Nghiên cứu cấu trúc và tính chất huỳnh quang của vật liệu nano ZNO ER3 ứng dụng trong việc phát ánh sáng màu đỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phan Bích Ngọc Phan Bích Ngọc VẬT LIU IN-IN T Nghiên cứu cấu trúc tính chất hnh quang cđa vËt liƯu nan« zno : er3+ øng dụng việc phát ánh sáng mầu đỏ LUN VN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGHÀNH: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ 2009 - 2011 Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phan Bích Ngọc Nghiªn cøu cÊu trúc tính chất huỳnh quang vật liệu nanô zno : er3+ øng dơng viƯc ph¸t ¸nh s¸ng mầu đỏ LUN VN THC S KHOA HC CHUYấN NGHNH: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS Trần Ngọc Khiêm Hà Nội – 2011 Luận văn thạc sĩ   MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG I LÝ THUYẾT TỔNG QUAN I.1 Giới thiệu huỳnh quang I.1.1 Vật liệu huỳnh quang I.1.2 Vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano I.2 Vật liệu ZnO 10 I.2.1 Cấu trúc tinh thể ZnO 10 I.2.2 Cấu trúc vùng lượng 14 I.2.3 Tính chất vật liệu ZnO 16 I.2.4 Cấu trúc tính chất vật liệu nano ZnO .17 I.2.5 Tính chất quang ZnO 21 I.3 Các nguyên tố đất .22 I.3.1 Cấu trúc điện tử nguyên tố đất .22 I.3.2 Sự tách mức lượng ion tạp 25 I.3.3 Đặc tính quang ion đất 27 I.3.3.1 Sự phát xạ ion đất 28 I.3.3.2 Các dịch chuyển phát xạ không phát xạ ion đất 29 I.3.3.3 Sự dập tắt huỳnh quang 32 I.3.4 Ion Europium 33 I.3.5 Tạp đất ZnO 34 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 36 II.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano ZnO Error! Bookmark not defined II.1.1 Phương pháp nhiệt thủy phân 37 II.1.2 Phương pháp solgel .38 II.2 Phương pháp thực nghiệm chế tạo 39 II.2.1 Tạo mẫu .40 II.2.2 Một số phương pháp nghiên cứu vật liệu Error! Bookmark not defined 1    Luận văn thạc sĩ   II.2.2.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 51 II.2.2.2 Phương pháp nghiên cứu hình thái bề 52 II.2.2.3 Phương pháp phổ huỳnh quang (PL) 53 II.2.2.4 Phương pháp phổ kích thích huỳnh quang (PLE) 55 CHƯƠNG III MỘT SỐ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 III.1 Khảo sát cấu trúc tính chất ZnO dạng hạt .56 III.1.1 Kết đo nhiễu xạ tia X 56 III.1.2 Kết đo SEM 58 III.1.3 Kết đo phổ huỳnh quang 60 III.2 Khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu ZnO:Eu3+ .62 III.2.1 Khảo sát cấu trúc vật liệu ZnO:Eu3+ 63 III.2.2 Kết đo SEM 65 III.2.3 Kết đo phổ huỳnh quang 68 III.2.4 Kết nghiên cứu phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ xử lý nhiệt .70 III.2.5 Kết nghiên cứu phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ phân tán silica 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 2    Luận văn thạc sĩ   DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt XRD X-rayDiffraction Phổ nhiễu xạ tia X SEM ScanningElectron Microscopy Hiển vi điện tử quét PL Photoluminescence Phổ huỳnh quang UV Ultraviolet Tử ngoại 3    Luận văn thạc sĩ   DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Mối quan hệ số nguyên tử bề mặt kích thước hạt 10 Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý ZnO dạng khối .16 Bảng 1.3 Các ion nguyên tố đất hoá trị 23 Bảng 2.1 Bảng định lượng chất sử dụng chế tạo mẫu 41 Bảng 2.2 Hệ mẫu hạt ZnO 49 Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ 50 Bảng 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phân tán SiO2 50 Bảng 2.5 Hệ mẫu màng ZnO:Eu3+:SiO2 50 Bảng 3.1 Hằng số mạng kích thước hạt mẫu hạt ZnO chế tạo ứng với nhiệt độ thủy nhiệt khác 4    Luận văn thạc sĩ   DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các cấu trúc tinh thể ZnO 11 Hình 1.2 a) Cấu trúc lục giác wurtzite ZnO 12 Hình 1.3: Mơ hình cấu trúc lập phương giả kẽm .1 Hình 1.4 Cấu trúc mạng tinh thể lập phương 14 Hình 1.5 Vùng Brillouin mạng tinh thể wurtzite 15 Hình 1.6 Cấu trúc đối xứng vùng lượng ZnO 15 Hình 1.8 Phổ XDR vật liệu nano ZnO[27] .1 Hình 1.9 Ảnh hình thái khác ZnO có cấu trúc nano 19 Hình 1.10 Ảnh TEM cấu trúc nanowires, 20 Hình 1.11 Ảnh TEM nanowires dots [6] .21 Hình 1.12 Phổ huỳnh quang dây nano 22 Hình 1.13 Các hàm sóng 5s, 5p 4f ion Ce3+ 25 Hình 1.14 Sơ đồ mức lượng điện tử 4f bị tách 27 tương tác với trường tinh thể mạng 27 Hình 1.15: Sự phát triển huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp (a) .33 dập tắt huỳnh quang pha tạp với nồng độ cao (b) 33 Hình 1.16 Sơ đồ mức lượng dịch chuyển quang ion Eu3+ Hình 2.1 Các sản phẩm thu từ phương pháp solgel 39 Hình 2.1 Máy quay ly tâm (trái) Máy khuấy từ(phải) 41 Hình 2.2 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO 42 Hình 2.3 Ảnh hạt nano ZnO sau chế tạo 42 Hình 2.4 Ảnh hạt nano ZnO:Eu3+ sau chế tạo 44 Hình 2.6 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO: Eu3+phân tán SiO2 .47 Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano ZnO: Eu3+phân tán SiO2 49 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý phép phân tích nhiễu xạ tia X Hình 2.8 Ảnh chụp máy đo SEM .53 Hình 2.10 Sơ đồ khối hệ đo huỳnh quang 54 Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang 5    Luận văn thạc sĩ   Hình 2.11 (a) (b) Hệ đo huỳnh quang thực nghiệm 54 Hình 3.2 Ảnh FESEM mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 900Ctrong 10h 58 Hình 3.3 Ảnh FESEM mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 900C 5h 58 Hình 3.4 Ảnh FESEM mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 900C 3h 59 Hình 3.5 Ảnh FESEM mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 900C 1h 59 Hình 3.7 Phổ XDR vật liệu nano ZnO:Eu3+ 63 Hình 3.8 Phổ XDR màng nano ZnO:Eu3+:SiO2 65 Hình 3.8 Ảnh SEM vật liệu nano ZnO:3%Eu3+ 66 Hình 3.9 Ảnh SEM vật liệu nano ZnO:5%Eu3+ 67 Hình3.10 Ảnh SEM màng ZnO:1%Eu3+:SiO2 67 Hình3.11 Ảnh SEM màng ZnO:2%Eu3+:SiO2 68 Hình3.12 Ảnh SEM Màng ZnO:2E%u3+:SiO2 68 Hình 3.13 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ 69 với nồng độ pha tạp Eu3+ khác .69 Hình 3.14 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ với nồng độ 70 pha tạp Eu3+ khác xử lý nhiêt 11000C 2h 70 Hình 3.15 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ với nồng độ 71 pha tạp Eu3+ khác xử lý nhiêt 11000C 10h 71 Hình 3.16 Quá trình truyền lượng từ ZnO tới ion Eu3+ 72 Hình 3.17 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+_SiO2 73 Hình 3.18 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+_SiO2 .74 xử lý 9000C 1h 74 Hình 3.19.Ảnh SEM màng ZnO:Eu3+:SiO2 Khi thay đổi tỉ lệ Eu3+ 75 6    Luận văn thạc sĩ   MỞ ĐẦU ZnO vật liệu bán dẫn nghiên cứu rộng rãi năm gần Vật liệu bán dẫn thuộc nhóm AII-BVI vùng cấm thẳng (Khoảng 3.37eV ) nhiệt độ phòng, lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện tử thẳng cho hiệu suất phát quang cao Vật liệu ZnO có đặc tính lạ khả ứng dụng cao việc chế tạo linh kiện dẫn điện suốt, phát xạ tia cực tím (UV) linh kiện điốt phát quang, phôtô điốt làm việc vùng tử ngoại gần nhiệt độ phòng Hiện vật liệu ZnO có cấu trúc nano tập trung nghiên cứu với hi vọng tương lai cho phép chế tạo hệ linh kiện có nhiều tính chất ưu việt so với mẫu dạng khối Số lượng công bố khoa học cơng nghệ chế tạo tính chất vật lý vật liệu ngày cao tạp chí hội nghi Quốc tế Đặc biệt, ZnO môi trường tốt để pha tạp tâm phát huỳnh quang ion đất Eu3+, Tb3+…để có vật liệu phát quang với bước sóng phát xạ khác Tuy nhiên tính chất quang tạp chất pha tạp vào mạng ZnO chế truyền lượng vật liệu nano ZnO pha tạp đất chưa nghiên cứu làm sáng tỏ Ơxít 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, xa vật liệu pha tạp nguyên tố đất (vật liệu phospho) ứng dụng rộng rãi việc chế tạo hình hiển thị đèn huỳnh quang Eu3+ 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 Việc nghiên cứu vật liệu ZnO: Eu3+ nhiều phịng thí nhiệm giới tiến hành nghiên cứu nhằm tìm điều kiện tối ưu để đưa vào ứng dụng Một số kết nghiên cứu cho thấy, vật liệu ZnO pha tạp Eu3+ phân tán số mạng silica cải thiện đáng kể khả phát xạ ion 7    Luận văn thạc sĩ   Eu3+.Việc nghiên cứu chế tạo chế truyền lượng từ mạng sang ion Eu3+ vấn đề có tính thời cao.Tuy nhiên nước việc nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ZnO dựa vật liệu vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Trong luận văn chung đề xuất nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ZnO pha tạp ion Eu3+ nghiên cứu điều kiện công nghệ nhiệt độ ủ, thời gian ủ nồng độ chất pha tạp nhằm chế tạo vật liệu ZnO: Eu3+ có chất lượng tốt Vì ưu điểm vật liệu lý kể nên chọn đề tài: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANÔ ZnO : Eu3+ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC PHÁT ÁNH SÁNG MÀU ĐỎ Mục tiêu luận văn chế tạo thành công hạt nanô ZnO từ 10-20nm Dựa vật liệu ZnO chế tạo để pha tạp Eu3+ tiến hành phân tán SiO2 qua khảo sát nghiên cứu để đưa nhận định cường độ phát quang ZnO:Eu3+ ZnO:Eu3+ phân tán SiO2 Luận văn chia chương: Chương1 Tổng quan: Giới thiệu vật liệu huỳnh quang, vật liệu ZnO nguyên tố đất hiếm, chế chuyển dịch phát quang ion đất Chương Phương pháp thực nghiệm: Trình bày cơng nghệ chế tạo hạt nano ZnO, ZnO:Eu3+ ZnO:Eu3+ phân tán SiO2, chế tạo màng ZnO:Eu3+:SiO2, kỹ thuật thực nghiệm để khảo sát tính chất cấu trúc tính chất quang vật liệu Chương Kết thảo luận: Trình bày, phân tích giải thích kết đạt Từ đưa số kết luận đề xuất triển vọng phát triển vật liệu 8    Luận văn thạc sĩ   3.2.2 Khảo sát cấu trúc màng ZnO:Eu3+: SiO2 Hình 3.8 Phổ XDR màng nano ZnO:Eu3+:SiO2 3.2.2 Kết đo SEM Để quan sát hình dạng kích thước mẫu vật liệu nano ZnO sau pha tạp, tiến hành chụp ảnh SEM (Hình 3.8 3.9) mẫu pha tạp 3%, 5% at Eu3+ với nhiệt độ thủy nhiệt 900C vòng 65    Luận văn thạc sĩ   Hình 3.8 Ảnh SEM vật liệu nano ZnO:3%Eu3+ 66    Luận văn thạc sĩ   Hình 3.9 Ảnh SEM vật liệu nano ZnO:5%Eu3+ Kết cho thấy sau pha tạp, kích thước, hình dạng hạt tương tự mẫu chưa pha tạp Ngoài quan sát kỹ hình 3.9 ta cịn thấy có nhiều hạt có kích thước nhỏ bề mặt hạt ZnO, minh chứng cho thấy Eu3+ chưa chui vào mạng ZnO mà nằm bề mặt hạt ZnO Hình3.10 Ảnh SEM màng ZnO:1%Eu3+:SiO2 67    Luận văn thạc sĩ   Hình3.11 Ảnh SEM màng ZnO:2%Eu3+:SiO2 Hình3.12 Ảnh SEM Màng ZnO:2E%u3+:SiO2 3.2.3 Kết đo phổ huỳnh quang Để khảo sát phổ huỳnh quang mẫu, việc chọn điều kiện tốt khảo sát mục 3.1 để tiến hành pha tạp Eu3+ với nồng độ pha tạp Eu3+ khác mẫu thủy nhiệt 900C vịng chọn để pha tạp Hình 3.10 trình bày phổ huỳnh quang mẫu hạt với bước sóng kích thích 325nm 68    Luận văn thạc sĩ   3+ 7000 5% Eu 3+ 3% Eu 3+ 1% Eu 6000 C−êng ®é (®.v.t.y) 5000 4000 3000 2000 1000 400 500 600 700 800 900 B−íc sãng (nm) Hình 3.13 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ với nồng độ pha tạp Eu3+ khác Quan sát phổ chụp ta thấy mẫu chụp huỳnh quang hình 3.10 gần giống với phổ huỳnh quang mẫu ZnO chưa pha tạp, rõ đỉnh phát xạ Eu3+, phổ XDR ảnh SEM cho ta suy đốn quan sát Có thể giải thích điều nguyên nhân: Các phát xạ sai hỏng ZnO mạnh nên vùng phổ chồng lấn lên nhau, khó quan sát Do pha tạp chưa thành công hay nhiệt độ thủy nhiệt thấp nên Eu3+ chưa “chui” vào mạng ZnO Các phát xạ sai hỏng ZnO mạnh khiến vùng phổ chồng lấn lên nhau, cộng với phương pháp thủy nhiệt có nhược điểm sai hỏng lớn nên để khắc phục nguyên nhân này, xử lý mẫu nhiệt độ cao với hi vọng quan sát thấy đỉnh huỳnh quang đặc trưng cho Eu3+ Trong điều kiện cho phép, chọn mẫu pha tạp Eu3+ với nồng độ 1%, 3%, 5% để xử lý nhiệt độ 69    Luận văn thạc sĩ   nghiên cứu tính chất quang mẫu 3.2.4 Kết nghiên cứu phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ xử lý nhiệt Hình 3.14 3.15 trình bày phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ sau xử lý nhiệt 11000C với thời gian lưu nhiệt 2h 10h ZnO,5h,1 % Eu ZnO,5h,3 % Eu ZnO,5h,5 % Eu 45000 40000 610 C−êng ®é (®.v.t.y) 35000 30000 25000 20000 707 15000 10000 5000 -5000 300 400 500 600 700 800 B−íc sãng (nm) Hình 3.14 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ với nồng độ pha tạp Eu3+ khác xử lý nhiêt 11000C 2h 70    900 Luận văn thạc sĩ   20000 ZnO,5h,1 % Eu ZnO,5h,3 % Eu ZnO,5h,5 % Eu 18000 610 C−êng ®é (®.v.t.y) 16000 14000 12000 10000 8000 707 6000 4000 2000 300 400 500 600 700 800 900 1000 B−íc sãng (nm) Hình 3.15 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ với nồng độ pha tạp Eu3+ khác xử lý nhiêt 11000C 10h Nhìn vào đồ thị hình 3.11 3.12, ta nhận thấy sau xử lý nhiệt 11000C, phổ huỳnh quang mẫu pha tạp thể rõ đỉnh đặc trưng Eu3+ 610nm tương ứng với chuyển mức 5D0 → 7F2 Theo tác giả [24], phát xạ lân cận 610 nm cho ánh sáng màu đỏ chuyển mức lưỡng cực điện 5D0 → F2 gây nhờ thiếu tính đối xứng đảo vị trí Eu3+, q trình mạnh nhiều trình chuyển mức trạng thái 7F1 chuyển mức lưỡng cực từ Quan sát kỹ phổ huỳnh quang, ta cịn nhận thấy ngồi đỉnh 610nm cịn có đỉnh 707nm phát xạ yếu tương ứng với chuyển mức 5D0 → 7F4 Mẫu pha tạp 5% Eu3+ có cường độ phát quang cao Một kết thú vị khác vị trí ứng với bước sóng 534nm, cường độ phát xạ giảm tạo thành đỉnh quay xuống Đỉnh hấp thụ trùng với chuyển mức F0 – 5D1 ion Eu3+, chúng tơi cho có truyền 71    Luận văn thạc sĩ   lượng từ nano ZnO sang ion Eu3+ thơng qua sai hỏng Q trình truyền lượng miêu tả hình 3.13 Conduction band of ZnO 5 Energy transfer D1 D0 610nm F1 F0 Valence band of ZnO Hình 3.16 Quá trình truyền lượng từ ZnO tới ion Eu3+ Ban đầu điện tử vùng hóa trị ZnO nhận kích thích nhảy lên vùng dẫn sau phần tái hợp vùng hóa trị phát photon có đỉnh 380nm Phần lại nhảy xuống mức tạp chất thông qua dao động phonon không phát xạ Từ mức tạp chất, điện tử tái hợp vùng hóa trị phát photon có bước sóng từ 450 tới 800nm Nhưng số điện tử mức phát xạ bước sóng 534nm tái hợp vùng hóa trị không phát xạ mà truyền lượng cho ion Eu3+ Các điện tử ion Eu3+ kích thích nhảy lên mức 5D1 sau từ 5D1 tái hợp không xạ xuống mức 5D0 từ 5D0 nhảy mức 7F1 phát photon 610nm Như xử lý nhiệt độ cao khoảng 11000C, ta quan sát thấy đỉnh phát xạ Eu3+ Việc quan sát thấy dải phát xạ minh chứng cho thấy có mặt Eu3+ mạng ZnO đặc biệt có truyền lượng từ mạng ZnO sang nguyên tử tạp đất (Eu3+) 72    Luận văn thạc sĩ   3.2.5 Kết nghiên cứu phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ phân tán silica Theo kết phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+ ta khơng quan sát rõ đỉnh phát xạ Eu3+ phát xạ vùng – vùng ZnO 380nm, nguyên nhân phát xạ sai hỏng ZnO mạnh nên vùng phổ chồng lấn lên Để khắc phục nhược điểm tiến hành phân tán mẫu hạt ZnO:Eu3+ silica (SiO2) với mong muốn hình thành liên kết Si – O – Zn làm giảm sai hỏng nút khuyết oxi gây 3+ Z n O :3 % E u _ S iO 00 3+ Z n O :5 % E u _ S iO 3+ Z n O :7 % E u _ S iO C−êng ®é (®.v.t.c) 00 00 00 0 30 40 500 600 00 00 00 00 B − í c sã n g (n m ) Hình 3.17 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+_SiO2 Từ hình 3.14 ta thấy sau phân tán mạng SiO2 quan sát đỉnh phát xạ 380nm rõ cường độ phát xạ sai hỏng giảm đáng kể Tuy nhiên đỉnh đặc trưng Eu3+ chưa thể rõ chúng tơi tiến hành xử lý nhiệt 9000C với thời gian gia nhiệt 1h Việc làm tương tự cho mẫu nhận đồ thị hình 3.15 73    Luận văn thạc sĩ   50000 3+ ZnO:5Eu _SiO 45000 3+ ZnO:7Eu _SiO 40000 3+ ZnO:3Eu _SiO C−êng ®é (®.v.t.y) 35000 30000 25000 610 20000 15000 707 10000 5000 -5000 300 400 500 600 700 800 900 1000 B−íc sãng (nm) Hình 3.18 Phổ huỳnh quang mẫu hạt ZnO:Eu3+_SiO2 xử lý 9000C 1h Quan sát đồ thị hình 3.15 ta nhận thấy sau xử lý nhiệt 11000C, phổ huỳnh quang mẫu thể rõ đỉnh đặc trưng Eu3+ 610nm tương ứng với chuyển mức 5D0 → 7F2 707nm tương ứng với dịch chuyển 5D0 → F4, mẫu pha tạp 5% Eu3+ có cường độ phát quang cao Và đồng thời ta quan sát phát xạ vùng-vùng ZnO 380nm rõ 3.2.5 Kết chụp huỳnh quang màng ZnO :SiO2 74    Luận văn thạc sĩ   Hình 3.19.Ảnh SEM màng ZnO:Eu3+:SiO2 Khi thay đổi tỉ lệ Eu3+ Với kết thu nhận thấy mẫu ZnO:Eu3+ phân tán SiO2 cho kết tốt so với mẫu không phân tán, thấy rõ chuyển lượng mạnh từ mạng ZnO tới ion Eu3+ hạt nano ZnO:Eu3+ phân tán SiO2 kết hứa hẹn mở số ứng dụng hữu ích vật liệu ZnO:Eu3+:SiO2 lĩnh vực quang học làm linh kiện dẫn sóng phẳng KẾT LUẬN 75    Luận văn thạc sĩ   Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp nghiên cứu chế tạo nano ZnO pha tạp Eu3+, thu số kết sau: ™ Chế tạo thành công vật liệu nano ZnO; ZnO:Eu3+ ZnO:Eu3+ phân tán SiO2 phương pháp thủy nhiệt ™ Đã xác định điều kiện công nghệ để chế tạo loại vật liệu điều chỉnh kích thước hạt thông qua việc thay đổi thời gian thủy nhiêt, nhiệt độ thủy phân xử lý nhiệt ™ Đã nghiên cứu cấu trúc hình thái học loại vật liệu giản đồ nhiễu xạ tia X ảnh hiển vi điện tử quét, qua xác định cách gần kích thước hạt trung bình ZnO khoảng từ 28 tới 50nm thời gian thủy nhiệt thay đổi từ đến 10 ™ Đã quan sát thấy phổ huỳnh quang tất mẫu hạt ZnO vùng: vùng có đỉnh 380nm vùng có đỉnh 620nm sau xử lý nhiệt; Xác định vùng có đỉnh 380nm chuyển mức vùng –vùng ZnO vùng có đỉnh 620nm sai hỏng nút khuyết ôxy mạng ZnO ™ Quan sát thấy đỉnh đặc trưng Eu3+ hạt nano ZnO:Eu3+ ZnO:Eu3+ phân tán silica sau xử lý nhiệt 9000C 11000C ™ Đã xác định ứng với nồng độ pha tạp 5% Eu3+ cho hiệu suất phát quang cao Trên sở nghiên cứu kết đạt được, tiếp tục nghiên cứu theo hướng: Tiếp tục pha tạp Eu3+ vào mạng ZnO theo hướng khác để nghiên cứu Tiến hành thêm số phép đo kích thích huỳnh quang để có thơng tin sâu sắc đóng góp cho việc giải thích hoạt động Eu3+ pha tạp vào mạng ZnO Tiếp tục khảo sát vật liệu ZnO:Eu3+ phân tán SiO2 với tỷ lệ ZnO:SiO2 khác để thu kết hữu ích 76    Luận văn thạc sĩ   TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Trần Thị Duyên(2008), Chế tạo nghiên cứu tính chất quang nano ZnA2O4:Eu3+, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật Lý, Đại Học Sư Phạm Hà Nội [2] Nguyễn Thị Hiền(2005), Nghiên cứu tính chất vật liệu ZnO pha tạp nguyên tố đất chế tạo phương pháp Sol-gel, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật Lý, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên-Đại Học Quốc Gia Hà Nội [3] Ngô Xuân Đại, Phạm Nguyên Hải, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Thị Thục Hiền(2005), Khảo sát tính chất quang màng Zn:Eu đa lớp, Báo cáo hội nghị vật lý toàn quốc lần thứ IV-2005 [4] Nguyễn Thị Lâm(2008), Chế tạo nghiên cứu vật liệu huỳnh quang ZnO pha tạp Tb, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật Lý, Đại Học Sư Phạm Hà Nội [5] Nguyễn Huy Phương(2006), Nghiên cứu chế tạo khảo sát số tính chất màng mỏng sở ZnO khả ứng dụng chúng, Luận án tiến sĩ Vật Lý, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên-Đại Học Quốc Gia Hà Nội [6] Vũ Thị Trà(2009), Nghiên cứu chế tạo tính chất huỳnh quang vật liệu nano SnO2:Eu3+, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật Liệu,Viện Đào Tạo Quốc Tế Về Khoa Học Vật Liệu-Đại Học Bách Khoa Hà Nội [7] Võ Thị Trang(2006), Nghiên cứu chế tạo cấu trúc nano ZnO phương pháp bốc bay nhiệt, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật Liệu,Viện Đào Tạo Quốc Tế Về Khoa Học Vật Liệu-Đại Học Bách Khoa Hà Nội [8] Mai Văn Tuấn(2009), Chế tạo vật liệu nanocomposite ZnO/PMMA phương pháp hóa siêu âm, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật Lý, Đại Học Sư Phạm Hà Nội [9] Nguyễn Trí Tuấn, Nguyễn Đức Trung Kiên, Nguyễn Trí Tài, Nguyễn Huyền Tùng, Nguyễn thị Thanh Ngân, Phạm Hồng Dương, Phạm Thành Huy(2009), nghiên cứu tính chất quang nano tinh thể Zns pha tạp Eu3+ tổng hợp phương pháp đồng kết tủa thủy nhiệt, hội nghị Vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6, Đà Nẵng 78    Luận văn thạc sĩ   [10] Nguyễn Việt Tuyên(2006), Chế tạo khảo sát đĩa nano dạng lõi vỏ Zn/ZnO phương pháp bốc bay nhiệt, Khóa luận tốt nghiệp, Đại Học Sư Phạm Hà Nội TIẾNG ANH [11] B S Barros , P S Melo , R H G A Kiminami, A C F M Costa (2006), “Photophysical properties of Eu3+ and Tb3+-doped ZnAl2O4 phosphors obtained by combustion reaction”, J Mater Sci 41,pp 4744-4748 [12] Chih-Cheng Lin, Yuan-Yao Li(2009), “Synthesis of ZnO nanowires by thermal decomposition of zinc acetate dehydrate”, Materials Chemistry and Physics 113, pp 334–337 [13] Chunlei Wang, Qiuyu Li, Baodong Mao, Enbo Wang, Chungui Tian(2007), “A different chemical route to synthesize ZnO nanoparticles”, Materials Letters 62, pp 1339–1341 [14] Yang J, Quan Z, Kong D, Liu X, Lin J, Y2O3:Eu3+ Microspheres: solothermal synthesis and luminescence properties, Crystal Growth and Design, 2007, 7(4): 730 [15] Jian-He Honga,, Chang-Jie Cong, Zhi-Guo Zhang, Ke-Li Zhanga (2007), “A new photoluminescence emission peak of ZnO–SiO2 nanocomposites and its energy transfer to Eu3+ ions”, Journal of Physics and Chemistry of Solids 68, pp 1359–1363 [16] Jinxu(2004), “Luminescence of ZnO”, A thesis submitted in prtial fulfilment of the requirements for the deg ree of master of Science at Virginia Commonwealth University [17] K Vanhensden et.at, J Appl.Phys, Vol79, No.18, 1998, p4389-4391 [18] Meng, X.Q., Zhao, D.X., Zhang, J.Y., Shen, D.Z., Lu, Y.M., Liu, Y.C, Fan, X.W(2005), “Growth temperature controlled shape variety of ZnO nanowires”, Chemical Physics Letters 407, pp.91-94 [19] M Joseph, H Seaki, K Ueda, T Kawai(2001), Physica B 302-303, 140 79    Luận văn thạc sĩ   [20] Paritosh Mohanty a, Bongsoo Kima, Jeunghee Park(2007), “Synthesis of single crystalline europium-doped ZnO nanowires”, Materials Science and Engineering B 138, pp 224–227 [21] P V Tuan, P T Trang, L H Hoang, T N Khiem, P T Huy(2009), “synthesis, structural and photoluminescence properties of Zno nanostructures”, (SPMS-2009) – Đa Nang 8-10/11/2009 [22] P.G Li, W.H Tang, X.Wang(2009), “Synthesis of ZnO nanowire arrays and their photoluminescence property”, Journal of Alloys and Compounds [23] S.Bachir, K Azama, J.Kossanyi, P Valat, J.C Ronford-Harot, J.Lumines.75(1997)35-49 [24] Shigeo Shionoya(1995), Phophors Handbook [25] V.Hayashi, H.Narahara, T Ushida , T.Noguchi and S.Ibuki(1995), Api, Jpn Appl Phys.34, 1878 [26] T Isizaka and Y.Kurokawa, (2001), Preparation coditions and optical properties of rare earth ion (Eu3+ and Eu3+) – doped alumina film by the aqueos solgel method, Journal of Applied Physics [27] Trinh Thi Hang, Trinh Xuan Anh, Pham Thanh Huy, Bùi Văn Hào (2008), “controlled synthesis and luminescence of Eu doped Zno nanowires or nanorods via hydrothermal method”, APCTP–ASEAN Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, Nha Trang, Vietnam – September 15 – 21, 2008 80    ... chất lượng tốt Vì ưu điểm vật liệu lý kể nên chọn đề tài: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANÔ ZnO : Eu3+ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC PHÁT ÁNH SÁNG MÀU ĐỎ Mục tiêu luận văn chế... khí, linh kiện phát quang màu xanh lục, blue – Jultraviolet ánh sáng trắng 1.2.4 Cấu trúc tính chất vật liệu nano ZnO Tính chất cấu trúc, hình dạng kích thước vật liệu nano ZnO nghiên cứu phép đo... ZnO Vật liệu pha tạp đất có cấu trúc nano Hiện có nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp vật liệu phát quang cấu trúc nano mét pha tạp đất Việc điều khiển kích thước vật liệu cấu trúc nano