Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu bamgal10o17 đồng pha tạp ion mn4 và ion mg2

Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu bamgal10o17 đồng pha tạp ion mn4 và ion mg2 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu bamgal10o17 đồng pha tạp ion mn4 và ion mg2 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu bamgal10o17 đồng pha tạp ion mn4 và ion mg2 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu bamgal10o17 đồng pha tạp ion mn4 và ion mg2 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu bamgal10o17 đồng pha tạp ion mn4 và ion mg2 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu bamgal10o17 đồng pha tạp ion mn4 và ion mg2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ KIM NGUYỆT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17 ĐỒNG PHA TẠP ION Mn4+ VÀ ION Mg2+ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÝ KỸ THUẬT Hà Nội – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ KIM NGUYỆT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17 ĐỒNG PHA TẠP ION Mn4+ VÀ ION Mg2+ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM THÀNH HUY Hà Nội – Năm 2018 Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận văn kết nghiên cứu thân thời gian học tập viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ - ĐH Bách khoa Hà Nội Các kết đạt hoàn toàn trung thực Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Người cam đoan Trần Thị Kim Nguyệt I Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, với kính trọng biết ơn sâu sắc, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến Thầy, PGS.TS Phạm Thành Huy, người định hướng khoa học trực tiếp hướng dẫn suốt trình học tập nghiên cứu Xin cảm ơn Thầy dành thời gian quan tâm, động viên, hỗ trợ giúp đỡ suốt thời gian qua Tôi xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ - ĐH Bách khoa Hà Nội quan tâm, tạo điều kiện tốt cho học viên thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Phạm Văn Đồng tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập xa thời gian qua Xin chân thành cảm ơn anh chị nhóm nghiên cứu nhiệt tình hỗ trợ, giúp đỡ động viên trình học tập Xin cảm ơn quan tâm, chia sẻ tập thể học viên viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ Cuối cùng, xin dành lời tốt đẹp đến gia đình tơi - người quan tâm, động viên, cổ vũ suốt thời gian học tập, nghiên cứu HVCH Trần Thị Kim Nguyệt II Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII DANH MỤC CÁC BẢNG XI GIỚI THIỆU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .6 1.1 Hiện tượng phát quang 1.1.1 Cơ sở tượng phát quang .6 1.1.2 Cơ chế phát quang bột huỳnh quang 1.1.3 Sự suy giảm cường độ phát xạ bột huỳnh quang 1.2 Tính chất quang ion kim loại chuyển tiếp trường tinh thể 10 1.2.1 Ảnh hưởng trường tinh thể lên tách mức lượng ion kim loại chuyển tiếp 11 1.2.2 Ion Mn4+ trường tinh thể 15 1.3 Vật liệu huỳnh quang BaMgAl10O17 đồng pha tạp ion Mn4+ Mg2+ 18 1.3.1 Lịch sử nghiên cứu bột huỳnh quang dựa mạng BaMgAl10O17 18 1.3.2 Ion Mn4+, Mg2+ mạng BaMgAl10O17 20 1.3.3 Đặc tính quang vật liệu BaMgAl10O17 đồng pha tạp ion Mn4+ Mg2+ 22 1.4 Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quang 23 1.4.1 Phương pháp phản ứng pha rắn 24 1.4.2 Phương pháp sol-gel 25 1.4.3 Phương pháp đồng kết tủa 26 1.4.4 Phương pháp thủy nhiệt 27 1.4.5 Phương pháp nổ dung dịch ure-nitrat 28 1.5 Kết luận chương 30 III Luận văn thạc sĩ khoa học CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 31 2.1 Chế tạo vật liệu BaMgAl10O17 đồng pha tạp Mn4+, Mg2+ phương pháp nổ ure nitrat 31 2.1.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 31 2.1.2 Quy trình chế tạo mẫu BAM đồng pha tạp Mn4+, Mg2+ 32 2.2 Chế tạo vật liệu BaMgAl10O17 đồng pha tạp Mn4+, Mg2+ phương pháp sol-gel citrat .35 2.3 Các kỹ thuật thực nghiệm phân tích mẫu 37 2.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) 37 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 38 2.3.3 Các phương pháp đo phổ huỳnh quang .40 2.4 Kết luận chương 40 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Các nghiên cứu vật liệu BaMgAl10O17 đồng pha tạp Mn4+, Mg2+ chế tạo phương pháp nổ ure nitrat 41 3.1.1 Khảo sát công nghệ chế tạo vật liệu 41 3.1.1.1 Tối ưu tỉ lệ ure 41 3.1.1.2 Tối ưu nhiệt độ nổ 44 3.1.1.3 Tối ưu thời gian nổ mẫu 45 3.1.2 Khảo sát cấu trúc tính chất quang vật liệu .46 3.1.2.1 Đặc điểm cấu trúc tính chất quang vật liệu chưa ủ nhiệt 46 3.1.2.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên tính chất quang vật liệu 50 3.1.2.3 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên cấu trúc hình thái vật liệu 53 3.1.2.4 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên tính chất quang vật liệu 58 3.2 Các nghiên cứu vật liệu BaMgAl10O17 đồng pha tạp Mn4+, Mg2+ chế tạo phương pháp sol-gel citrat .62 3.2.1 Tối ưu tỉ lệ axit citric 62 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ đồng pha tạp lên tính chất quang vật liệu 63 3.2.3 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên cấu trúc hình thái vật liệu 64 IV Luận văn thạc sĩ khoa học 3.2.3.1 Cấu trúc pha vật liệu 64 3.2.3.2 Hình thái, kích thước vật liệu 65 3.2.4 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên tính chất quang vật liệu 66 3.3 So sánh đặc điểm cấu trúc tính chất quang vật liệu BAM đồng pha tạp Mn4+, Mg2+ chế tạo phương pháp nổ phương pháp sol-gel .68 3.3.1 Về quy trình chế tạo 69 3.3.2 Về đặc điểm cấu trúc, hình thái vật liệu 69 3.3.3 Về tính chất quang vật liệu 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 V Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Δ Thông số tách trường tinh thể Δo Thông số tách trường tinh thể phối trí bát diện ΔT Thơng số tách trường tinh thể phối trí tứ diện E Năng lượng λ Bước sóng Z Số thứ tự nguyên tố hóa học Chữ viết tắt Tên CCT Nhiệt độ màu tương quan CRI Chỉ số hoàn màu FESEM LED WLED PL Hiển vi điện tử quét phát xạ trường Điốt phát quang Điốt phát quang ánh sáng trắng Phổ huỳnh quang PLE Phổ kích thích huỳnh quang UV Tử ngoại XRD Nhiễu xạ tia X VI Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sự phụ thuộc cường độ phát quang vật liệu SrMgAl10-yO17:yMn4+ theo nồng độ pha tạp ion Mn4+ [14] Hình 1.2 Sự tách mức AO d tâm ion kim loại chuyển tiếp phối trí bát diện 12 Hình 1.3 Sự tách mức lượng AO d ion trung tâm trường tinh thể phối trí đối xứng khác 13 Hình 1.4 Sự phân tách mức lượng số ion kim loại chuyển tiếp tương tác tĩnh điện (a) phân tách mức lượng ion Cr3+ kể đến tương tác L-S (với B = 918 cm-1) (b)[11,35] 14 Hình 1.5 Giản đồ Tanabe-Sugano ion Mn4+ cấu trúc bát diện (C/B = 4,7) 17 Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể BAM (một nửa thể tích sở, c = – ½)[38] .20 Hình 1.7 Sự thay cặp Al3+-Al3+ ion tạp [31] 21 Hình 1.8 Phổ PL PLE vật liệu BAM đồng pha tạp Mn4+ Mg2+ [37] .22 Hình 2.1 Quy trình chế tạo vật liệu BAM:x(Mn4+,Mg2+) phương pháp nổ .34 Hình 2.2 (a) Gel khô sau sấy, (b) Vật liệu sau thực phản ứng nổ 35 Hình 2.3 Quy trình chế tạo vật liệu BAM:x(Mn4+,Mg2+) phương pháp solgel citrat 36 Hình 2.4 Các tín hiệu thứ cấp nhận từ mẫu tác dụng chùm điện tử sơ cấp lượng cao (chùm điện tử tới) 37 Hình 2.5 Sơ đồ nhiễu xạ tia X mặt phẳng mạng tinh thể 39 Hình 3.1 Phổ PL hệ mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chưa ủ nhiệt theo tỉ lệ ure khác 42 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chưa ủ nhiệt theo tỉ lệ ure khác 43 VII Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.3 Phổ PL hệ mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) theo tỉ lệ ure khác ủ nhiệt 1000 °C mơi trường khơng khí theo thời gian (a) giờ, (b) .43 Hình 3.4 Phổ PL hệ mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chưa ủ nhiệt theo nhiệt độ nổ mẫu 44 Hình 3.5 Phổ PL hệ mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chưa ủ nhiệt theo thời gian nổ mẫu 46 Hình 3.6 Đặc điểm cấu trúc vật liệu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chưa ủ nhiệt: (a).Phổ nhiễu xạ tia X, (b) Ảnh hiển vi điện tử phát xạ trường .47 Hình 3.7 Phổ hấp thụ kích thích mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chưa ủ nhiệt .48 Hình 3.8 Hình dạng phổ cường độ PL mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chưa ủ nhiệt theo bước sóng kích thích 49 Hình 3.9 Hình dạng phổ cường độ phát quang nhiệt độ phòng hệ mẫu BAM:x(Mn4+,Mg2+) sau ủ nhiệt 1000 °C với thời gian 2h mơi trường khơng khí theo tỉ lệ pha tạp: (a) Phổ PL kích thích bước sóng 310 nm; (b) so sánh cường độ huỳnh quang đỉnh có cường độ phát xạ cao theo bước sóng kích thích khác 51 Hình 3.10 Phổ PL nhiệt độ phịng hệ (a) BAM:x(Mn4+,Mg2+) (b) BAM:xMn4+ sau ủ nhiệt 1000 °C với thời gian 2h môi trường không khí theo tỉ lệ pha tạp khác kích thích bước sóng 400 nm 52 Hình 3.11 So sánh cường độ PL nhiệt độ phòng hệ BAM:x(Mn4+,Mg2+) BAM:xMn4+ sau ủ nhiệt 1000 °C với thời gian 2h mơi trường khơng khí theo tỉ lệ pha tạp khác kích thích bước sóng (a) 310 nm (b) 460 nm .52 Hình 3.12 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) theo nhiệt độ ủ khác thời gian môi trường khơng khí 54 VIII Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.20 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) theo nhiệt độ thời gian ủ khác mơi trường khơng khí Mặc dù có biến pha BaCO3 MgAl2O4 tăng nhiệt độ ủ lên 1200 °C, vật liệu chế tạo khơng đơn pha ln tồn pha tạp BaAl 2O4 tăng thời gian ủ mẫu lên Tuy nhiên, trường hợp chế tạo vật liệu phương pháp nổ, pha BaAl2O4 khơng làm ảnh hưởng đến đặc tính phát quang ion Mn4+ mạng BAM 3.2.3.2 Hình thái, kích thước vật liệu Hình thái kích thước vật liệu ủ nhiệt 1200 °C khơng khí theo thời gian 1, thể qua ảnh FESEM hình 3.21 Kết cho thấy thời gian giờ, vật liệu có dạng hạt, kích thước khoảng 100 - 200 nm, phân bố không có hình dạng khơng xác định Khi tăng thời gian ủ lên giờ, hạt có xu hướng cụm lại với tạo thành hạt có kích thước từ 0,5 đến μm Khi thời gian ủ tăng lên giờ, hình dạng vật liệu có xu hướng chuyển sang dạng đĩa mỏng lục giác với bề dày khoảng 200 nm, đường kính từ 65 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.21 Ảnh FESEM mẫu bột BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) ủ nhiệt 1200 °C mơi trường khơng khí theo thời gian: (a) giờ, (b) giờ, (c) đến vài μm Biên hạt vật liệu rõ ràng Như cấu trúc tinh thể haxagonal vật liệu BAM chế tạo phương pháp sol-gel kết tinh tốt thời gian ủ dài nhiệt độ cao 3.2.4 Ảnh hưởng ủ nhiệt lên tính chất quang vật liệu Phổ phát huỳnh quang mẫu BAM: 0,02(Mn4+,Mg2+) theo nhiệt độ ủ thời gian ủ nhiệt mơi trường khơng khí hình 3.22 Hình (a) phổ PL theo nhiệt độ ủ mẫu khác thời gian Kết cho thấy nhiệt độ ủ 1200 °C, huỳnh quang phát xạ ion Mn4+ mạng yếu, không đáng kể, bắt đầu xuất đỉnh phát xạ đặc trưng 1000 °C 66 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.22 Phổ PL nhiệt độ phòng mẫu BAM: 0,02(Mn4+,Mg2+) ủ nhiệt mơi trường khơng khí kích thích bước sóng 310 nm: (a) theo nhiệt độ ủ; (b) ủ nhiệt 1200 °C theo thời gian ủ nhiệt Khi nhiệt độ ủ tăng lên 1200 °C, pha BAM hình thành tương đối hồn chỉnh, phổ phát xạ ion Mn4+ rõ nét với ba đỉnh 660, 676 690 nm chuyển dời 2E → 4A2 với bán độ rộng vạch phát xạ hẹp ~ 25 nm Các kết thu tương tự công bố [13,41] Thực ủ nhiệt 1200 °C khoảng thời gian từ đến giờ, kết phổ PL hình 3.22 (b) Hình dạng phổ huỳnh quang khơng thay đổi, chứng tỏ cấu trúc tinh thể mạng ổn định không bị thay đổi theo thời gian ủ nhiệt 1200 °C Ngồi ra, khơng có phát rõ ràng phổ mà cho đóng góp phát xạ tồn pha tạp BaAl2O4 Hình chèn nhỏ bên góc phải hình (b) so sánh cường độ phát xạ đỉnh 676 nm theo thời gian ủ, cho thấy kết tương tự hai bước sóng kích thích 280 460 nm 67 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.23 Phổ PLE đỉnh 676 nm mẫu BAM: 0,02(Mn4+,Mg2+) ủ nhiệt 1200 °C mơi trường khơng khí theo thời gian ủ, hình chèn nhỏ bên góc phổ PLE đỉnh thời gian ủ Hình dạng cường độ phổ hấp thụ kích thích đỉnh 660 nm ủ nhiệt 1200 °C khoảng thời gian khác hình 3.23 Kết cho thấy xuất hai vùng hấp thụ vùng UV vùng xanh lam đặc trưng cho chuyển dời hấp thụ ion Mn4+ Hình dạng phổ hấp thụ không thay đổi với cường độ tăng dần theo thời gian ủ, kết phù hợp với phân tích Có thể dự đốn cường độ PL vật liệu tiếp tục tăng ủ nhiệt nhiệt độ cao 1200 °C khoảng thời gian dài Các khảo sát thực phạm vi phát triển đề tài 3.3 So sánh đặc điểm cấu trúc tính chất quang vật liệu BAM đồng pha tạp Mn4+, Mg2+ chế tạo phương pháp nổ phương pháp sol-gel Từ kết thu sau chế tạo thành công vật liệu BAM đồng pha tạp ion Mn4+ Mg2+ hai phương pháp nổ phương pháp sol-gel, thấy đặc điểm huỳnh quang vật liệu chế tạo hai phương pháp tương đồng Những điểm đáng lưu ý hai công nghệ chế tạo 68 Luận văn thạc sĩ khoa học đặc điểm tính chất vật liệu thu hai phương pháp trình bày 3.3.1 Về quy trình chế tạo Quy trình thực chế tạo vật liệu phương pháp nổ đơn giản nhanh so với phương pháp sol-gel Vật liệu sau thực phản ứng nổ nhiệt độ 610 °C phút hình thành pha BAM mong muốn, cần nhiệt độ ủ cao (~1200 °C) sau sấy nhiệt độ cao 200 °C phương pháp sol-gel Tuy nhiên, phương pháp chủ yếu lựa chọn để chế tạo hệ vật liệu phản ứng pha rắn, nhiệt độ cần đạt cao (~ 1500 °C) nhiệt độ thấp ưu điểm hai phương pháp sử dụng Tuy nhiên, độ lặp lại phương pháp nổ theo đánh giá thân thấp phương pháp sol-gel độ ẩm gel sau sấy chưa thể kiểm sốt xác thời gian nổ xảy nhanh nên ảnh hưởng đến độ đồng tính lặp lại vật liệu 3.3.2 Về đặc điểm cấu trúc, hình thái vật liệu Cấu trúc tinh thể vật liệu chế tạo phương pháp sol-gel đánh giá hoàn thiện ổn định so với trường hợp chế tạo phương pháp nổ, điều chứng minh qua tính ổn định đặc tính hấp thụ phát quang vật liệu trường hợp Sau ủ nhiệt độ cao thời gian dài, hình thái vật liệu thu hai phương pháp tương đồng nhau, kích thước từ 0,5 đến vài micromet 3.3.3 Về tính chất quang vật liệu Như nói trên, đặc tính quang vật liệu chế tạo phương pháp nổ khơng ổn định nhiệt ủ mẫu cịn thấp Sự kết tinh vật liệu sau thực phản ứng nổ chưa cao, tồn pha tạp Al2O3 làm ảnh hưởng đến đặc tính 69 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.24 Phổ PL mẫu BAM: 0,02(Mn4+,Mg2+) chế tạo phương pháp nổ phương pháp sol-gel ủ nhiệt 1200 °C mơi trường khơng khí điều kiện đo phổ theo bước sóng kích thích (a) 310 nm, (b).460 nm hấp thụ phát xạ vật liệu Vật liệu sau kết tinh tốt nhiệt độ ủ cao có hai vùng hấp thụ tử ngoại xanh lam So sánh hình dạng phổ cường độ phát xạ vật liệu chế tạo hai phương pháp nổ sol-gel kích thích hai bước sóng 310 460 nm thể hình 3.24 Kết cho thấy với vật liệu BAM: 0,02(Mn4+,Mg2+) ủ nhiệt 1200 °C thời gian kích thích 310 nm, cường độ phát xạ đỉnh cực đại vật liệu chế tạo phương pháp sol-gel gấp ~1,5 lần so với vật liệu chế tạo phương pháp nổ Trong đó, với kích thích 460 nm, cường độ huỳnh quang vật liệu gần hai phương pháp Với điều kiện đo phổ kết cho thấy bước sóng kích thích 310 nm cho cường độ quang mạnh nhiều so với kích thích 460 nm Sử sụng mẫu vật liệu chế tạo phương pháp sol-gel có cường độ huỳnh quang cao để thử nghiệm kích thích phát xạ LED UV 310 nm Kết phổ phát xạ từ hệ đo cầu tích phân viện AIST-ĐH Bách khoa Hà Nội điều khiển hệ phần mềm Rad OMA GS-1290 Spectradiameter hình 3.25 70 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.25 (a) Phổ chip LED UV 310 nm, (b) hình dạng phổ phát xạ mẫu bột BAM:0,02(Mn4+,Mg2+) chế tạo phương pháp sol-gel kích thích LED UV 310 nm Hình chèn tọa độ màu hình ảnh phát sáng mẫu bột phủ lên chip LED, dòng 70 mA Kết thử nghiệm chip LED UV 310 nm kích thích dịng 70 mA cho thấy vật liệu phát xạ vùng đỏ xa với tọa độ màu (~0,3;~0,7) Kết cho thấy tiềm ứng dụng vật liệu WLED LED chuyên dụng cho trồng Như vậy, từ việc so sánh đặc tính cấu trúc tính chất quang vật liệu BAM:(Mn4+,Mg2+) chế tạo hai phương pháp cho thấy phương pháp nổ tiết kiệm thời gian, lượng quy trình chế tạo tương đối đơn giản Nhưng cần sử dụng vật liệu có cường độ quang lớn đặc tính quang ổn định điều kiện phương pháp sol-gel có ưu Từ đó, giúp lựa chọn công nghệ chế tạo phù hợp với điều kiện mục đích ứng dụng vật liệu khoa học, đời sống 71 Luận văn thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở kết nghiên cứu trình bày nội dung luận văn, tự đánh giá kết đạt sau: - Đã tổng quan lịch sử nghiên cứu đặc tính huỳnh quang vật liệu đồng pha tạp ion Mn4+ Mg2+ dựa mạng BAM - Đã tối ưu hóa điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu Trong phương pháp nổ: tỉ lệ số mol ure sản phẩm nure/nsp = 40, nhiệt độ nổ 610 °C, thời gian nổ phút Đối với phương pháp sol-gel, tỉ lệ số mol axit citric sản phẩm tối ưu 3:1 - Pha BAM hình thành sau thực phản ứng nổ 610 °C, đơn pha ủ đến 1100 °C giờ, xuất thêm pha tạp BaAl2O4 tăng thời gian ủ nhiệt 1200 °C Trong đó, phương pháp sol-gel yêu cầu nhiệt độ hình thành tốt pha BAM cao (1200 °C) khó đạt đơn pha Trong hai phương pháp, vật liệu kết tinh tốt theo nhiệt độ thời gian ủ mẫu, có dạng hạt với kích thước khơng đều, xu hướng hình thành dạng đĩa mỏng lục giác với bề dày khoảng vài trăm nanomet, đường kính từ 0,5 đến vào micromet - Vật liệu BAM:(Mn4+,Mg2+) phát xạ vùng đỏ xa, vạch hẹp với hai vùng hấp thụ vùng UV xanh lam Tỉ lệ đồng pha tạp tối ưu x = 0,02 Cường độ phát quang tăng theo nhiệt độ thời gian ủ Bột huỳnh quang chế tạo phương pháp sol-gel cho cấu trúc tinh thể đặc tính quang ổn định, cường độ mạnh thử nghiệm phát xạ thành công chip LED 310 nm, phù hợp với ứng dụng WLED đèn LED chuyên dụng cho trồng 72 Luận văn thạc sĩ khoa học Do có giới hạn thiết bị, thời gian trình học tập, nghiên cứu tiến hành luận văn, có điều kiện phát triển đề tài, cần nghiên cứu chi tiết hệ vật liệu theo hướng: - Hồn thiện cải tiến cơng nghệ chế tạo phương pháp khác để thu bột huỳnh quang BAM có cấu trúc ổn định nhất, tăng kích thước hạt, khảo sát thêm tượng dập tắt nhiệt, nâng cao cường độ hiệu suất huỳnh quang vật liệu - Thử nghiệm chế tạo khảo sát tỉ lệ vật liệu để nâng cao số CRI WLED ứng dụng đèn LED chuyên dụng cho trồng 73 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Trần Thị Kim Nguyệt, Đỗ Quang Trung, Nguyễn Tư, Nguyễn Duy Hùng, Đào Xuân Việt, Nguyễn Đức Trung Kiên, Nguyễn Đoàn Thăng Phạm Thành Huy (2017) “Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn loại bột phosphors 452, 528, 630 - 670 nm lên thơng số WLED chế tạo sử dụng nguồn kích thích UV LED 270 nm”, Hội nghị vật liệu công nghệ nano tiên tiến WANN 2017, tr 135-140 Trần Thị Kim Nguyệt, Nguyễn Thị Huyền, Nguyễn Văn Quang, Nguyễn Tư Phạm Thành Huy (2017) “Tính chất quang bột huỳnh quang không đất BaMgAl10-2x:xMn4+,xMg2+ chế tạo phương pháp sol-gel ứng dụng chế tạo LED trắng ấm”, Hội nghị vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ X, tr 560-564 Nguyễn Thị Huyền, Nguyễn Tư, Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trí Tuấn, Nguyễn Văn Quang, Trần Thị Kim Nguyệt Phạm Thành Huy (2017) “Khảo sát tính chất quang vật liệu BaMgAl10O17:(x%Mn4+;x%Mg2+) chế tạo phương pháp nghiền bi hành tinh lượng cao kết hợp với ủ nhiệt mơi trường khơng khí”, Hội nghị vật liệu công nghệ nano tiên tiến WANN 2017, tr 108-112 74 Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Lê Tiến Hà (2016), Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang SrPb, SrPCl Y2O3 pha tạp Eu ứng dụng đèn huỳnh quang, Luận án tiến sĩ, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội [2] Phùng Hồ, Phan Quốc Phơ (2001), Giáo trình vật lý bán dẫn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Việt Nam [3] Phạm Ngọc Ngun (2004), Giáo trình kỹ thuật phân tích vật lý, NXB Khoa học kỹ thuật, Việt Nam [4] Lê Mậu Quyền (2000), Hóa học vơ cơ, NXB Khoa học kỹ thuật, Việt Nam [5] Nguyễn Mạnh Sơn, Hoàng Phước Cao Nguyên, Nguyễn Văn Thanh (2016), Ion Mn4+ Cr3+ trường tinh thể α-Al2O3, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 54(1A), pp 208-213 [6] Phạm Thúc Tuyền (2011), Cơ học lượng tử, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Việt Nam TIẾNG ANH [7] Ali, A., Khanzada, L.S., Hashemi, A., Polzer, C., Osvet, A., Brabec, C., Batentschuk, M (2017), Optimization of synthesis and compositional parameters of magnesium germanate and fluoro-germanate thermographic phosphors, Journal of Alloys and Compounds, 734, pp 29-35 [8] Astier, M., Garbowski, E (2004), BaMgAl10O17 as host matrix for Mn in the catalytic combustion of methane, Catalysis Letters, 95, pp 31–37 [9] Bengal, W (2006), Sol-Gel preparation and luminescence properties of BaMgAl10O17: Eu2+ phosphors, Journal of Rare earths, 24, pp 706–711 [10] Brik, M.G., Camardello, S.J., Srivastava, A.M (2015), Influence of 75 Luận văn thạc sĩ khoa học covalency on the Mn4+: 2Eg → 4A2g Emission, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 4(3), pp 39–43 [11] Brik, M.G., Srivastava, A.M (2018), Critical review-A review of the electronic structure and optical properties of ions with d3 electron configuration (V2+, Cr3+, Mn4+, Fe5+) and main related misconceptions, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 7(1), pp 3079-3085 [12] Ca, X., Al, M., Sasaki, T., Fukushima, J., Hayashi, Y., Takizawa, H (2017), Synthesis and photoluminescence properties of Mn4+-dope, Ceramics International, 43(9), pp 7147-7152 [13] Cao, R., Xue, H., Yu, X., Xiao, F., Wu, D., Zhang, F (2016), Luminescence properties and synthesis of SrMgAl10O17: Mn4+ Red Phosphor for white lightemitting diodes, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 16(4), pp 3489–3493 [14] Chen, D., Zhou, Y., Zhong, J (2016), A Review on Mn4+ activator in solids for warm white light-emitting diodes, RSC Advanced, doi: 10.1039/C6RA19584A [15] Chen, H., Lin, H., Huang, Q., Huang, F., Xu, J (2016), A novel doubleperovskite Gd2ZnTiO6:Mn4+ red phosphor for UV-based w-LEDs: structure and luminescence properties, Materials Chemistry C, 4, 2374–2381 [16] Chen, N., Zhong, Y., Trans, D (2018), Enhanced luminescence of Ba2GdSbO6: Mn4+ red phosphor via cation doping for warm white lightemitting diodes, Dalton Trans, doi: 10.1039/C8DT01575A [17] Chen, T.C., Lu, H.C., Bhattacharjee, B (2006), Sol-Gel Preparation and Luminescence Properties of BaMgAl10O17:Eu2+ Phosphors, Journal of rare earths, 24, pp 706- 711 [18] Danks, A E., Hall, S R., Schnepp, Z (2016), The evolution of ‘sol–gel’ chemistry as a technique for materials synthesis, Materials Horizons technique for materials synthesis Materials Horizons, 3, pp 91–112 [19] Dexter, D.L (1953-2012), A Theory of Sensitized Luminescence in Solids, 76 Luận văn thạc sĩ khoa học The Journal of chemistry physical, 21, pp.836-850 [20] Ding, X., Zhu, G., Geng, W., Wang, Q., Wang, Y (2016), Rare-earth free high efficiency narrow band red emitting Mg3Ga2GeO8: Mn4+ phosphor excited by near-uv light for white- light-emitting diodes, Inorganic chemistry, 55 (1), pp 154-162 [21] Du, M.H (2014), Chemical trends of Mn4+ emission in solids, The Journal of physical chemistry C, 2(14), pp 2475–2481 [22] Feldmann, B.C., Justel, T., Ronda, C R., Schmidt, P.J (2003), Inorganic luminescent materials: 100 years of research and application, Advanced materials, 13(7), pp 511–516 [23] Kim, K., Kim, Y., Chun, H (2002), Structural and optical properties of BaMgAl10O17: Eu2+ phosphor, Chemiscal materials, 14(8), pp 5045–5052 [24] Lin, C C., Liu, R (2011), Advances in phosphors for light-emitting diodes, physical chemistry letters, 2, pp 1268–1277 [25] Liu, Y., Zhang, S., Pan, D., Tian, J., Liu, H., Wu, M., Olinsky, A.A (2015), Mechanism and kinetics of the BaMgAl10O17 : Eu2+ alkaline fusion reaction Journal of Rare Earths, 33(6), pp 664–670 [26] Meng, L., Liang, L., Wen, Y (2014), Deep red phosphors SrMgAl10O17:Mn4+, M (M = Li+, Na+, K+, Cl-) for warm white light emitting diodes, Journal materials science, doi 10.1007/s10854-014-1928-9 [27] Murata, T., Tanoue, T., Iwasaki, M., Morinaga, K., Hase, T (2005), Fluorescence properties of Mn4+ in CaAl12O19 compounds as red-emitting phosphor for white LED, Journal of Luminescence, 114, pp 207–212 [28] Nguyen, M.S., Ho, V.T., Pham, N.T.T (2011), The synthesis of BaMgAl10O17:Eu2 + nanopowder by a combustion method and its luminescent properties, Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol, 2, 045005 [29] Ohno, Y (2004), Color rendering and luminous efficacy of white led spectra, SPIE, 5530, Bellingham, WA [30] Onuma, H., Carpio, C.A (2010), Host emission from BaMgAl10O17 and 77 Luận văn thạc sĩ khoa học SrMgAl10O17 phosphor: Effects of temperature and defect level, Journal of the SID, 18(3), pp 211–222 [31] Pan, Y.X., Liu, G.K (2011), Influence of Mg2+ on luminescence efficiency and charge compensating mechanism in phosphor CaAl12O19:Mn4+, Journal of Luminescence, 131(3), pp 465–468 [32] Park, S., Kang, S (2003), Combustion synthesis of Eu2+-activated BaMgAl10O17 phosphor, Journal materials science , 14, pp 223–228 [33] Ran, W., Wang, L., Xu, H., Kong, X., Sun, Y., Qu, D., Shi, J (2017), Nanotunnel structures within metal oxides induce active sites for the strong self-reduction of MnIV to MnII, Inorganic chemistry, 56, pp 3127-3120 [34] Singh,V., Natarajan, V., Kim, D.K (2015), Combustion synthesis and luminescence properties of MgSrAl10O17:Mn2+ and BaAl2O4:Mn4+, Incorporating Plasma Science and Plasma Technology, 163(3), pp 199-206 [35] Sugano, S., Tanabe, Y., Kamimura, H (1970), Multiplets of transition-metal ions in crystals, Academic Press, New York [36] Tanu,T., Patil, K.C., Hegde, M.S., Aruna, S.T (2008), Chemistry of nanocrystalline oxide materials -combustion synthesis - properties and applications, World Scientific, Singapore [37] Wang, B., Lin, H., Huang, F., Xu, J., Chen, H., Lin, Z., Wang, Y (2016), Non-rare-earth BaMgAl10–2xO17:xMn4+,xMg2+: a narrow-band red phosphor for use as a high-power warm w-LED, Chemiscal materials, 28(10), pp 3515–3524 [38] Wang, L., Xu, Y., Wang, D., Zhou, R., Ding, N., Shi, M., Wang, Y (2013), Deep red phosphors SrAl12O19:Mn4+, M (M= Li+, Na+, K+, Mg2+) for high colour rendering white LED, Phys Status Solidi A , 210(7), pp 1433–1437 [39] Wang, Y., Tang, J., Ouyang, X., Liu, B., Lin, R.H (2013), Photoluminescence properties of AlN-doped BaMgAl10O17:Eu2+ phosphors, Materials Research Bulletin, 48(6), pp 2123–2127 [40] Xu, Y.D., Wang, D., Wang, L., Ding, N., Shi, M., Zhong, J.G., Qi, S (2013), 78 Luận văn thạc sĩ khoa học Preparation and luminescent properties of a new red phosphor ( Sr4Al14O25 : Mn4+) for white LEDs, Journal of Alloys and Compounds, 550, pp 226–230 [41] Yamato, H., Takizawa, H., Fukushima, J.(2017), Synthesis and photoluminescence properties of Mn4+-doped magnetoplumbite-related aluminate X-type Ca2Mg2Al28O46 and W-type CaMg2Al16O27 red phosphors, Ceramics International, 43(9), pp 7147-7152 [42] Yang, P., Lin, J (2004), Energy transfer and photoluminescence of BaMgAl10O17 co-doped with Eu2+ and Mn2+, Optical Materials, 26, pp 327331 [43] Zhou, Q., Dolgov, L., Srivastava, A.M., Zhou, L., Wang, Z., Shi, J., Wu, M (2018), Mn2+ and Mn4+ red phosphors: synthesis, luminescence and applications in WLEDs-A review, Journal of Materials Chemistry C, 6, pp 2652–2671 [44] Zhu, H., Lin, C.C., Luo, W., Shu, S., Liu, Z., Liu, Y., Chen, X (2014), Highly efficient non-rare-earth red emitting phosphor for warm white lightemitting diodes, Nature communication, doi: 10.1038/ncomms5312 79 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ KIM NGUYỆT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17 ĐỒNG PHA TẠP ION Mn4+ VÀ ION Mg2+ LUẬN VĂN... chất quang vật liệu BaMgAl10O17 đồng pha tạp ion Mn4+ ion Mg2+ ” Mục tiêu nghiên cứu luận văn  Nghiên cứu, xây dựng quy trình tổng hợp tối ưu hóa thơng số chế tạo vật liệu BaMgAl10O17 đồng pha. .. điểm tính chất vật liệu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn hệ vật liệu BAM đồng pha tạp ion Mn4+ ion Mg2+ Các khảo sát công nghệ chế tạo ảnh hưởng đến đặc điểm cấu trúc tính