thuộc vào cả nhiệt độ và nồng độ pha tạp. Kết quả này chứng tỏ rằng, sự phát xạ
của vật liệu chủ yếu là do các ion Er3+ hòa tan trong tinh thể SnO2 (các ion Er3+ nàynhận được năng lượng truyền đến từ các tinh thể nano SnO2) và các ion Er3+ kết đám trong nền SiO2; năng lượng này hoặc được truyền trực tiếp từ các sai hỏng của cấu trúc mạng, hoặc được truyền gián tiếp qua sự kết hợp của các lỗ
trống với các ion Er3+.
+ Ngoài ra còn có 2 đỉnh phổcó cường độ rất thấp tại 572nm và 690nm.
Cường độ đỉnh tại bước sóng 572nm gần như không phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu và nồng độ pha tạp của ion Er3+. Bức xạ này được biết như sự kết hợp các mức
năng lượng khuyết tật trong phạm vi vùng năng lượng của SnO2 (không hòa tan ion Er3+) do sự kết hợp của các nút khuyết O, các nút Sn hoặc dư liên kết trong mạng SnO2 và các khuyết tật này được hình thành trong suốt quá trình tổng hợp vật liệu. Đối với đỉnh phổ tại bước sóng 690nm, thì cường độ bức xạ chủ yếu chịu
ảnh hưởng của nồng độ pha tạp ion Er3+hơn là nhiệt độ nung mẫu. Bức xạ này là do sự chuyển mức 4F9/2
4
I15/2 của các ion Er3+ kết đám trong nền SiO2. Điều này chứng tỏ, khi nồng độ pha tạp ion Er3+ tăng, thì sự kết đám của chúng trong nền SiO2 càng nhiều, nghĩa là chỉ có một lượng nhỏ ion Er3+ pha tạp là được hòa tan vào tinh thể nano SnO2.
4.5.2. Phổ phát quang (PL) ở vùng bức xạ hồng ngoại theo nồng độ pha tạp ion Er3+. ion Er3+.
Trang 78
Phổ phát quang (PL) ở vùng bức xạ hồng ngoại vật liệu 10SnO2-90SiO2: x%Er3+ theo nồng độ pha tạp ion Er3+ khác nhau được thực hiện đo đạt tại phòng phân tích quang phổ và phân tích Raman,Đại học Lille, nước Pháp, với bước sóng kích thích là 351nm.
Hình 4.15: Phổ PL của vật liệu 10SnO2-90SiO2: x%Er3+ với x = 0.2%, 0.4%, 0.8% và 1.0% mol được nung ở nhiệt độ 1000oC.
Đối với phổ phát quang (PL) ở vùng bức xạ hồng ngoại của vật liệu 10SnO2-90SiO2: x%Er3+ (với x = 0.2%, 0.4%, 0.8% và 1.0% mol) ở nhiệt độ
1000oC, có xuất hiện một sốđỉnh phổđặc trưng:
+ Đỉnh tại 1551nm có cường độ lớn nhất, cường độ đỉnh tăng chậm theo nồng độ pha tạp ion Er3+.
Trang 79
+ Các đỉnh tại bức xạ 1522.5nm, 1533nm và 1571.5nm có cường độ thấp
hơn, cường độcác đỉnh này cũng tăng khá chậm theo nồng độ pha tạp ion Er3+. Các bức xạ này được gây ra do sự chuyển mức năng lượng tương ứng
4
S3/2 4
I9/2 và 4I13/2 4
I15/2 của ion Er3+. Kết quả này cũng chứng tỏđược rằng, có một phần nhỏ ion Er3+ trong lượng pha tạp đã hòa tan vào các tinh thể nano SnO2, còn lại hầu hết chúng bị kết đám trong nền SiO2, sự kết đám này xảy ra càng mạnh khi nhiệt độ nung mẫu càng tăng. Điều này là phù hợp đối với những vật liệu tổng hợp bằng phương pháp Sol-Gel.
Trang 80
KẾT LUẬN
Trong luận văn này, chúng tôi đã tổng hợp thành công vật liệu dạng khối 10SnO2-90SiO2: xEr3+ chế tạo bằng phương pháp Sol-Gel với các nồng độ pha tạp ion Er3+ khác nhau (từ0.2 đến 1.0% mol), vật liệu này đóng vài trò quan trọng trong lĩnh
vực chế tạo vật liệu photonic và nhận được một số kết quảnhư sau:
1. Xây dựng được qui trình chế tạo vật liệu dạng khối 10SnO2-90SiO2: xEr3+ bằng phương pháp Sol-Gel với các nồng độ pha tạp ion Er3+ khác nhau (từ 0.2 đến 1.0% mol) nhưng vẫn bảo đảm được tính trong suốt.
2. Thiết lập được qui trình xử lí nhiệt độ mẫu: qui trình ủ mẫu, sấy mẫu và nung mẫu từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ 1000oC với tốc độ gia nhiệt 1oC/phút, từ đó chế tạo được các vật liệu dạng khối 10SnO2-90SiO2: xEr3+ với đường kính trung bình từ 2 - 2,5cm mà không bị vỡ mẫu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. Trong các vật liệu tổng hợp được đều có sự hình thành tinh thể nano SnO2 và sự hòa tan các ion pha tạp Er3+ vào các hạt tinh thể nano này, đồng thời
chúng phân tán đều trong vật liệu nền SiO2 với kích thước trung bình từ 3- 9nm.
4. Các ion pha tạp Er3+được hòa tan vào các hạt tinh thể nano SnO2 hấp thụ và phát xạ năng lượng (được truyền đến từ tinh thể nano SnO2) một cách có hiệu quả và bức xạ phát quang của chúng trong vùng hồng ngoại có xuất hiện đỉnh phổ ở vùng lân cận 1550nm, đáp ứng được yêu cầu ứng dụng của
đề tài trong việc chể tạo các vật liệu photonic xử dụng bước sóng hồng ngoại 1550nm.
Trang 81
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. Tiếp tục nghiên cứu để xây dựng hoàn thiện hơn qui trình tổng hợp vật liệu dạng khối xSnO2-(100-x)SiO2: Er3+bằng phương pháp Sol-Gel với các nồng độ pha tạp ion Er3+ khác nhau và nung ở các nhiệt độcao hơn mà không bị nứt gãy. 2. Chế tạo các vật liệu xSnO2-(100-x)SiO2: Er3+ bằng phương pháp Sol-Gel với
nhiều nồng độ pha tạp SnO2 và ion Er3+ khác nhau, để từđó tổng hợp được vật liệu với nồng độ pha tạp tối ưu về các mặt ứng dụng cũng như kinh tế.v.v… 3. Xây dựng qui trình tổng hợp vật liệu xSnO2-(100-x)SiO2 pha tạp các loại ion đất
hiếm khác như: Nd3+, Eu3+, Yb3+ bằng phương pháp Sol-Gel để ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử như: làm cửa sổ quang học, môi trường hoạt tính của Laser (laser hồng ngoại), thiết bị khuyếch đại trong truyền dẫn sóng quang, cửa sổ quang học, ...
Trang 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
[1].Lâm Quang Vinh, ‘‘Chế tạo và nghiên cứu tính chất tính chất quang của màng mỏng TiO2 pha tạp nano bán dẫn CdS ứng dụng trong photonic’’, Đề
tài cấp bộ.
[2].Lê Vũ Tuấn Hùng (2007),“ Luận án Tiến sỹ’’ , trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, TP.HCM
[3].N.T. Thành, V.X.Quang, N.Q. Liêm, V.P. Tuyến, M.Nogami, N.A.Bang, ‘‘
Sự hình thành ion Sm3+ của vật liệu thủy tinh Sol gel Al2O3.SiO2:Sm3+ bởi quá trình chiếu tia X’’, Hội nghị quang học quang phổ toàn quốc lần thứ V, Nha Trang, 10-14/10/2008.
[4].Nguyễn Đức Nghĩa (2007), “Hóa học nano – Công nghệ nền và vật liệu’’, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam.
[5].Phan Văn Tường (1998), “Vật liệu vô cơ’’, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Hà Nội.
[6].Bùi Thanh Sĩ (2011),“ Luận án Thạc sĩ ’’ , trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, TP.HCM.
TIẾNG ANH
[7].N. Chiodini et al 311 (2002), “Journal of Non-Crystalline Solids”, pp. 217- 222.
[8].BOUZIDI et al 2, (2008), “Er3+-doped sol–gel SnO2 for optical laser and amplifier applications”,.
[9]. B.R. Judd, Phys. Rev. 127, 750 (1962). [10].G.S. Ofelt, J. Chem. Phys. 37, 511 (1962).
Trang 83
[11].Imhof, A.; Megens, M.; Engelberts, J. J.; de Lang, D. T. N.; Sprik, R.; Vos, W. L. J. Phys. Chem. B (1999), 103, 1408.
[12].Slooff, L. H.; de Dood, M. J. A.; van Blaaderen, A.; Polman, A.Appl. Phys.
Lett. 2000, 76, 682. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[13].Moran, C. E.; Hale, G. D.; Halas, N. J. Langmuir 2001, 17, 8376. [14].De, G.; Karmakar, B.; Ganguli, D. J. Mater. Chem. 2000, 10, 2289.
[15].Karmakar, B.; De, G.; Kundu, D.; Ganguli, D. J. Non-Cryst. Sol.1991, 135, 29.
[16].Arriagada, F. J.; Osseoasare, K. In Colloid Chemistry of Silica; American Chemical Society: Washington, DC, 1994; Vol 234, p 113.
[17].Van Blaaderen, A.; Velikov, K. P.; Hoogenboom, J. P.; Vossen, D. L. J.; Yethiraj, A.; Dullens, R.; van Dillen, T.; Polman, A. In Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Photonic Crystals and Light Localization, Kluwer, Dordrecht: The Netherlands, 2001; p 239.
[18].Van Blaaderen, A.; van Geest, J.; Vrij, A. J. Colloid Interface Sci. 1992,
154, 481.
[19].W.T. Carnall, P.R. Fields, R. Rajnak, J. Chem. Phys. 49, 4424 (1968)
[20].K. Driesen, C. Görller-Walrand, K. Binnemans, Mater. Sci. Eng. C 18, 255 (2001)
[21].R.R. Jacobs, M.J.Weber, IEEE J. Quantum Electron. QE-12, 102 (1976)
[22].H. Lin, K. Liu, E.Y.B. Pun, T.C. Ma, X. Peng, Q.D. An, J.Y. Yu, S.B. Jiang, Chem. Phys. Lett. 398, 146 (2004)
[23].G.A. Kumar, E. De la Rosa, H. Desirena, Opt. Commun. 260, 601 (2006)
[24].H. Lin, S. Jiang, J. Wu, F. Song, N. Peyghambarian, E. Pun, J. Phys. D Appl. Phys. 36, 812 (2003)
Trang 84
[26].H. Elhouichet, S. Daboussi, H. Ajlani, A. Najar, A. Moadhen, M. Oueslati,I.M. Tiginyanu, S. Langa, H. Föll, J. Luminesc. 113, 329 (2005)
[27].S. Dabboussi, H. Elhouichet, H. Ajlani, A. Moadhen, M. Oueslati,
[28].J.A. Roger, J. Luminesc. 121, 507 (2006)
[29].A.A. Kaminskii, Laser Crystals, Their Physics and Properties
(Springer,Berlin, 1981)
[30].N. Jaba, A. Kanoun, H. Mejri, A. Selmi, S. Alaya, H. Maaref, J. Phys.: Condens. Matter 12, 4523 (2000)
[31].A.M. Tkachuk, S.E. Ivanovab, M.-F. Joubertc, Y. Guyotc, L.I. Isaenkod,V.P. Gapontseve, J. Luminesc. 125, 271 (2007).
[32].N. Chiodini, A. Paleari, D. Di Martino, G. Spinolo, Appl. Phys. Lett. 81 (2002) 1702.
[33]. N. Chiodini, F. Morazzoni, A. Paleari, R. Scotti and G. Spinolo, “Sol±gel synthesis of monolithic tin-doped silica glass, jounal of material chemistry’’, Received 2nd June 1999, Accepted 3rd August 1999.
[34]. P.W.Atkins, “Physical Chemistry 3rd Edn’’, Oxford University Press: Oxford, 1986.
[35]. R.S. Katiyar, P. Dawson, M.M. Hargreave, G.R. Wilkinson, J. Phys. C 4 (1971) 2421.
[36]. Raul diaz Delgado (2002), “Tin oxide gas sensors: An electrochemical approach’’, Ph. D. Thesis, University of Barcelona.
[37]. S.H. Luo, Q. Wan, W.L. Liu, M. Zhang, Z.T. Song, C.L. Lin, Paul K. Chu, “Photoluminescence properties of SnO2 nanowhiskers grown by thermal evaporation’’, Progress in Solid State Chemistry 33 (2005) 287 – 292.
[38]. T. Trindade, P. O’Brien, N.L. Pickett, Chem. Mat., 2001, 13, 3843-3858. [39]. Te-Yu Wei a, Cheng-Yu Kuo a, Yung-Jung Hsu a, Shih-Yuan Lu a, Yu-
Trang 85
Photoluminescence and photocatalysis’’, Microporous and Mesoporous Materials (2007).
[40]. Thiago C. Canevari a, Jacqueline Arguello a, Maria S.P. Francisco b, Yoshitaka Gushikem, “Cobalt phthalocyanine prepared in situ on a sol–gel derived SiO2-SnO2 mixed oxide Application in electrocatalytic oxidation of oxalic acid’’, Journal of Electroanalytical Chemistry, Journal of Electroanalytical Chemistry 609 (2007) 61–67. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[41]. Tomokatsu Hayakawa, Masayuki Nogami, “High luminescence quantum efficiency of Eu3+-doped SnO2–SiO2 glasses due to excitation energy transfer from nano-sized SnO2 crystals’’, Science and Technology of Advanced Materials 6 (2005) 66–70.
[42]. Tomokatsu Hayakawa, Takehiro Enomoto, and Masayuki Nogami, “Nanocrystalline SnO2 particles and twofold-coordinated Sn defect centers in sol-gel-derived SnO2–SiO2 glasses’’, Department of Materials Science and Engineering, Nagoya Institute of Technology, Gokiso, Showa, Nagoya, Aichi 466-8555, Japan, Received 9 October 2001; accepted 8 March 2002. [43]. V.T. Agekyan, Phys. Status Solidi A 43 (1977) 11.
[44].Virginia Semiconductor, “The General Properties of Si, Ge, SiGe, SiO2 and Si3N4’’, Virginia Semiconductor, (2002).Z.C. Liu, H.R. Chen, W.M. Huang, J.L. Gu, W.B. Bu, Z.L. Hua, J.L. Shi, “Synthesis of a new SnO2/mesoporous silica composite with room-temperature photoluminescence’’, Microporous and Mesoporous Materials 89 (2006) 270–275.
[45].http://vi.wikipedia.org/wiki/Tetraethoxysilane [46]. http://vi.wikipedia.org/wiki/Etanol
[47]. http://vi.wikipedia.org/wiki/Tin(II)chloride