Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang từ hệ tinh thể các oxit cao mgo al2o3 pha tạp cr3+ bằng phương pháp sol gel

Em xin bà TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC BÙI THỊ HƢỜNG TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỆ TINH THỂ CÁC OXIT CaO-MgO-Al2O3 PHA TẠP Cr3+ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SOL – GEL KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học Phân tích Hà Nội , tháng năm 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC BÙI THỊ HƢỜNG TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỆ TINH THỂ CÁC OXIT CaO-MgO-Al2O3 PHA TẠP Cr3+ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SOL – GEL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học Phân tích Ngƣời hƣớng dẫn Th.S Nguyễn Thị Huyền Hà Nội , tháng năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi bạn nhóm nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn Th.S Nguyễn Thị Huyền Các kết nghiên cứu khóa luận trung thực, rõ ràng em tiến hành thực nghiệm Đƣợc nghiên cứu thời gian em học tập trƣờng chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu tác giả khác Hà Nội, tháng năm 2019 Sinh viên Bùi Thị Hƣờng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin cảm ơn tới ThS Nguyễn Thị Huyền - ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo, giúp đỡ tạo điều kiện cho em suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo khoa Hóa Học trƣờng đại học sƣ phạm Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ sở vật chất bảo em q trình tiến hành thí nghiệm Em xin chân thành cảm ơn chân thành Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)- Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện nghiên cứu Kỹ thuật giúp đỡ em việc đo đạc, khảo sát tính chất quang sản phẩm Là sinh viên có lịng say mê nghiên cứu khoa học nhiên vốn kiến thức em chƣa phong phú hoàn thiện Hơn nữa, thời gian để tiến hành nghiên cứu hồn thành khóa luận cịn hạn chế Do đó, khóa luận em cịn nhiều thiếu xót Vì vậy, em mong muốn nhận đƣợc chia sẻ, góp ý thầy bạn để khóa luận em hồn thiện đầy đủ tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2019 Sinh viên Bùi Thị Hƣờng DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt Năng lƣợng E Energy λ, λexc, λem Wavelength, Excitation Bƣớc sóng, bƣớc sóng andemission Wavelength kích thích phát xạ CRI Color rendering index FESEM Field emission scanning Hiển vi điện tử quét electron microscopy phát xạ trƣờng LED Light emitting điốt Điốt phát quang PL Photoluminescence spectrum Phổ huỳnh quang PLE Photoluminescence excitation spectrum Phổ kích thích huỳnh quang TEM Transmission microscope electron Hiển vi điện tử truyền qua SEM Scanning microscope electron XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X WLED White light emitting điốt Điốt phát quang ánh sáng trắng Hệ số trả màu Hiển vi điện tử quét MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nội dung nghiên cứu 3 Phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục khóa luận CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hiện tƣợng phát quang 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cơ chế phát quang vật liệu 1.1.3 Cơ chế phát quang bột huỳnh quang 1.1.4 Các đặc trƣng bột huỳnh quang 1.2 Các loại bột huỳnh quang 1.2.1 Bột huỳnh quang truyền thống 1.2.2 Bột huỳnh quang ba phổ 11 1.3 Một số phƣơng pháp tổng hợp bột huỳnh quang 12 1.3.1 Phƣơng pháp đồng kết tủa 12 1.3.2 Phƣơng pháp sol-gel 13 1.3.3 Phƣơng pháp gốm cổ truyền 15 1.3.4 Phƣơng pháp thủy nhiệt 15 1.3.5 Phƣơng pháp nghiền 17 1.4 Đặc điểm cấu trúc hỗn hợp oxit CaO-MgO- Al2O3 17 1.4.1 Cấu trúc spinel MgAl2O4 17 1.4.2 Cấu trúc spinel CaAl4O7 18 1.4.3 Cấu trúc spinel CaAl12O19 19 1.5 Tính chất quang ion Cr3+ mạng 19 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21 2.1 Thực nghiệm 21 2.1.1 Hóa chất dụng cụ 21 2.1.2 Quy trình chế tạo 22 2.2 Các phƣơng pháp xác định cấu trúc tính chất quang vật liệu 24 2.2.1 Phân tích cấu trúc phổ nhiễu xạ tia X 24 2.2.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.2.3 Hệ đo phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang 28 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Hình thái bề mặt kích thƣớc hạt bột huỳnh quang oxit CMAO:Cr3+ 33 3.2 Cấu trúc tinh thể bột huỳnh quang oxit CMAO:Cr3+ 34 3.3 Tính chất quang bột huỳnh quang CMAO pha tạp Cr3+ 35 3.3.1 Tính chất quang bột huỳnh quang oxit CMAO:Cr3+ 35 3.3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu lên tính chất quang vật liệu 36 3.3.3 Ảnh hƣởng nồng độ pha tạp ion Cr3+ lên tính chất quang vật liệu 37 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình chế phát quang vật liệu A: ion kích hoạt B: ion tăng nhạy Hình 1.2 Phổ phát huỳnh quang calcium halophosphate Hình 1.3 Phổ huỳnh quang bóng đèn sử dụng bột Halophosphate 10 Hình 1.4 Sơ đồ phƣơng pháp chế tạo gốm cổ truyền 15 Hình 1.5 Bình phản ứng dùng phƣơng pháp thủy nhiệt 16 Hình 1.6: Cấu trúc ô mạng spinel 18 Hình 1.7 Cấu trúc spinel CaAl4O7 19 Hình 1.8 Cấu trúc tinh thể CaAl12O19 19 Hình 2.1.Quy trình chế tạo vật liệu hỗn hợp oxit CMAO pha tạp Cr3+ tổng hợp phƣơng pháp sol-gel 22 Hình 2.2 Sơ đồ nhiễu xạ mạng tinh thể 25 Hình 2.3 Ghi tín hiệu nhiễu xạ đầu thu xạ (1) Ống tia X, (2) Đầu thu xạ, (3) Mẫu, (4) Giác kế đo góc 26 Hình 2.4 (1) Chùm điện tử tới, (2) mẫu, (3) điện tử tán xạ ngƣợc, (4) điện tử thứ cấp, (5) xạ tia X 27 Hình 2.5 Thiết bị đo ảnh FESEM đƣợc tích hợp với đầu đo EDS 28 Hình 2.6 Sơ đồ chuyển dời mức lƣợng điện tử 29 Hình 2.7 (a) Phổ kế huỳnh quang FL3-22, Jobin Yvon-Spex,Mỹ; (b) Sơ đồ khối hệ quang học phổ kế huỳnh quang FL3-22 (1) Đèn Xe, (2) Máy đơn sắc kích thích cách tử kép, (3) Buồng gá mẫu, (4) Máy đơn sắc đo xạ cách tử kép, (5) Ống nhân quang điện 31 Hình 3.1 Ảnh FESEM nhận đƣợc mẫu hỗn hợp CMAO: 0,3% Cr3+ chế tạo phƣơng pháp sol-gel ủ nhiệt nhiệt độ 1500°C 33 Hình 3.2: Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu CMAO:Cr3+ 0,3% ủ nhiệt độ 10000C 14000C thời gian 5h khơng khí 34 Hình 3.3 Phổ huỳnh quang phổ kích thích huỳnh quang đo nhiệt độ phịng với bƣớc sóng 410nm mẫu Cr3+ 0,1% chế tạo phƣơng pháp sol-gel ủ nhiệt 1200° C mơi trƣờng khơng khí 35 Hình 3.4: Phổ PL hỗn hợp oxit CMAO: Cr3+0,3% ủ nhiệt độ 600°C- 1500°C 36 Hình 3.5 Phổ huỳnh quang hỗn hợp oxit CMAO tạp ion Cr3+ từ 0,1%÷1,5%, ủ nhiệt độ 1500°C khoảng thời gian 5giờ, đo nhiệt độ phòng dƣới bƣớc sóng kích thích 410nm 38 DANH MỤC BẢNG Bảng Số liệu thực nghiệm tổng hợp bột huỳnh quang oxit CMAO pha tạp Cr3+ở tỷ lệ khác 23 Hình 2.5 Thiết bị đo ảnh FESEM viện Vật liệu viện Hàn lâm khoa học Việt Nam Máy FESEM - Hitachi S4800 tích hợp với đầu đo EDS 2.2.3 Hệ đo phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang Tính chất quang vật liệu đƣợc khảo sát phổ huỳnh quang (PL) hệ đo quang với máy đo phân giải cao Hệ phát laser hệ đo PL (Viện khoa học Việt Nam) phát laser hai bƣớc sóng, ta chọn bƣớc sóng kích thích ngắn 325nm “Huỳnh quang tƣợng phát ánh sáng nhìn thấy (khơng kể xạ vật đen tuyệt đối) vật liệu tƣơng tác với hạt hay xạ Phổ huỳnh quang đƣờng cong biểu diễn phân bố cƣờng độ phát quang theo tần số hay bƣớc sóng xạ” Trong thực tế, ngƣời ta thƣờng phân loại huỳnh quang theo phƣơng pháp kích thích nhƣ quang huỳnh quang sinh kích thích photon, 28 hóa huỳnh quang đƣợc kích thích gốc hóa học, catot huỳnh quang sinh kích thích dịng điện tích… “Quang huỳnh quang phƣơng pháp kích thích trực tiếp tâm huỳnh quang khơng gây nên ion hóa Có nhiều cách để khảo sát huỳnh quang, nguồn ánh sáng kích thích thƣờng đƣợc dùng đèn thủy ngân, đèn xenon hydrogen” Nhƣng phải kể đến nguồn kích thích hiệu laser nguồn kích thích lọc lựa cao Cơ chế kích thích huỳnh đƣợc mơ tả: E1 E2 E3 Hình 2.6 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử Bức xạ tới vật chất truyền lƣợng cho điện tử, kích thích chúng chuyển từ trạng thái lên trạng thái kích thích có lƣợng cao Ở trạng thái không bền điện tử truyền lƣợng cho điện tử hay photon mạng chuyển mức có lƣợng thấp điện tử chuyển trạng thái giải phóng photon sinh huỳnh quang Nếu chuyển dời mức lƣợng có khả cách đủ hẹp khơng phát photon, chuyển dời chuyển dời không phát xạ Các xạ thƣờng đƣợc sử dụng để kích thích phổ huỳnh quang xạ có bƣớc sóng nằm vùng hấp thụ vật liệu Tùy theo mục đích, cách khảo sát mà thu đƣợc dạng phổ nhƣ: 29  Phổ xạ phân bố cƣờng độ ánh sáng phát theo bƣớc sóng ánh sáng Thơng thƣờng loạt vạch hay dải tƣơng ứng với chuyển đổi mức lƣợng điện tử  Phổ kích thích: phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang dải huỳnh quang cụ thể vào bƣớc sóng kích thích Phổ kích thích thƣờng giống phổ hấp thụ, nhƣng có khác cƣờng độ thiếu dải định Cƣờng độ phổ hấp thụ liên quan tới lực dao động tử chuyển dời phổ kích thích cịn liên quan tới khơng dao động từ q trình hấp thụ mà cịn liên quan tới hiệu suất trình chuyển mức trạng thái nhƣ hiệt suất trình phát xạ photon Hiện tƣợng huỳnh quang thƣờng gắn liền với tồn tâm huỳnh quang, loại khuyết tật điểm hay tập hợp chúng chúng có khả hấp thụ hay xạ photon quang học Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang dải nhiệt độ 11K300 K mẫu đƣợc đo phổ kế huỳnh quang FL3-22, Jobin YvonSpex Mỹ ( hình 2.7a) với sơ đồ khối đƣa hình 2.7 30 Hình 2.7 (a) Phổ kế huỳnh quang FL3-22, Jobin Yvon-Spex,Mỹ; (b) Sơ đồ khối hệ quang học phổ kế huỳnh quang FL3-22 (1) Đèn Xe, (2) Máy đơn sắc kích thích cách tử kép, (3) Buồng gá mẫu, (4) Máy đơn sắc đo xa cách tử kép, (5) Ống nhân quang điện Hệ gồm hai máy đơn sắc máy có khả thay đổi bƣớc sóng kích thích vào mẫu từ 250nm-900nm cịn máy phân tích tín hiệu phát từ mẫu ( tín hiệu huỳnh quang dải phổ 250nm-900nm) “Nguồn kích thích đèn xenon XFOR- 450W đƣợc ni nguồn điện cung cấp dịng điện với cƣờng độ tối đa 25 A Đèn XFOR- 450 W đƣợc đặt hộp bảo vệ với quạt làm nguội Ánh sáng từ đèn xenon đƣợc chiếu qua máy đơn sắc thứ nhất, sau tới mẫu” Tín hiệu huỳnh quang từ mẫu phát đƣợc phân tích qua máy đơn sắc thứ hai đƣợc thu nhận ống nhân quang điện 1911 F, sau qua tách sóng tín hiệu chuẩn DM302 cuối đƣa vào xử lý SAC Bộ xử lý SAC vừa có chức phân tích tín hiệu thu đƣợc, vừa có chức điều khiển tự động hệ FL3-22 Tín hiệu nhận đƣợc từ mẫu đƣợc ghép nối với máy tính “Khi đo phổ huỳnh quang ta cố định bƣớc sóng kích thích thích hợp ( λexc= const) máy đơn sắc thứ quét bƣớc sóng đơn sắc 31 thứ hai Phổ huỳnh quang thu đƣợc cho biết phụ thuộc tín hiệu huỳnh quang phát từ mẫu phụ thuộc vào bƣớc sóng” Ngƣợc lại, đo phổ kích thích huỳnh quang ta cố định bƣớc sóng xạ máy đơn sắc thứ hai quét bƣớc sóng máy đơn sắc thứ Phổ kích thích huỳnh quang tín hiệu huỳnh quang lấy bƣớc sóng xạ xác định (λem= const) thay đổi bƣớc sóng kích thích Vì vị trí cực đại phổ kích thích huỳnh quang cho biết vị trí bƣớc sóng kích thích tín hiệu huỳnh quang nhận đƣợc có cƣờng độ lớn Phƣơng pháp quang huỳnh quang đƣợc sử dụng phổ biến phƣơng pháp huỳnh quang Ƣu điểm phƣơng pháp quang huỳnh quang không cần gia công, xử lý mẫu cách phức tạp nhƣ tạo điện cực mẫu đo 32 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hình thái bề mặt kích thƣớc hạt bột huỳnh quang oxit CMAO:Cr3+ Hình thái bề mặt kích thƣớc hạt vật liệu ảnh hƣởng lớn tính chất quang vật liệu chúng ảnh hƣởng tới hiệu suất hấp thụ phát xạ vật liệu Để nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu đến cấu trúc hình thái vật liệu chúng tơi sử dụng hiển thị quét (FESEM) Chúng tiến hành chụp FESEM mẫu bột tổng hợp đƣợc chƣa ủ mẫu bột tổng hợp ủ nhiệt 1200°C với nồng độ 0,5% nhằm khảo sát hình ảnh nồng độ lên hình thái kích thƣớc vật liệu Hình 3.1 Ảnh FESEM nhận mẫu CMAO: 0,3% Cr3+chế tạo phương pháp sol-gel1200°C ủ nhiệt nhiệt độ 1200°C Hình 3.1 ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng (FESEM) củabột huỳnh quang CMAO: 0,3% Cr3+ chế tạo phƣơng pháp sol-gel ủ nhiệt nhiệt độ khác nhau: (a) mẫu chế tạo, (b) 1200°C Kết cho thấy vật liệu sau chế tạo có độ mịn độ xốp cao, kích thƣớc bé cỡ 2÷5 μm Ở nhiệt độ 1200°C ta quan sát rõ hạt bắt đầu kết đám với nhau, hình thành pha tăng lên, kích thƣớc hạt tăng lên từ 10÷ 20 μm 33 3.2 Cấu trúc tinh thể bột huỳnh quang oxit CMAO:Cr3+ Cấu trúc tinh thể mạng yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến tính chất quang bột huỳnh quang, với mạng tinh thể khác có ảnh hƣởng trƣờng tinh thể lên tâm phát xạ khác Hơn nữa, tƣơng thích bán kính ion nguyên tố thành phần mạng nguyên tố pha tạp định khả thay ion pha tạp vào mạng Để nghiên cứu cấu trúc mạng ủ nhiệt pha tạp Cr3+ với nồng độ khác nhau, tiến hành phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) loại cách hệ thống chi tiết Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu CMAO:Cr3+ 0,3% ủ nhiệt nhiệt độ 1000°C(a) 1400°C(b) thời gian 5h khơng khí Hình 3.2 phổ nhiễu xạ tia X vật liệu CMAO:Cr3+ 0,3% ủ nhiệt nhiệt độ 1000°C(a) 1400°C(b) thời gian 5h khơng khí Kết phân tích cho thấy bột huỳnh quang tổng hợp vật liệu đa pha tinh thể với pha cấu trúc CaAl4O7, CaAl12O19, MgAl2O4 Nhận thấy nhiệt độ 1000°C pha tinh thể xuất nhƣng chƣa nhiều, cƣờng độ nhiễu xạ cịn yếu Chứng tỏ nhiệt độ ủ thấp kết tinh vật liệu, vật liệu 34 rắn cịn tiền chất ban đầu tham gia phản ứng sót lại dƣới dạng muối hydroxit, dẫn đến việc tồn nhiều pha khác với tỷ lệ pha không xác định Ở nhiệt độ 1400°C pha tinh thể hình thành rõ hơn, tinh thể đƣợc kết tinh tốt dẫn đến kích thƣớc hạt tăng lên cƣờng độ nhiễu xạ lớn, độ rộng phổ hẹp Việc pha tạp ion Cr3+ vào mạng tinh thể không làm biến đổi đỉnh nhiễu xạ vật liệu 3.3 Tính chất quang bột huỳnh quang CMAO pha tạp Cr3+ 3.3.1 Tính chất quang bột huỳnh quang oxit CMAO:Cr3+ (a) (b) Hình 3.3 Phổ kích thích huỳnh quang (PLE) phổ huỳnh quang (PL) vật liệu CMAO:Cr3+0,1% chế tạo phương pháp sol-gel ủ nhiệt nhiệt độ 1200°C Hình 3.3 (a) trình bày phổ kích thích huỳnh quang (PLE) vật liệu CMAO:Cr3+0,1% chế tạo phƣơng pháp sol-gel ủ nhiệt nhiệt độ 1200°C trong môi trƣờng không khí Có thể quan sát thấy vật liệu bị hấp thụ mạnh vùng bƣớc sóng ~ 410 ~ 560nm “Cụ thể dải cƣờng độ rộng bƣớc sóng 410nm tƣơng ứng với chuyển mức lƣợng A2g4T1g dải cƣờng độ rộng bƣớc sóng 560 nm tƣơng ứng với chuyển mức lƣợng A2g4T2g 35 ion Cr3+ mạng nền”[18].Trong đo hấp thụ mạnh quan sát đƣợc phổ PLE bƣớc sóng 410nm Đây bƣớc sóng chúng tơi sử dụng kích thích suốt q trình nghiên cứu tính chất quang vật liệu Hình 3.3 (a) trình bày phổ huỳnh quang đo nhiệt độ phòng mẫu CMAO: Cr3+ 0,1% chế tạo phƣơng pháp sol gel ủ nhiệt nhiệt độ 1200°C giời môi trƣờng khơng khí Kết cho thấy tồn vùng phát xạ dải rộng từ 600-800 nm, “bán phổ hẹp đỉnh phát xạ 694 nm cƣờng độ phát xạ đạt giá trị cực đại nguyên nhân đƣợc cho chuyển dời zero- phonon từ 2Eg 4A2 ion Cr3+”[18] 3.3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu lên tính chất quang vật liệu Để khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu lên tính chất quang vật liệu chúng tơi tiến hành đo phổ huỳnh quang PL vật liệu CMAO: Cr3+ 0,3 % ủ nhiệt khoảng 600°C÷1500°C Kết thu đƣợc nhƣ sau: Hình 3.5 Phổ PL mẫu vật liệu CMAO: Cr3+0,3% ủ nhiệt độ 600 1500°C kích thích bước sóng 410 nm 36 Hình 3.5 phổ PL mẫu vật liệu CMAO ủ nhiệt độ 600°C÷1500°C khơng khí với thời gian đƣợc kích thích bƣớc sóng 410 nm Kết phân tích cho thấy, nhiệt độ từ 600°C÷1000°C xuất phổ phát xạ gần nhƣ trùng với vùng phát xạ rộng đỉnh phát xạ thấp Khi ủ mẫu nhiệt độ 1200°C, ta thấy đỉnh phổ phát xạ cao hẳn so với đỉnh phổ khác, với đỉnh phát xạ 694 nm (vùng ánh sáng đỏ) vùng phổ phát xạ thu hẹp nhỏ Chứng tỏ rằng, nhiệt độ tăng lên, hình thành pha tăng lên, ion Cr3+ thay Al3+ mạng hỗn hợp oxit CMO làm cho cƣờng độ phát xạ huỳnh quang tăng lên Khi ủ nhiệt lên đến nhiệt độ 1500°C cƣờng độ phát xạ giảm hẳn nguyên nhân tƣợng dập tắt phát quang nhiệt độ nhiệt độ tăng lên hạt tinh thể co cụm lại khiến số lƣợng tâm phát quang giảm dẫn đến giảm cƣờng độ phát quang 3.3.3 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Cr3+ lên tính chất quang vật liệu Vật liệu huỳnh quang pha tạp ion Cr3+ mà tổng hợp đƣợc có cấu trúc tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ ủ nồng độ pha tạp ion Cr3+, tính chất quang chúng khơng phụ thuộc vào nhiệt độ ủ mà phụ thuộc vào nồng độ pha tạp Cr3+ Trên sở đó, để khảo sát ảnh hƣởng nồng độ pha tạp đến tính chất quang vật liệu với mục đích tìm nồng độ pha tạp tối ƣu cho nhóm vật liệu này, chúng tơi tiến hành đo phổ huỳnh quang vật liệu tổng hợp đƣợc nhiệt độ ủ 1500°C với tỷ lệ từ 0,1%÷1,5% 37 Hình 3.6 Phổ huỳnh quang hỗn hợp oxit CMAO tạp ion Cr3+ từ 0,1%÷1,5%, ủ nhiệt độ 1500°C khoảng thời gian 5giờ, đo nhiệt độ phịng bước sóng kích thích 410 nm Phổ PL đƣợc kích thích bƣớc sóng 410 nm nhiệt độ 1500°C khoảng cho thấy dải phổ rộng đỉnh phát xạ 694 nm ( phát xạ đỏ) Ở nồng độ pha tạp 0,1% mol xuất tín hiệu phổ huỳnh quang nhƣng tín hiệu yếu đỉnh phổ thấp Khi tăng nồng độ khoảng từ 0,1% đến 0,3% cƣờng độ phát xạ huỳnh quang tăng mạnh Cƣờng độ phát quang đạt giá trị lớn nồng độ pha tạp ion Cr3+0,3% Điều đƣợc giải thích tăng nồng độ pha tạp Cr3+ lƣợng ion Cr3+ thay ion Al3+ mạng tinh thể nhiều hơn, làm cho cƣờng độ huỳnh quang tăng lên Khi tăng nồng độ pha tạp ion Cr3+ khoảng 0,3 %÷1,5% cƣờng độ huỳnh quang giảm xuống Điều đƣợc lý giải nhƣ sau: “Ở nồng độ pha tạp đủ lớn, ion Cr pha tạp gần dẫn đến truyền lƣợng ion Cr3+ với kết giảm cƣờng độ huỳnh quang Hiện tƣợng gọi tƣợng dập tắt huỳnh quang nồng độ” [10] 38 Nhƣ điều kiện chế tạo vật liệu CMAO:Cr3+ phát xạ đỏ chế tạo phƣơng pháp sol-gel có cƣờng độ phát huỳnh quang mạnh nồng độ tối ƣu x= 0,3% 39 KẾT LUẬN Chúng chế tạo thành công vật liệu CMAO:Cr3+ phát xạ đỏ chế tạo phƣơng pháp sol-gel kết hợp ủ nhiệt môi trƣờng khơng khí Đã tối ƣu đƣợc điều kiện chế tạo nồng độ , nhiệt độ để thu đƣợc vật liệu huỳnh quang Đã tìm đƣợc nhiệt độ bắt đầu hình thành tinh thể vật liệu nhiệt độ 1000°C Phổ huỳnh quang vật liệu CMAO:Cr3+ đƣợc khảo sát nghiên cứu cho phát xạ đỏ với đỉnh phát xạ cao 694 nm Tối ƣu hóa nồng độ pha tạp vật liệu CMAO:Cr3+ để cƣờng độ huỳnh quang lớn nhấ x = 0,3% nhiệt độ ủ mẫu tối ƣu 1200°C Vật liệu thu đƣợc kích thích hai vùng UV (~410 nm) vùng xanh lục (~560 nm) cho thấy khả ứng dụng cao cho bột chế tạo đèn LED chuyên dụng nông nghiệp 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Thành Trung (2009), Nghiên cứu tính chất quang ZnAl2O4:Eu3+ phương pháp hóa, Khóa luận tốt nghiệp ngành vật lí chất rắn, Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Lục Huy Hồng (2003), Nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+trong sốvật liệu có cấu trúc spinel, Luận án tiến sĩ Vật lý, Trƣờng Đại học Sƣ phạm HàNội [3] Phan Văn Tường (1998), Vật liệu vơ cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (lưu hành nội bộ) [4] Trịnh Thị Loan (2011), Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+ Co2+ spinel ZnAl2O4 oxit thành phần, Luận án tiến sĩ vật lí, trƣờng Đại học Quốc gia Hà Nội TÀI LIỆU TIẾNG ANH [5] Chen X, Dai P, Zhang X, Li C, Lu S, Wang X, Jia Y and Liu Y A hight Efficient White Light ( Sr, Ca,Ba)( PO4)3Cl: Eu2+, Tb3+, Mn2+, Phosphor via dual energy transfert for white light-emiting diode Inorganic Chemistry 53, pp.3443-3448.(2014) [6] Cheng B., Qu S., Zhou H and Wang Z (2006), “Al2O3: Cr3+ nanotubes [7] Yen W M., Shionoya S., Yamamoto H Fundamentals of Phosphors, CRC Press LLC (2006) [8] Furetta C, Handbook of Thermoluminescence, World Scientific Publishing Co Pte Ltd., Singapore (2003) [9] Ronda C , Luminescence From Theory to Applications, WILEYVCH Verlag GmbH & Co KgaA, Weinheim, Germany.(2008) 41 [10] Derkosch J., Mikenda W and Preisinger A.“N-Lines and chromiumpairs in the luminescence spectra of the spinel ZnAl2O4: Cr3+ and MgAl2O4: Cr3+”, J Soild State Chem 22, pp 127-133 [1977] [12] Rong J.X, Li Y.Q, Naoto H and Hajime Y , Nitride Phosphor and Solid state lighting CRC Press, pp 1-2 (2011) [13] Feldmann C, justel T, Ronda CR, Sclmidt P.J , Inorganic Luminescent Materials: 100 Years of Research and Application, Adecanced Functional Materials 13, pp 511-516.(2003) [14] Fleet M.E, Liu X, Pan Y, Rare- earth ekements in chlorapatite Ca10( PO4)6Cl2: Uptake, site preference, and degradation of monoclinic structure, American Mineralogist 85,pp.1437-1446.(2000) [15] Yen W M., Shionoya S., Yamamoto H Phosphor handbook, CRC Press LLC, (2006) [16] William M.Y, Shigeo S, Hajime Y, Practial Applications of Phosphors, CRC Press, pp 105-106(2007) [17] F H LOU and D W G BALLEXTYNE ,Imperial College, London “Visible and ultra-violet emission and absorption spectra of MgAl2O4 : Cr”(1968) [18] The-Long Phan and Seong-Cho Yu∗Department of Physics, Chungbuk National University, Cheongju 361-763 Manh-Huong Phan Department of Aerospace Engineering, Queens Building 1.53, University Walk, Bristol BS8 1TR, U.K.Thomas P J Han Department of Physics, John Anderson Building, Z07 Rottenrow,University of Strathclyde, Glasgow G4-0NG, Scotland, U.K Photol, "Photoluminescence Properties of Cr3+_Doped MgAl2O4 Natural Spinel”.(2004) 42 ... phát từ lý chọn đề tài “ Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang từ hệ tinh thể oxit CaO- MgO- Al2O3 pha tạp Cr3+ phương pháp sol- gel? ?? 2 Mục tiêu nội dung nghiên cứu * Mục tiêu tổng quát Tổng hợp nghiên. .. PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC BÙI THỊ HƢỜNG TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỆ TINH THỂ CÁC OXIT CaO- MgO- Al2O3 PHA TẠP Cr3+ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SOL – GEL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành:... phát quang sau phối màu UV blue LED bột huỳnh quang chế tạo đƣợc Nội dung  Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang hệ tinh thể oxit MOMgO- Al2O3 pha tạp Cr3+ phƣơng pháp sol- gel Đo đặc khảo sát tính