Nghiên cứu tổng hợp chất phát quang nền kẽm silicat

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - N NG T N C U T NG N N V PC TP S C T T QU NG Chuyên ngành : K LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC K THUẬT H A HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS TS L X T H N – 2017 L N ỤC ỤC Ờ C ĐO N Ờ C N N ỤC C C N ỤC C C U C CC V T T T NG Ở Đ U C Ư NG T NG QU N C 1.1 .9 C P i 11 Q 12 C 2SiO4: Mn2+ 15 1.2.1 Giới thiệu chung v 15 1.2.2 Ch t phát quang k m silicat 18 C 2SiO4:Mn 2+ 22 P 22 P ủy nhiệt 24 P -gel 26 P đồng kết tủa 28 C Ư NG P Ư NG P C P NG N C U VÀ T C NG 31 31 P G H P ệ TG - DTA 31 đồ XR 32 đệ S M 34 PL 35 N 36 T ệ 37 L N T ế ế .37 2.3.2 Quy trình th c nghiệm 37 C Ư NG T QU VÀ T G ủ đ đồ K O U N 40 ủ 40 ệ 42 ủ ệ đ đ ủ 43 K ủ đ ủ .49 K ủ đ ủ .51 K ủ L+ đ ủ .54 N ệ 57 T U N 59 N NG TÀ UT 60 O 61 L N Ờ C T ĐO N đ ủ ủ PGS TS L X C T ế L ớ ệ đ ủ T N T V L N Ờ C T ế đ đ T đ đ đ ệ ệ đế ệ đ đ ệ T đ đ Tôi đế PGS TS L X đ ệ N đ ệ H N T N T V L N DANH ỤC C C U C CC V T STT TT T T V TG Thermogravimetry P ệ DTA Diferential Thermal Analysis P ệ SEM Scanning Electrode Microscope K đ TEM Transmission Electron Microscope K qua đệ XRD X-ray Diffraction G PL Photoluminescence P đồ X L N N ỤC C C STT NG Tên Trang T C T 2SiO4: Mn2+ 23 T 2SiO4: Mn2+ 26 2SiO4: Mn2+ 28 ủ ủ 19 2SiO4 ệ T - gel ủ đ ủ 21 đ XR ở ủ ủ ủ S ệ đ đ ủ 41 ệ đ 46 47 47 ủ 10 M 2+ đ 50 ủ 11 đ 52 ủ S 12 đ ệ ế ủ pha 13 ủ 54 ế L+ đ 55 ủ L N N ỤC C C STT N V Đ T Tên Trang H M ế H S đồ H S đồ H C ế H T ệ H S 16 H Xiclosilicat (3[SiO4]4- 17 H P 17 H A 18 10 H P 11 H C 12 H S đồ 13 H M 14 H 15 H S 16 H S đồ 17 H S đồ 18 S đồ 2SiO4: 19 H ủ H P ủ 20 H G đồ 21 H G đồ XR 10 13 ủ 14 15 S O4]4- 16 18 2SiO4 19 ủ đ ế 20 21 đ T TA TG đồ ệ 31 X 33 đệ 34 ệđ 36 Mn2+ ế 41 ệ ủ 39 42 ệ đ o C 43 L N 22 H G đồ XR ủ ệ đ 23 H G đồ XR ủ 24 H G đồ XR ủ 25 7G đồ XR ủ 28 H H P H ủ H 29 H 26 27 P o C 44 ệ đ o 44 ệ đ o 45 C C ệ đ 45 ủ ủ ủ 48 ệ đ ệ đ P đ 48 ủ ủ M M 2+ 2+ đ 50 51 ủ 30 H 31 H P ủ ủ ờ 52 đ 53 ủ 32 H 33 H 34 H 35 H P ủ L+ ủ L+ đ 55 56 ủ S M ủ ệ M 57 57 36 H M ế 58 L N ỞĐ U N đ đờ đ T đ đ đ đ đ K T đ đ ế α- Zn2SiO4 β- Zn2SiO4 đệ γ- Zn2SiO4 α- Zn2SiO4 đ đ Vớ K α- Zn2SiO4 T đ đ Zn2SiO4:Mn2+ đ đ đ ệ ệ C ủ ệ , ph T ế P ệ ệ đ đ ủ ệ đ ệ P đồ đ P đồ ệ ế ủ đ Vệ đ ế T đ đ ế ệ ế i ệ ủ N N N 2SiO4: - T ệ Mn2+ đế đ L N 3.11: T ủ đ 2+ M ủ đ – đ λmax= 517,3 – H đ z đ đ đ đ đ đệ tâm kíc đ đ ệ Mn2+ T đ M l L T đ ế ủ mangan đ ủ ế ủ 2+ Nế đ 3.5 đ mangan 1,25 % mol đ ủ mol ủ ế ẩ – 51 L N C 4.6 đ – đ S đ b o C ế đ nm ủ 3.6: Mẫu Thời gian nung, (phút) C phát quang (a.u) λmax (nm) 3.12: P đ ủ đ ủ 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 30 45 60 75 90 120 32936 55964 72400 77872 83718 52694 518,073 518,872 ủ 518,073 518,872 518,872 518,872 52 L N ủ T – đ ủ đ củ – đ λmax= 518 H đế ủ đ T đ đ đ ủ đ đế M đ đ M 4+ M đ M 2+ đ ệ đ ế 2SiO4: S ệ đ o C Mn2+ ế ủ đế đ ủ ế ủ ệ đ ế ệ ệ 53 L N 7: S đ ệ ế ủ ế Đề P P ầ T N nung) P N 2SiO3 ế ủ Zn(CH3COO)2, MnSO4 ế 1000 oC – 2h + 14000C – ZnO, SiO2, MnCO3 N C – 2h Nung 1100 oC ế Mn(CH3COO)2 T thê J + ủ đ ủ L [20] ủ ệ đ L đ ủ [20] ủ ế L+ ệ L+ đ đ [28] 1250 oC – 4h Mn(CH3COO)2, Y2O3, - 1100 oC 2h ZnO, H2SiO3, Li2CO3 t [29] o Zn(NO3)2, SiO2, 3.6 ẩ [26] 4h ZnO, SiO2, MnO2 P M 1000 oC o C Kế ủ đ đ 2+ , Mn2+, Li+) C ủ đ đ ( nung -3.15 54 L N L+ g ủ 3.8: đ ủ Mẫu 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 VLiCH3COO, 0,1M(ml) 0,5 1,5 Li+, % mol 0,5 1,5 83718 88758 100515 109077 81930 518,872 518,872 519,672 519,672 520,471 C phát quang (a.u) λmax(nm) :P ủ Li+ 55 L N 15 : L+ ủ đ ủ C đ L+đ ủ L+ ủ ế L + ớ ế đ đ L+đ ỗ photon L+ ủ L+ mol Li+ đ đ M đ M L+ t đế đ đ i C 10000C đ (M đ đ 3.16 Theo hình 3.16 đ đ đ ủ S M đ S ế a 56 L N S đ đ S M ế S M ủ ệ 3.7 N Các s n ph m sau chế t g PVA,0,5 g ch t ho đ c nghi n pha tr n với keo (100 ml H2O + đ ng b m ẹ cho tan hết 60 oC đ với t lệ 0,2 g ch t phát quang: ml dung d ch keo Kết qu cho s n ph nm- đ đ phát quang rõ chiếu b c minh h a M đ UV ới v tay ớc sóng 254 ng: 57 L N : M M đ ế c dùng bút th m v lên gi y, chiế đ phát quang m nh 58 L N T U N Zn2SiO4:Mn2+ T ủ ế ệ , đ λmax=518 đồ ế đ đ đ C λ nm đ ế ủ ZnSiO3 z đ ởđ đ ệ đ ệ Tế ế ế ủ o ế C đế C đ M 2+ S đ ủ ,5 % mol C đ đ 59 L N N NG ệ đ ủ ệ Nế đ đ ế ủ ế ủ ệ đ đ đ ệ ủ ế đ C N T (2017), N V A L X T T ế ủ ế T N ạp T í T a 55(3e1,2), pp 301-305 60 L N TÀ UT O T L C ng (1997), Vật liệu h c N H N i V p (2006), ơn p pp p vật lý hóa h c, NX i h c Qu c gia Hà N i P Hồ P Q H ( i o tr n vật lý n n N H N N H N C u t l ợn tử v n u ên tử p n tử N T V M c (2003), P n tí a lý p ơn p cấu trúc phân tử N H M p p ổ nghiệm nghiên cứu H N ( o n vật sili at N H N P V T ờng (2007), p ơn p p tổng hợp vật liệu g m i h c qu c gia Hà N i L V K V (2004), Giáo trình cấu trúc phân tích cấu trúc vật liệu T ih i h c qu c gia Hà N i T B Yan, H Huang (2007), Matrix-inducing synthesis and luminescence of Zn2SiO4:xTb3+ submicrometer phosphors derived from the sol–gel assembling of different multicomponent hybrid precursors, Journal of Alloys and Compounds 429, pp.338–342 10 C.E Rivera-Enríquez, A Fernández-Osorio, (2016), Luminescence properties of α- J Chávez-Fernández β-Zn2SiO4:Mn nanoparticles prepared by a co-precipitation method, Journal of Alloys and Compounds, 688(B), pp 775-782 61 L N 11 C Ronda (2008), Luminescence from Theory to Applications, Wiley-VCH, Germany 12 C.C Diao, C.F Yang, R.L Wang, J.J Lin, M.Y Fu (2011), Prepare high efficiency Mn2+-doped Zn2SiO4 green phosphors in air using nano-particles, Journal of Luminescence 131, pp.915–920 13 D.R Vij (1998), Luminescence of solids, Springer Science+Business Media, New York 14 G.Q Xu, H.T Xu, Z.X Zheng, Y.C Wu (2010), Preparation and characterization of Zn2SiO4: Mn2+ phosphors with hydrothermal methods, Journal of Luminescence 130, pp 1717–1720 15 H.X Zhang, S Buddhudu, C.H Kam, Y Zhou, Y.L Lam, K.S Wong, B.S Ooi, S.L Ng, W.X Que (2001), Luminescence of Eu3+ and Tb3+ doped Zn2SiO4 nanometer powder phosphors, Materials Chemistry and Physics 68, pp.31–35 16 Chulsoo Yoon, Shinhoo Kang, Synthesis of Znz-xMnxSiO4 phosphor using a hydrothermal technique, Materials Research Society, 16(4), pp 1210-1216 17 J El Ghoul a,n , K Omri a , A Alyamani b , C Barthou c , L El Mir (2013), Synthesis and luminescence of SiO2/Zn2SiO4 and SiO2/ Zn2SiO4:Mn composite with sol-gel methods, Journal of Luminescence 138, pp 218-222 18 J El Ghoul, I Ghiloufi, L El Mir (2016), Effect of annealing temperature on the luminescence properties of Zn2SiO4:V nanocomposite, Journal of Luminescence 170, pp.288–292 19 J El Ghoul, L El Mir (2014), Sol–gel synthesis and luminescence of undoped and Mn-doped zinc orthosilicate phosphor nanocomposites, Journal of Luminescence 148, pp 82–88 20 J Liu, Y Wang, X Yu, J Li (2010), Enhanced photoluminescence properties of Zn2SiO4:Mn2+ co-activated with Y3+/Li+ under VUV excitation, Journal of Luminescence 130, pp.2171–2174 62 L N 21 K A Petrovykha, A A Rempel, V S Kortov, and E A Buntov (2015), Sol– Gel Synthesis and Photoluminescence of Zn2SiO4:Mn Nanoparticles, Inorganic Materials, 51(2), pp 152–157 22 K Omri a , L El Mir (2014), Effect of manganese concentration on photoluminescence properties of Zn2SiO4: Mn2+ nanophosphor material, Superlattices and Microstructures, 70, pp 24-32 23 K Omri, J El Ghoul, A Alyamani, C Barthou, L El Mir (2013), Luminescence properties of green emission of SiO2/Zn2SiO4:Mn2+ nanocomposite prepared by sol–gel method, Physica E 53, pp 48–54 24 K.W Park, H.S Lim, S.W Park, G Deressa, J.S Kim (2015), Strong blue absorption of green Zn2SiO4: Mn2+ phosphor by doping heavy Mn2+ concentrations, Chemical Physics Letters 636, pp 141-145 25 L El Mir, K Omri, J El Ghoul, A.S AL-Hobaib, H Dahman, C Barthou (2014), Yellow emission of SiO2 /Zn2SiO4:Mn nanocomposite synthesized by sol–gel method, Superlattices and Microstructures 65, pp.248-255 26 M.C Parmar, W D Zhuang, K R V Murthy, X W Huang, Y S Hu, V Natarajan (2009), Role of SiO2 in Zn2SiO4: Mn2+ phosphor used in optoelectronic materials, Indian Journal of Engineering &Materials Sciences 16, pp.185-187 27 M.T Tsai, Y F Lu, Y.K Wang (2010), Synthesis and characterization of manganese-doped zinc orthosilicate phosphor powders, Journal of Alloys and Compounds 505, pp 818 - 823 28 P.V Ramakrishna, D.B.R.K Murthy, D.L Sastry, K Samatha (2014), Synthesis, structural and luminescence properties of Mn doped ZnO/ Zn2SiO4 composite microphosphor, Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc 129, pp.274-279 29 Peter Š č R K š G ( P f (ZnO)x-z(SiO2)y:(MnO)z green phosphors prepared by direct thermal synthesis: 63 L N The effect of ZnO/SiO2 ratio and Mn2+ concentration on luminescence, Ceramics International, 42(15), pp.16852-16860 30 Q.Y Zhang, K Pita, C.H Kam (2003), Sol – gel derived zinc silicate phosphor films for full-color display applications, Journal of Physics and Chemistry of Solids 64, pp.333–338 31 R.C Ropp (1998), Luminescence and solid state, Springer Science+Business Media, LLC 32 R.Y Yang, Y.M Peng, H.L Lai, C.J Chu, B Chiou, Y.K Su (2013), Effect of the different concentrations of Eu3+ ions on the microstructure and photoluminescent properties of Zn2SiO4:xEu3+ phosphors and synthesized with TEOS solution as silicate source, Optical Materials 35, pp.1719–1723 33 S H Nam, M H Kim, J Y Lee, S D Lee, J H Boo (2010), Spray pyrolysis of manganese doped zinc silicate phosphor particle, Functional Materials Letters 3(2), pp 97–100 34 X Yu and Y Wang (2010), Photoluminescent Properties of Nanoscaled Zn2SiO4:Mn2+ Green Phosphor Under Vacuum Ultraviolet Excitation, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 10, pp.2173–2176 35 Y Wu, Y Wang, Dawei He, M Fu, Z Chen, Y Li (2010), Pherical Zn2SiO4: Eu3+/SiO2 phosphor particles in core–shell structure: Synthesis and characterization, Journal of Luminescence 130, pp.1768-1773 36 Y Jiang, J Chen, Z Xie, L Zheng (2010), Syntheses and optical properties ofand Zn2SiO4: Mn nanoparticles by solvothermal method in ethylene glycol– water system, Material Chemistry and Physics 120, pp.313-318 37 Y Mei, H Xu, J Zhang, Z Ci, M Duan, S Peng, Z Zhang, W Tian, Y Lu, Yuhua Wang (2015), Design and spectral control of a novel ultraviolet emitting long lasting phosphor for assisting TiO2 photocatalysis: Zn2SiO4 :Ga3+, Bi3+ , Journal of Alloys and Compounds 622, pp.908-912 64 L N 38 Z.T Kang, Y Liu, B.K Wagner, R Gilstrap, M Liu, C.J Summers (2006), Luminescence properties of Mn2+ doped Zn2SiO4 phosphor films synthesized by combustion CVD, Journal of Luminescence 121, pp.595–600 65 ... phát ng quang phát quang tinh th x y theo hai đ m c u t o n n tính ch t ho ế phát quang tái h p t c thờ Catot phát quang hiệ c chiếu m t chùm b c x ế phát quang tái h p kéo dài ng phát quang nhờ... Chú ý r ng không ph i m i s c g i s phát quang phát quang Chẳng h n: ph n x , tán x , b c x nhiệ i s phát quang phân biệ V đ đ đ s S phát quang m t ch t s phát nh ng b c x đ ch (≥ thờ -10 s )... t phát đ t l p t c hay cịn trì m t thời gian ng g i hiệ đ ng phát quang hu N n hu đ ng t nguồn kích thích mà b c x v n trì thờ cl i i phát quang lân quang hay lân quang đ - Hu nh quang: s phát