Các phối liệu Y2O3 và Ce2(SO4)3 được lấy theo tỉ lệ mol Y:Ce =
1,98:0,02 và tiền chất muối axetat IV được điều chế theo phương pháp nung phân hủy tiền chất muối axetat – photphat.
Khảo sát độ phát quang
Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới độ phát quang của sản
phẩm, nung mẫu tiền chất IV ở các nhiệt độ 600, 700, 800, 900 và 10000C
trong 1h với tốc độ nâng nhiệt 100C/phút – kí hiệu các mẫu là 14.6 – 14.10
tương ứng. Các kết quả về độ phát quang của các sản phẩm được chỉ ra ở hình 3.19 và 3.20. 400 450 500 550 600 650 700 750 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 6 Wavelength (nm) 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 PL 372 - Slit 4-1
46 400 450 500 550 600 650 700 0 10000 20000 30000 40000 50000 T2 (CPS) Wavelength (nm) 11.10 14.10
Hình 3.20: Phổ phát quang các mẫu nền YPO4 và nền Y2O3 kích hoạt Ce Mẫu 14.10 – YPO4:Ce
Mẫu 11.10 – Y2O3:Ce
Khảo sát dạng tinh thể của sản phẩm tạo thành
Kết quả cho thấy sản phẩm tạo thành là YPO4 đơn pha dạng xenotim cấu trúc tứ phương. Điều này chứng tỏ các ion pha tạp đã đi vào mạng lưới của chất nền. Mẫu 14.10 do vậy có dạng Y1,98Ce0,02PO4
Hình 3.21: Giản đồ XRD mẫu 14.10
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker – Mau 14.-10
01-074-2429 (C) - Xenotime (Y) - YPO4 - Y: 60.94 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 6.87800 - b 6.87800 - c 6.03600 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - File: Truong BK mau 14-10.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 16 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi:
Lin (Cps) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d=3.441 d=2.740 d=2.559 d=2.434 d=2.265 d=2.143 d=1.926 d=1.819 d=1.764 d=1.720 d=1.682 d=1.608 d=1.539 d=1.507 d=1.428 d=1.379
47
Hình thái và cỡ hạt
Hình 3.22 là kết quả chụp ảnh SEM của mẫu 14.10. Mẫu 14.10 gồm các hạt sơ cấp khoảng 50 nm và có sự có sự kết khối giữa chúng.
48
KẾT LUẬN
Dựa trên kết quả thu được có thể rút ra một số kết luận sau:
- Đã tổng hợp thành công hệ phát quang dạng Y1,96 Eu0,04O3 khi nung phân
hủy tiền chất muối axetat tương ứng ở nhiệt độ 1000oC trong thời gian 1h.
Mẫu thu được gồm các hạt có kích thước khoảng 30-50nm, phát ra ánh sáng màu đỏ ở bước sóng cực đại 611nm khi được kích thích bởi tia laze có bước sóng λ= 254 nm .
- Theo phương pháp tiền chất các muối kim loại axetat - photphat, đã điều
chế thành công chất phát quang Y1,96Eu0,04PO4 khi nung tiền chất thu được
1h ở nhiệt độ 600 -1000oC. Khi kích thích bởi laze 254 nm, mẫu
Y1,96Eu0,04PO4 phát ra ánh sáng màu đỏ ở bước sóng λmax= 620 nm ứng với
bước chuyển 5D0 đến mức 7F2. Khi nung 1h ở 1000oC, mẫu Y1,96Eu0,04PO4
bao gồm các hạt đồng nhất hơn có cỡ khoảng 70 nm.
- Theo phương pháp tiền chất các muối kim loại axetat - photphat, đã điều
chế thành công chất phát quang Y1,98Tb0,02PO4 khi nung tiền chất thu được
1h ở nhiệt độ 600 -1000oC. Khi kích thích bỡi laze 254 nm, mẫu
Y1,98Tb0,02PO4 phát xạ màu xanh ở bước sóng λmax= 542nm ứng với bước
chuyển 5D4 - 7F5 và mẫuY1,96Eu0,04PO4 phát ra ánh sáng màu đỏ ở bước
sóng λmax= 620 nm ứng với bước chuyển 5D0 đến mức 7F2. Phù hợp với
đặc tính tinh thể mẫu Y1,98Tb0,02PO4 có cường độ phát quang cao hơn mẫu 12.10. Sản phẩm gồm các hạt sơ cấp khoảng 50 nm và có sự có sự kết khối giữa chúng tạo thành các phiến có cỡ khoảng 300nm.
49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. La Văn Bình (2000), Khoa học và công nghệ vật liệu, Đại học Bách
Khoa, Hà Nội.
2. Hoàng Ngọc Cang, Hoàng Nhâm (1990), Hóa học vô cơ, NXB Đại
học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội.
3. Bùi Thị Vân Anh, Nghiên cứu tổng hợp chất phát quang kẽm silicat
kích hoạt bởi mangan, Luận văn Thạc sỹ khoa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
4. Lê Công Dưỡng (1997), Vật liệu học, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà
Nội.
5. Quan Hán Khang, Trịnh Hân, Lê Nguyên Sóc (1979), Tinh thể học đại
cương, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội.
6. Từ Văn Mặc (2003), Phân tích hóa lý và phương pháp phổ nghiệm
nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
7. Đào Đình Thức (1980), Cấu trúc phân tử và liên kết hoá học, NXB
Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội.
8. Phan Văn Tường (2005), Vật liệu vô cơ, Hà Nội.
9. Nguyễn Văn Xuyến (2004), Cấu tạo phân tử và liên kết hoá học, NXB
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
10. Đặng Vũ Minh(1992), Tổng luận phân tích, tình hình nghiên cứu
công nghệ và ứng dụng đất hiếm.
11.Phạm Văn Tình; Lưu Minh Đại. Nghiên cứu chế tạo bột ytri oxit độ
mịn cao bằng cách kết tủa phức Y-xitrat với axit oxalic. Tạp chí Hoá học, 2002 , Số: 4 , Trang 60-65
50
Tiếng Anh
12. L. Eyring: Handbook on the Physics and Chemistry of Rare
Earths, Chapter 27, ed. K. A. Gschneider, Jr. and L. Eyring
(North-Holland, 1979) p. 337.
13. L. Eyring: The binary rare earth oxides, in K. A. Gschneider Jr., L. Eyring
(Eds.): Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, vol. 3
14. R.C.ROPP , Luminescence and the solid state, Elsevier.
15. M. S. Kwon , H. L. Park, T. W. Kim, Y. Huh, W. Choi, and J. Y.
Lee,(2006) “Sol-gel Synthesis and Luminescence Property of
51
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
1. Các chữ viết tắt:
DSC : Phép đo nhiệt lượng quét vi sai (differential scanning
calorimetry)
DTA : Phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyis)
RE : Đất hiếm (rare earth)
SEM : Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope)
52
XRD : Nhiễu xạ tia X (x-ray diffraction)
2. Các ký hiệu
n : Số tâm phát xạ
d : Độ dài khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song
: Góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ
λ : Bước sóng
β Độ rộng tại vị trí nửa pic
I : Cường độ bức xạ
53 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ... 2 1.1. Sự hấp thụ ánh sáng và mầu sắc: ... 2 1.1.1. Bức xạ điện từ và ánh sáng: ... 2 1.1.2. Hấp thụ, phản xạ và truyền qua:... 3 1.2. Lý thuyết về chất phát quang: ... 7
1.2.1. Các thuật ngữ liên quan đến chất phát quang và sự phát xạ của chất phát quang: ... 7
1.2.2. Thời gian tắt dần liên quan đến các quá trình phát quang: ... 8
1.2.3. Các tính chất của chất phát quang: ... 8
1.2.4. Cơ chế phát quang: ... 9
1.2.5. Thành phần chất phát quang: ... 11
1.2.6. Ứng dụng của chất phát quang:... 12
1.3. Giới thiệu chất phát quang hoạt hóa bởi nguyên tố đất hiếm ... 12
1.3.1. Đặc trưng quang phổ của các tâm phát quang loại ion đất hiếm. ... 12
1.3.2. Ứng dụng của chất phát quang dùng nguyên tố đất hiếm. ... 15
1.4. Chất phát quang Ytri oxit hoạt hóa bởi Eu3+ ... 17
1.5. Các phương pháp tổng hợp ... 17
1.5.1. Phương pháp nung kết đi từ các chất rắn. ... 17
1.5.2. Phương pháp đồng kết tủa: ... 18
54
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 22
2.1. Các thiết bị và hoá chất cần thiết: ... 22
2.2. Điều chế hệ phát quang ytri oxit kích hoạt bởi eropi theo phương pháp nung phân hủy hỗn hợp muối axetat ... 22
2.3. Điều chế hệ phát quang ytri photphat kích hoạt bởi europi, ceri và tecbi theo phương pháp nung phân hủy hỗn hợp muối ... 23
2.4. Các phương pháp phân tích: ... 25
2.4.1. Phương pháp phân tích nhiệt: ... 25
2.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): ... 26
2.4.3. Phương pháp quét hiển vi điện tử (SEM): ... 28
2.4.4. Phương pháp đo phổ huỳnh quang: ... 29
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 30
3.1. Nghiên cứu tổng hợp hệ phát quang ytri oxit kích hoạt bởi europi theo phương pháp nung phân hủy muối axetat. ... 30
3.1.1. Khảo sát sự biến đổi của tiền chất hỗn hợp muối theo nhiệt độ bằng phương pháp phân tích nhiệt (DTA): ... 30
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung ... 31
3.1.3. Độ phát quang của sản phẩm ... 35 3.1.4. Xác định hình thái và cỡ hạt. ... 37
3.2. Nghiên cứu tổng hợp hệ phát quang ytri photphat kích hoạt bởi europi, ceri và tecbi theo phương pháp nung phân hủy muối axetat. ... 38
3.2.1. Tổng hợp và tính chất phát quang của YPO4:Eu ... 38
3.2.2 Tổng hợp và tính chất phát quang của YPO4:Tb ... 40
3.2.3. Tổng hợp và tính chất phát quang của YPO4:Ce ... 45
KẾT LUẬN ... 48