu3+ R R LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU KHÓA ITIMS - 2009 KHOÁ ITIMS-2009 HÀ NỘI - 2011 P BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU Nguyến Thị Thùy Linh NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANÔ SnO2:Eu3+ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU KHÓA ITIMS - 2009 Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN NGỌC KHIÊM Lời cảm ơn Để hồn thành luận văn, tơi nhận nhiều giúp đỡ từ thầy, anh chị bạn Tôi xin trân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình TS Trần Ngọc Khiêm thầy giáo hướng dẫn thực luận văn Thầy nhiệt tình bảo từ tơi bắt đầu tham khảo tài liệu, tiến hành thực nghiệm đến việc viết luận văn Xin cảm ơn anh chị nhóm truyền đạt kinh nghiệm giúp tơi việc tìm liệu giải vấn đề thực nghiệm Cảm ơn ban lãnh đạo toàn nhân viên Viện ITIMS tạo điều kiện trang thiết bị thời gian hành để tơi hồn thành sớm phần thực nghiệm Cảm ơn bạn lớp đoàn kết, giúp đỡ cung cấp thông tin học tập tài liệu xa nơi học Cảm ơn người thân, gia đình giúp đỡ mặt tinh thần để tơi đến đích hồn thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Tác giả NGUYỄN THỊ THÙY LINH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Đề tài : NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO SnO : Eu3+ R R P Tác giả luận văn : Nguyến Thị Thùy Linh Khóa : ITIMS 2009- 2011 Người hướng dẫn khoa học : TS Trần Ngọc Khiêm Nội dung tóm tắt : Thế kỷ 21 kỷ ngàng công nghệ mũi nhọn công nghệ sinh học, công nghệ thông tin công nghệ chế tạo vật liệu chế tạo vật liệu quang quang tử thử thách hấp dẫn nhà khoa học Trong công nghệ chế tạo vật liệu quang quang tử thường sử dụng oxít nguyên tố nhóm III nhóm IV SiO , Al2 O , TiO Trong SnO vật liệu R R R R R R R R R R bán dẫn loại n với vùng cấm rộng (E g = 3,6 eV 300 K) ứng dụng rộng rãi R R lĩnh vực quang điện tử Nguyên tố đất europium có nhiều tính chất quan trọng ứng dụng lĩnh vực quang điện, linh kiện dẫn sóng quang, lọc quang, khuếch đại quang, Ion Eu3+ có mức lượng điện tử tự do, Eu3+ pha tạp P P P P vào vật liệu có số đỉnh phát xạ vùng ánh sáng nhìn thấy thích hợp ứng dụng chế tạo linh kiện điện huỳnh quang vùng nhìn thấy Một số kết nghiên cứu cho thấy, vật liệu SnO pha tạp Eu3+ phân tán R R P P số mạng silica cải thiện đáng kể khả phát xạ ion Eu3+ P Việc nghiên cứu chế tạo chế truyền lượng từ mạng sang ion Eu3+ P P vấn đề Vì chúng tơi lựa chọn phương pháp sol-gel để thực đề tài sau : NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO SnO PHA TẠP Eu3+ R R P Kết thu sau : • Đã chế tạo thành cơng vật liệu SnO : Eu3+ phân tán silica R R P P phương pháp sol-gel dạng màng với quy trình chế tạo vật liệu ồn định P • Kết phổ nhiễu xạ tia X cho thấy tinh thể nano SnO : Eu3+ phân tán tốt R R P P mạng silica • Kết chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy hạt tinh thể SnO : R R Eu3+ phân tán SnO : Eu3+ vào mạng silica chế tạo tương đối đồng đều, P P R R P P có kích thước khoảng nm • Kết phân tích phổ huỳnh quang cho thấy vật liệu SnO : Eu3+ phân tán R R P P P P silica phất quang mạnh vùng bước song 590nm 615 nm tương ứng với dịch chuyển mức lượng 5D → 7F 5D → 7F P P R R P P R R P P R R P P R R ion Eu3+ P P Do thời gian thực luận văn có hạn nên chúng tơi chưa giải thích đầy đủ tính chất quang vật liệu, , chúng tơi thực thêm phép đo cấu trúc tính chất vật liệu để làm sáng tỏ vấn đề Danh mục hình vẽ bảng biểu Chương I: TỔNG QUAN Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc ô đơn vị vật liệu SnO R R Hình 1.2 Phổ nhiễu xạ tia X SnO R R Hình 1.3 Hàm phân bố điên tử nguyên tố Ce Hình 1.4 Sự thay đổi bán kính nguyên tử nguyên tố Lantan theo điện tích hạt nhân ngun tử Hình 1.5 Sự thay đổi bán kính ion Ln3+ theo điện tích hạt nhân P P Hình 1.6 Sự phụ thuộc V(r) vào khoảng cách r Hình 1.7 Giản đồ mức lượng số ion đất Hình 1.8 Sơ đồ mức lượng điện tử 4f bị tách tương tác với trường tinh thể mạng Hình 1.9 Sơ đồ tách mức lượng Hình1.10 Sự phát huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp dập tắt huỳnh quang pha tạp với nồng độ cao Hình 1.11 Sơ đồ mức lượng dịch chuyển quang ion Eu3+ P Hình 1.12 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO2 SnO2: Eu3+ Hình 1.13 Sự truyền lượng từ SnO2 sang Eu3 + P P Hình 1.14 Cấu trúc tinh thể vơ định hình thủy tinh Bảng 1.1 Các ion nguyên tố đất hoá trị Chương II: THỰC NGHIỆM Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo mẫu nanơ màng SnO : Eu3+ sol-gel R R P P Hình 2.2 Máy nhiễu xạ tia X Hình 2.3 Sơ đồ hình học tụ tiêu thu cực đại nhiễu xạ tia X Hình 2.4 Mặt phản xạ Bragg Hình 2.5 Ảnh chụp máy đo SEM Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ đo huỳnh quang Hình 2.7 Sơ đồ khối hệ đo phổ kích thích huỳnh Bảng 2.1 Thể tích EuCl3 cho vào dung dịch tương ứng với nồng độ pha tạp Eu3+ Bảng 2.2 Hệ mẫu SnO :Eu3+ với nồng độ pha tạp Eu3+ thay đổi R R P P P P Bảng 2.3 Hệ mẫu SnO :Eu3+ với tỉ lệ TEOS / SnCl 2H O thay đổi R R P P R R R R Bảng 2.4 Hệ mẫu SnO :Eu3+ với số lần Spin-coating tỉ lệ TEOS / SnCl 2H O R R P P R R R R thay đổi Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu SnO : Eu3+ 5% R R P P Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu SnO : Eu3+ 7% R R P P Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu SnO : tỉ lệ 90TEOS /5SnO R R R R Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu SnO : tỉ lệ 90TEOS /5SnO R R R Hình 3.5 Ảnh SEM vật liệu SnO : Eu3+5% chế tạo phương pháp R R P P nhiệt sol-gel Hình 3.6 Ảnh SEM vật liệu SnO : Eu3+3% với tỉ lệ 90TEOS /5SnO chế R R P P R R tạo phương pháp nhiệt sol-gel Hình 3.7 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO :Eu3+ 1% chế tạo phương R R P P pháp sol-gel đo bước sóng kích thích 325 nm Hình 3.8 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO :với tỉ lệ 90TEOS /SnO R R R R chế tạo phương pháp sol-gel đo bước sóng kích thích 325 nm Hình 3.9 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO :3% Eu3+ chế tạo phương R R P P pháp sol-gel đo bước sóng kích thích 325 nm Hình 3.10 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu SnO :1% Eu3+ chế tạo R R P P phương pháp sol-gel quay phủ 25 lớp đo bước sóng kích thích 325 nm Hình 3.11 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu SnO :1% Eu3+ chế tạo R R P P phương pháp sol-gel quay phủ 35 lớp đo bước sóng kích thích 325 nm MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I.1 Vật liệu SnO 1.1 Đặc trưng cấu trúc tinh thể SnO2 R 1.2 Tính chất quang vật liệu SnO R R 2.1 Dây nanô 1.2.2 Nanô hạt, màng SnO R R I.2 Ion đất 2.1 Cấu trúc điện tử ion đất 2.2 Sự tách mức lượng ion tạp 2.3 Sự phát xạ ion đất 2.4 Các dịch chuyển phát xạ không phát xạ ion đất 2.5 Sự dập tắt huỳnh quang 2.6 Ion Europium 2.7 Sự truyền lượng từ mạng SnO sang Eu3+ I.3 Vật liệu SiO R R P P R Chương II THỰC NGHIỆM II.1 Phương pháp chế tạo vật liệu 2.1 Một số phương pháp chế tạo vật liệu sử dụng 2.1.1 Phương pháp sol-gel 2.1.2 Phương pháp nhiệt thủy phân 2.2 Chế tạo vật liệu phát huỳnh quang SnO pha tạp Eu3+ 2.2.1 Hóa chất thiết bị 2.2.2 Chế tạo vật liệu SnO :Eu3+ R R R P R P P P II.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu 2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 2.2 Phương pháp nghiên cứu hình thái bề mặt qua ảnh SEM 2.3 Phổ huỳnh quang PL 2.4 Phổ kích thích huỳnh quang PLE Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 Kết phân tích phổ nhiễu xạ tia X III.2 Kết chụp ảnh hiển vi điện tử quét III.3 Kết chụp phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang vật liệu SnO :Eu3+ -SiO R R P P R R 3.1 Phổ huỳnh quang nano tinh thể SnO R R 3.1.1 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp 3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ mạng SnO - SiO R R R R 3.2.Phổ huỳnh quang PL tinh thể nano SnO R R MỞ ĐẦU Thế kỷ 21 kỷ ngành công nghệ mũi nhọn công nghệ sinh học, công nghệ thông tin cơng nghệ chế tạo vật liệu chế tạo vật liệu quang quang tử thử thách hấp dẫn nhà khoa học Trong công nghệ chế tạo vật liệu quang quang tử thường sử dụng oxít ngun tố nhóm III nhóm IV SiO , Al O , TiO Trong SnO R R R R R R R R R R vật liệu bán dẫn loại n với vùng cấm rộng (E g = 3,6 eV 300 K) ứng dụng R R rộng rãi lĩnh vực quang điện tử, đặc biệt linh kiện điện huỳnh quang điện cực dẫn, lớp phủ suốt, pin mặt trời vật liệu xúc tác vật liệu SnO dạng khối có khác kích thước hạt, nồng độ nút R R khuyết ôxy tính chất điện Vật liệu SnO dạng màng mỏng nhiều R R nhóm quan tâm nghiên cứu năm gần Các kết công bố chứng tỏ nút khuyết ôxy hoạt động tâm phát xạ có vai trị quan trọng tính chất huỳnh quang vật liệu bán dẫn ơxít kim loại Ngun tố đất europium có nhiều tính chất quan trọng ứng dụng lĩnh vực quang điện, linh kiện dẫn sóng quang, lọc quang, khuếch đại quang, Ion Eu3+ có mức lượng điện tử tự Khi vật liệu P P SnO không pha tạp , chuyển tiếp lưỡng cực điện lưỡng cực từ để tạo R R khả nhạy cảm, từ khảo sát vị trí kim loại khí / vị trí đối xứng Sự chuyển tiếp ion Eu3+ giảm xuống mơi trường đối xứng, lưỡng cực P P điện không bị ảnh hưởng môi trường cường độ tán xạ mạnh Ion Eu3+ P P pha tạp vào vật liệu có số đỉnh phát xạ vùng ánh sáng nhìn thấy thích hợp ứng dụng chế tạo linh kiện điện huỳnh quang vùng nhìn thấy Một số kết nghiên cứu cho thấy, vật liệu SnO pha R R tạp Eu3+ phân tán số mạng silica cải thiện đáng kể khả P P phát xạ ion Eu3+ Việc nghiên cứu chế tạo chế truyền lượng P P từ mạng sang ion Eu3+ vấn đề P P Để chế tạo vật liệu nanô SnO :Eu3+ phân tán số mạng R R P P silica có nhiều phương pháp khác phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp nhiệt thuỷ phân Phương pháp sol gel có Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau M171-3%Eu 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 170 160 150 130 110 d=2.010 120 100 90 d=1.922 140 d=2.286 Lin (Cps) 180 80 70 60 50 40 30 20 10 60 50 40 30 20 2-Theta - Scale File: Linh Itims mau M171-3%Eu.raw - Type: Detector Scan - Start: 20.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 0.700 ° - C 00-001-0926 (D) - Tin - Sn - Y: 39.76 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 5.81900 - b 5.81900 - c 3.17530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - - 107.518 00-005-0390 (*) - Tin - alpha-Sn - Y: 39.85 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 6.48900 - b 6.48900 - c 6.48900 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - - 273.233 - Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu SnO2: tỉ lệ 90TEOS /5SnO2 III.2 Kết chụp ảnh hiển vi điện tử quét III.2 Kết chụp ảnh hiển vi điện tử quét Trong cơng nghệ chúng tơi dùng hóa chất ban đầu TEOS khuấy với C2 H OH, sau cho thêm dung mơi HCl , nước khử ion, sau R R R R tiếp tục cho hỗn hợp dung dịch SnCl2 + C H5 OH, cuối cho hỗn hợp dung R R R R R R dịch EuCl + C2 H OH Chúng thay đổi tỉ lệ TEOS / SnO2 theo tỉ lệ : R R R R R R R R 90TEOS /10SnO ; 80TEOS /20SnO ; 70TEOS /30SnO ; 60TEOS /40SnO R R R R R R R Hình 3.6 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu SnO với tỉ lệ R R 70TEOS: 30SnO pha tạp Eu3+ 1% mol chế tạo phương pháp solR R P P gel Chúng ta chưa quan sát thấy hạt nano SnO : Eu3+ R R P P Hình 3.6 Ảnh SEM vật liệu SnO2 với tỉ lệ 70TEOS:30SnO2pha tạp 1% Eu3+ chế tạo phương pháp nhiệt sol-gel Chúng tiếp tục phương pháp chế tạo với tỉ lệ 90TEOS: 10SnO R pha tạp Eu3+ 3% Hình 3.7 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu SnO P P R R R với tỉ lệ 90TEOS: 10SnO pha tạp Eu3+ 3% mol chế tạo phương R R P P pháp sol-gel Chúng ta quan sát thấy hạt nano SnO : Eu3+ R R P P Hình 3.7 Ảnh SEM vật liệu SnO2 với tỉ lệ 90TEOS:10SnO2pha tạp 3% Eu3+ chế tạo phương pháp nhiệt sol-gel Hình 3.8 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu SnO pha tạp Eu3+ 5% R R P P mol chế tạo phương pháp sol-gel Chúng ta nhận thấy hạt nano SnO : Eu3+ đồng đều, có kích thước khoảng nm Chúng ta quan sát thấy rõ R R P P hạt tinh thể SnO : Eu3+ phân tán mạng silica R R P P Hình 3.8 Ảnh SEM vật liệu SnO2: Eu3+5% chế tạo phương pháp nhiệt sol-gel Chúng lại thay đổi tỉ lệ TEOS/SnO với tỉ lệ 90TEOS: 5SnO pha tạp R R R R Eu3+ 1% Hình 3.9 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu SnO với tỉ lệ P P R R 90TEOS: 5SnO pha tạp Eu3+ 1% mol quay phủ 25 lớp chế tạo R R phương pháp sol-gel P P Hình 3.9 Ảnh SEM vật liệu SnO2: Eu3+1% tỉ lệ 90 TEOS : 5SnO2 chế tạo phương pháp nhiệt sol-gel III.3 Kết chụp phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang vật liệu SnO :Eu3+ -SiO R R P P R 3.1 Phổ huỳnh quang nano tinh thể SnO : R R 3.1.1.Ảnh hưởng nồng độ pha tạp Để nghiên cứu tính chất huỳnh quang vật liệu SnO pha tạp Eu3+, R R P P tiến hành đo phổ huỳnh quang Viện Khoa học vật liệu với bước sóng kích thích 325 nm Hình 3.10 trình bày trình bày phổ huỳnh quang mẫu SnO :Eu3+ với R R P P nồng độ 5% mol chế tạo phương pháp nhiệt thủy phân nhiệt độ 180 oC, P đo bước sóng kích thích tương ứng 325 nm P Cêng ®é (®vt®) SnO2:Eu3+ 5%-325nm 550 600 650 700 750 Bíc sãng (nm) Hình 3.10 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO2:Eu3+ 1% chế tạo phương pháp nhiệt thủy phân đo bước sóng kích thích 325 nm Quan sát hình 3.10 thấy phổ huỳnh quang vật liệu SnO pha R R tạp ion Eu3+ cho đỉnh phát xạ đặc trưng ứng với chuyển mức 5D → 7F j (j = 0, P P P P R R P P R R 1, 2, 3, 4) ion Eu3+ P P Khi kích thích bước sóng 325 nm thu phổ huỳnh quang vật liệu SnO pha tạp ion Eu3+ phát xạ mạnh đỉnh 590 nm 615 nm tương ứng với R R P P chuyển mức 5D o → 7F 5D o → 7F ion Eu3+ P P R R P P R R P P R R P P R R P P Khi phân tán vật liệu SnO pha tạp ion Eu3+ vào mạng SiO khả R R P P R R phát xạ huỳnh quang vật liệu SnO : Eu3+ tăng cường đáng kể Hình R R P P 3.11 so sánh cường độ phổ huỳnh quang vật liệu SnO : Eu3+ 5% vật liệu R R P P 10SnO : Eu3+10%-90SiO chế tạo phương pháp nhiệt thủy phân đo bước R R P P R R sóng 325 nm nhóm khác chế tạo thành cơng SnO2: Eu3+ 5% Cêng ®é (®vt®) 10SnO2: Eu3+ 5%-90SiO2 550 600 650 700 750 Bíc sãng (nm) Hình 3.11 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO2 :Eu3+ 5% vật liệu 10SnO : Eu3+ 5%-90SiO đo bước sóng kích thích 325 nm R R R P P R R P P R Chúng tiến hành chế tạo vật liệu SnO pha tạp ion Eu3+ vào mạng SiO R R P P R R phương pháp sol-gel Kết thu khớp với chế tạo vật liệu SnO pha tạp R R ion Eu3+ vào mạng SiO phương phápnhiệt thủy phân P P R R 90TEOS/10SnO2 : 5% Eu3+ 25000 20000 Cêng ®é 15000 10000 5000 500 600 700 Bíc sãng nm Hình 3.12 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO2:Eu3+ % chế tạo phương pháp sol-gel đo bước sóng kích thích 325 nm Để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ pha tạp đến khả phát xạ huỳnh quang vật liệu, nhóm khác tiến hành đo phổ huỳnh quang mẫu vật liệu SnO pha tạp Eu3+ phương pháp nhiệt thủy phân với nồng độ khác R R P P bước sóng kích thích 325 nm, kết thể hình 3.13 10SnO2:Eu3+ 5%-90SiO2 10SnO2:Eu3+ 8%-90SiO2 10SnO2:Eu3+ 10%-90SiO2 Cêng ®é (®vt®) 10SnO2:Eu3+ 12%-90SiO2 10SnO2:Eu3+ 15%-90SiO2 550 600 650 700 750 Bíc sãng (nm) Hình 3.13 Phổ huỳnh quang vật liệu 10SnO : Eu3+-90SiO phụ thuộc vào nồng độ pha tạp đo bước sóng kích thích 325 nm Hình 3.13 phổ huỳnh quang vật liệu 10SnO : Eu3+- 90SiO pha tạp R R P R P R R P R P R R nồng độ khác nhau, xử lý nhiệt 800 oC giờ, đo bước sóng kích thích P P 325 nm Từ hình vẽ nhận thấy nồng độ Eu3+ pha tạp vào SnO tăng đến 10 % P P R R mol, tỷ lệ mạng 10SnO - 90SiO cường độ huỳnh quang vật R R R R liệu tăng lên Nhưng khi nồng độ Eu3+ pha tạp vào SnO tăng 10 % mol P P R R cường độ huỳnh quang vật liệu lại giảm Nguyên nhân hiệu ứng dập tắt huỳnh quang nồng độ Như vật liệu SnO2 : Eu3+ phân tán mạng silica với tỷ lệ R R P P 10SnO - 90SiO phát xạ huỳnh quang mạnh nồng độ Eu3+ pha tạp vào SnO R R 10% mol R R P P R R So sánh kết với kết phổ huỳnh quang mẫu vật liệu SnO R R pha tạp Eu3+ phương pháp sol-gel với nồng độ khác bước sóng kích P P thích 325 nm, chúng tơi thu kết tương tự, kết thể hình 3.14 1% Eu3+ 3% Eu3+ 40000 35000 30000 Cêng ®é 25000 20000 15000 10000 5000 500 600 700 Bíc sãng nm Hình 3.14 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO2:với tỉ lệ 90TEOS /SnO2 chế tạo phương pháp sol-gel đo bước sóng kích thích 325 nm 3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ mạng SnO 2- SiO R R R Để khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mạng SnO - SiO , tiến hành R R R R thay đổi hàm lượng TEOS thêm vào Phổ huỳnh quang chế tạo phương pháp nhiệt thủy phân, ta tăng tỷ lệ SiO mạng cường độ huỳnh quang tất R R chuyển mức từ 5D → 7F j (j = 0, 1, 2, 3, 4) vật liệu tăng lên Hình 3.15 P P R R đướ rõ điều P P R R 40SnO2:Eu3+10%-60SiO2 30SnO2:Eu3+10%-70SiO2 20SnO :Eu3+10%-80SiO2 Cêng ®é (®vt®) 10SnO2:Eu3+10%-90SiO2 550 600 650 700 750 Bíc sãng (nm) Hình 3.15 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO : Eu3+10%-SiO phụ thuộc vào tỷ lệ mạng SnO - SiO bước sóng kích thích 325 nm R R R R R P P R R R Từ hình 3.15 nhận thấy, tăng tỷ lệ SiO mạng cường R R độ huỳnh quang tất chuyển mức từ 5D → 7F j (j = 0, 1, 2, 3, 4) vật liệu P P R R P P R R tăng lên Từ chúng tơi cho rằng, lượng SiO tăng lên làm hạt SnO : Eu3+ R R R R P P phân tán mạng làm tăng hiệu ứng truyền lượng từ SnO sang R R ion Eu3+ Một nguyên nhân khác ion Eu3+ mạng lúc P P P P phân tán làm giảm hiệu ứng dập tắt huỳnh quang theo nồng độ tỷ lệ SiO mạng tăng lên R R Chúng tiến hành chế tạo vật liệu SnO pha tap Eu3+ phân tán silica R R P P sau tiến hành đo phổ huỳnh quang Chúng nhận thấy phổ huỳnh quang vật liệu SnO : Eu3+3%-SiO chế tạo phương pháp sol-gel phụ thuộc vào tỷ lệ R R P P R R mạng SnO - SiO bước sóng kích thích 325 nm thể hình 3.16 R R R R 90TEOS / 5SnO2 90TEOS /10SnO2 70TEOS /30SnO2 40000 35000 30000 Cêng ®é 25000 20000 15000 10000 5000 500 600 700 Bíc sãng nm Hình 3.16 Phổ huỳnh quang vật liệu SnO2:1% Eu3+ chế tạo phương pháp sol-gel đo bước sóng kích thích 325 nm 3.3.2 Phổ kích thích huỳnh quang SnO :Eu3+ R R P Khi ta tiến hành đo phổ kích khích huỳnh quang vật liệu SnO không pha R R tạp Eu3+ không phân tán mạng silica chế tạo phương pháp P P nhiệt thủy phân thấy kết sau Cường độ PLE (.105) (đvtc) 80 60 40 20 10 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng nm Hình 3.17 Phổ kích thích huỳnh quang mẫu SnO :Eu3+ 5%, 150 oC, 22giờ lấy 590 nm R P P R P P Cường độ PLE (.105) (đvtc) 250 200 150 100 50 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng nm Hình 3.18 Phổ kích thích huỳnh quang mẫu SnO :Eu3+ 5%, 150 oC, 22giờ lấy 615 nm R P R P P P Hình 3.17 3.18 trình bày phổ kích thích huỳnh quang mẫu SnO :Eu3+ 5%, R R P P 150 oC, 22giờ với cường độ huỳnh quang phát xạ đo đỉnh huỳnh quang có P P bước sóng 590 nm 615 nm (tương ứng với dịch chuyển phát xạ 5D o → 7F 5D o P P R R P P R R P P R R → 7F ) Từ kết hình 3.17 3.18 cho thấy hình dạng phổ thu hai P P R R hình tương tự phát quang mạnh số bước sóng kích Dưới kích thích này, ion đất Eu3+ chuyển từ trạng thái 7F o lên trạng P P P P R R thái kích thích, tương ứng với bước sóng 362 nm (7F o → 5D ), 378 nm (7F o → P P P P R R P P R R P P R R G2 ), 395 nm (7F o → 5L6), 415 nm (7Fo → 5D3), 465 nm (7Fo → 5D2), 532 nm (7Fo → P R R P P R R P P P P P P P P P P P P D1) P Tại bước sóng kích thích 395 464 nm vật liệu SnO2:Eu3+ cho khả phát xạ P P mạnh Do bước sóng ánh sáng kích thích 395 nm 464 nm sử dụng phép đo phổ huỳnh quang Khi chúng tơi tiến hành đo phổ kích khích huỳnh quang vật liệu SnO2 pha tạp Eu3+ phân tán mạng silica chế tạo phương pháp sol-gel cho P P thấy kết tương tự chế tạo phương pháp nhiệt thủy phân 3% Eu3+ 1% Eu3+ 1500000 Cêng ®é PLE 1000000 500000 350 400 450 500 550 600 Bíc sãng nm Hình 3.19 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu SnO2 chế tạo phương pháp sol-gel quay phủ 25 lớp cho huỳnh quang phát xạ 615 nm 35 líp 25 líp 1400000 1200000 Cêng ®é PLE 1000000 800000 600000 400000 200000 -200000 350 400 450 500 550 600 Bíc sãng nm Hình 3.20 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu SnO2:3% Eu3+ chế tạo phương pháp sol-gel cho huỳnh quang phát xạ 590 nm Tại bước sóng kích thích 390và 466 nm vật liệu SnO2:Eu3+ - SiO2 cho khả P P phát xạ mạnh Do bước sóng ánh sáng kích thích 390 nm 464 nm sử dụng phép đo phổ huỳnh quang Như kết cho thấy chế tạo phương pháp sol- gel hay phương pháp nhiệt thủy phân cho kết tương đương KẾT LUẬN Sau thời gian học tập nghiên cứu, thu kết sau: Đã chế tạo thành cơng vật liệu SnO2 SnO2: Eu3+ SnO2: Eu3+ phân tán P P P P mạng silica với quy trình chế tạo vật liệu ổn định Kết phổ nhiễu xạ tia X cho thấy nano tinh thể SnO2: Eu3+ phân tán P P tốt mạng silica xử lý mẫu nhiệt độ thích hợp Kết chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy hạt tinh thể SnO2: Eu3+ phân tán SnO2: Eu3+ vào mạng silica chế tạo tương P P P P đối đồng đều, có kích thước khoảng nm Đã cải thiện khả phát xạ huỳnh quang vật liệu SnO2: Eu3+ P P pha tạp vào mạng silica Kết phân tích phổ huỳnh quang cho thấy vật liệu SnO2: Eu3+ phân tán P P mạng silica phát quang mạnh vùng bước sóng 590 nm 615 nm tương ứng với dịch chuyển mức lượng 5Do → 7F1 5Do → P P P P P P P F2 ion Eu3+ P P P Đã khảo sát tính chất huỳnh quang vật liệu SnO2: Eu3+ phân tán P P mạng silica xử lý nhiệt 9000C P P Do thời gian thực luận văn có hạn nên chúng tơi chưa giải thích đầy đủ tính chất quang vật liệu, đặc biệt mẫu xử lý nhiệt độ khác Trong hướng nghiên cứu tiếp theo, thực thêm phép đo cấu trúc tính chất vật liệu để làm sáng tỏ vấn đề tâm phát quang có vật liệu Vì phổ PLE thuờng phân tích tới bước sóng cực đại phổ phát xạ Phổ PLE thu cách đo cường độ phát xạ huỳnh quang I px theo bước sóng xác định thay đổi lượng photon R R kích thích hω kt có cuờng độ I kt khơng đổi Cường độ phát xạ phụ thuộc vào R R R R lượng kích thích I px = f(hω kt ) R R R R PLE thường có số đỉnh, đỉnh cho biết lượng photon kích thích cho phát xạ mạnh Với hệ mẫu chế tạo SnO :Eu3+, thực R R P P phép đo PLE lấy bước sóng 590 nm 615 nm hai bước sóng phát xạ mạnh mà nhiều tác giả cơng bố Nguồn kích thích đèn Xenon có nhiều bước sóng khác nhau, kích thích nhiều chế độ làm đa dạng phép đo cho kết tốt Từ xác định bước sóng phát xạ mạnh thơng qua phổ PLE giá trị 395 nm 464 nm số bước sóng phát xạ khác Các bước sóng phát xạ mạnh phổ kích thích lại sử dụng để đo huỳnh quang cho hệ vật liệu ... nghiên cứu vi cấu trúc vật liệu SnO người ta thường sử dụng R R phương pháp phân tích thơng dụng phân tích cấu trúc phổ nhiễu x? ?? tia X Hình 1.2 đưa phổ nhiễu x? ?? tia X điển hình vật liệu Trên hình... 1,58 II.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu 2.1 Phương pháp nhiễu x? ?? tia X XRD (X- ray điffraction) phương pháp hiệu để nghiên cứu cấu trúc tinh thể x? ?c định kích thuớc hạt vật liệu Nguyên... III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3.1 Giản đồ nhiễu x? ?? tia X vật liệu SnO : Eu3+ 5% R R P P Hình 3.2 Giản đồ nhiễu x? ?? tia X vật liệu SnO : Eu3+ 7% R R P P Hình 3.3 Giản đồ nhiễu x? ?? tia X vật liệu