BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HUẾ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO GdPO4: RE3+ (RE= Dy, Sm) VÀ Bi BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẢN ỨNG NỔ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HUẾ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO GdPO4: RE3+ (RE= Dy, Sm) VÀ Bi BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẢN ỨNG NỔ Chun ngành: Hóa vơ Mã Số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Đức Roãn HÀ NỘI - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu cá nhân Các số liệu tài liệu trích dẫn luận văn trung thực Kết nghiên cứu không trùng với cơng trình cơng bố trước Tơi chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Tác giả NGUYỄN THỊ HUẾ LỜI CẢM ƠN Luận văn thực Khoa Hóa học, Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Phòng Vật liệu Quang điện tử, Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Trước hết xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Phạm Đức Rỗn người thầy tận tình định hướng trực tiếp bảo, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn thầy TS Nguyễn Vũ NCS Ngô Khắc Không Minh bảo giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Anh Sơn (Khoa Hóa học – Trường đại học Khoa học Tự Nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội, TS Trần Quang Huy (Viện Vệ sinh Dịch Tễ Trung Ương) TS Nguyễn Trọng Nghĩa (Viện Khoa học Vật Lý) giúp đo giản đồ nhiễu xạ tia X, SEM đo phổ huỳnh quang Tôi xin cảm ơn cán nghiên cứu thuộc phòng Quang hóa điện tử, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu đã tạo điều kiện giúp đỡ Tôi xin cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa hóa học - Trường ĐHSP Hà Nội, thầy giáo mơn Hóa học vơ học viên nhóm hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè ln bên tôi, động viên giúp đỡ trình hồn thành luận văn Hà Nội, tháng 10 năm 2018 Tác giả NGUYỄN THỊ HUẾ MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 82 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 86 1.1 Tổng quan chung vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano 86 1.1.1 Vật liệu huỳnh quang 86 1.1.2 Ảnh hƣởng mạng chủ 89 1.1.3 Vật liệu phát quang cấu trúc nano 89 1.1.4 Vật liệu phát quang GdPO4 91 1.2 Các nguyên tố đất 91 1.2.1 Tổng quan ion đất 91 1.2.2 Cấu tạo vỏ điện tử đặc tính phát quang ion đất 91 1.2.3 Tổng quan ion Sm(III) Dy(III) 95 1.2.3.1 Ion Dy(III) 95 1.2.3.2 Ion Sm(III) 96 1.2.3.3 Ion Bi(III) 97 1.2.4 Các dịch chuyển phát xạ không phát xạ ion đất 98 1.2.4.1 Các dịch chuyển phát xạ 98 1.2.4.2 Các dịch chuyển không phát xạ 99 1.2.5 Ứng dụng chất phát quang pha tạp ion đất 99 1.3 Giới thiệu phƣơng pháp chế tạo vật liệu 100 1.3.1 Phƣơng pháp đồng kết tủa 100 1.3.2 Phƣơng pháp sol – gel 101 1.3.3 Phƣơng pháp Mixen đảo 103 1.3.4 Phƣơng pháp thủy nhiệt 104 1.3.5 Phản ứng pha rắn 105 1.3.6 Phƣơng pháp phản ứng nổ 106 CHƢƠNG 2:THỰC NGHIỆM 109 2.1 Thiết bị hóa chất 109 2.2 Pha dung dịch muối tiền chất 109 2.3 Chế tạo vật liệu nano phát quang GdPO4 pha tạp Dy(III), Sm(III), Bi(III) 110 2.3.1 Sơ đồ tổng hợp vật liệu 110 2.3.2 Tổng hợp vật liệu GdPO4 : 1% Dy(III) biến đổi nhiệt độ 112 2.3.3 Tổng hợp vật liệu GdPO4: x% Dy(III) (x = 0.5 - 3.0) 113 2.3.4 Tổng hợp vật liệu GdPO4 : 2%Dy(III), x%Bi(III) (x = 0.5 - 3.0) 114 2.3.5 Tổng hợp vật liệu GdPO4 : 1% Sm(III) biến đổi nhiệt độ 115 2.3.6 Tổng hợp vật liệu GdPO4 : x% Sm(III) (x = 0.5-3.0) 116 2.3.7 Tổng hợp vật liệu GdPO4 :3%Sm(III), x%Bi(III) (x = - 5) 117 2.4 Một số phƣơng pháp thực nghiệm nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu 118 2.4.1 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 118 2.4.2 Xác định cấu trúc phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 119 2.4.3 Hiển vi điện tử quét (SEM) hiển vi điện tử truyền qua (TEM)121 2.4.4 Phƣơng pháp phổ huỳnh quang 122 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 124 3.1 Nghiên cứu điều kiện tổng hợp tính chất quang vật liệu GdPO4:Dy(III) 124 3.1.1 Cấu trúc hình thái học vật liệu GdPO4:Dy(III) 124 3.1.2 Tính chất quang vật liệu GdPO4:Dy(III) 129 3.1.2.1 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu GdPO4:Dy(III) 129 3.1.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tính chất quang vật liệu GdPO4:Dy(III) 130 3.1.2.3 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Dy(III) đến tính chất quang vật liệu GdPO4:Dy(III) 132 3.1.2.4 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Bi(III) đến tính chất quang vật liệu GdPO4:Dy(III) 134 3.2 Nghiên cứu điều kiện tổng hợp tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 136 3.2.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu GdPO4:Sm(III) 136 3.2.2 Tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 136 3.2.2.1 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu GdPO4: Sm(III) 137 3.2.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 140 3.2.2.3 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Sm(III) đến tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 142 3.2.2.4 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Bi(III) đến tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 144 KẾT LUẬN 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Các chữ viết tắt DTA : phân tích nhiệt vi sai (Diferential Thermal Analysis) ET : truyền lượng EXC : kích thích (Excitation) FWHM : độ bán rộng (Full Width at Half Maximum) NR : không phát xạ R : phát xạ RE : đất (Rare Earth) SEM : hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) TGA : phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetry Analysis) XRD : nhiễu xạ tia X (X – Ray diffraction) Các kí hiệu  : bước sóng (wavelength) t : nhiệt độ nung β : độ bán rộng θ : góc nhiễu xạ tia X I : cường độ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Mối liên hệ kích thước số nguyên tử bề mặt 90 Bảng 1.2: Các ion nguyên tố đất 92 Bảng 2.1: Danh sách mẫu GdPO4 : 1% Dy(III) nung 112 Bảng 2.2: Danh sách mẫu GdPO4 : x% Dy(III) (x = 0.5-3.0) 113 Bảng 2.3: Danh sách mẫu GdPO4 : 1% Dy(III), x% Bi(III) (x = 0.5-5.0) 114 Bảng 2.4 Danh sách mẫu GdPO4 : 1% Sm(III) nung 115 Bảng 2.5: Danh sách mẫu GdPO4 : x% Sm(III) (x = 0.5-5.0) 116 Bảng 2.6: Danh sách mẫu GdPO4 :1% Sm(III), Bi(NO3)3 (x = - 5) 117 Bảng 3.1: Kích thước tinh thể vật liệu GdPO4:x%Dy(III) tính theo cơng thức Scherrer 127 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ tinh thể hay vật liệu huỳnh quang 87 Hình 1.2: Sơ đồ mơ tả q trình huỳnh quang 87 Hình 1.3: Sự truyền lượng từ tâm S (tăng nhạy) tới A 88 Hình 1.4: Sự truyền lượng từ S tới A 88 Hình 1.5: Giản đồ mức lượng ion RE3+ 94 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp vật liệu nano phát quang GdPO4: Dy(III) phương pháp phản ứng nổ 111 Hình 2.2: Sơ đồ nhiễu xạ xảy mạng tinh thể 120 Hình 2.3: Thiết bị đo X – ray D8 – ADVANCE – Bruker 121 Hình 2.4: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 122 Hình 2.5: Thiết bị đo huỳnh quang CARY ECLIPSE 123 Hình 3.1: Giản đồ XRD vật liệu GdPO4:1%Dy(III) nung nhiệt độ từ 500-900oC 125 Hình 3.2: Giản đồ XRD vật liệu GdPO4:x%Dy(III) nung 900oC 126 Hình 3.3: Ảnh SEM vật liệu GdPO4:Dy(III) nung 500oC (trên) 900oC (dưới) 128 Hình 3.4: Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu GdPO4:1.5%Dy(III) cho phát xạ bước sóng 478 nm 129 Hình 3.5: Phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4:1%Dy(III) nung nhiệt độ từ 500 đến 900oC 130 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn cường độ tỉ lệ cường độ huỳnh quang bước sóng 574 478nm vật liệu GdPO4:Dy(III) nung nhiệt độ khác nhau131 gồm hai nhóm vạch kích thích đặc trưng Gd(III) Sm(III) để nhận phát xạ đặc trưng Sm(III) Các vạch kích thích 255, 273 ,312 quy cho chuyển rời S7/2 - 6Dj, 8S7/2 – 6Ij, 8S7/2 - 6Dj ion Gd(III) Các vạch kích thích 304, 330, 344, 360, 373, 401, 414, 438, 460, 475, 480 nm quy cho chuyển dời ion Sm(III): Trong đó, vạch 304, 330, 344 nm quy cho chuyển dời 6H5/2 – 4P5/2, 6H5/2 – 4G9/2, 6H5/2 – H9/2; vạch , 360, 373, 401, 414 nm quy cho chuyển dời H5/2 – 4D5/2, 6H5/2 – 4L17/2, 6H5/2 – 6P3/2, 6H5/2 – 6P5/2, 4L13/2, vạch 438, 460, 475, 480 quy cho chuyển dời H5/2 – 4M17/2, 4G9/2 ,4I15/2, 6H5/2 – I13/2, 6H5/2 – 4G11/2, 6H5/2 – 4I9/2 [20, 25, 26, 27] Trong số vạch kích thích nhận vạch 273 nm 401 nm cho cường độ xấp xỉ mạnh Do chúng tơi chọn bước sóng 273 401 nm làm bước sóng kích thích cho phép đo huỳnh quang mẫu đại diện GdPO4:2%Sm(III) cho phát xạ 600nm thu kết biểu diễn hình 3.13 3.14 200 600nm 273nm 401nm C-êng ®é (®.v.t.®) GdPO4:2%Sm 150 a) b) EXC l273 c) I401 c b 100 50 250 300 350 400 450 500 550 B-íc sãng (nm) 138 600 650 700 Hình 3.13: Phổ kích thích huỳnh quang(a), phổ huỳnh quang kích thích 273nm (b) 401nm (c) vật liệu GdPO4:2%Sm(III) cho phát xạ bước sóng 600 nm 400 GdPO4: 2%Sm EM = 601nm C-êng ®é (®.v.t.®) 300 EXC = 401nm 200 100 EXC = 273nm 500 550 600 650 700 B-íc sãng (nm) Hình 3.14: Phổ huỳnh quang mẫu GdPO4:2%Sm(III) với bước sóng kích thích 273 401 nm Hình 3.13 3.14 trình bày phổ kích thích huỳnh quang phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4:2%Sm(III) bước sóng kích thích 273 401 nm Kích thích 273 nm kích thích vào ion Gd(III) kích thích 401 nm kích thích trực tiếp vào ion Sm(III) Khi Gd(III) kích thích bước sóng 273 nm tâm Gd(III) hấp thụ photon UV để chuyển sang trạng thái kích thích Do có xuất tâm Sm(III) nên Gd(III) truyền lượng không phát xạ photon cho tâm Sm(III) Nhờ vậy, tâm Sm(III) kích thích sau chuyển trạng thái gây phát xạ vạch tương ứng 139 Kết cho thấy, kích thích 273 hay 401 nm phổ huỳnh quang nhận có dạng, vị trí tỉ lệ cường độ tương tự Cường độ huỳnh quang phát xạ 600 nm xấp xỉ với cường độ huỳnh quang 273 401 nm phổ kích thích Cường độ phát xạ kích thích 273 401 nm 194 204 chúng tơi chọn bước sóng kích thích huỳnh quang 401 nm cho phép đo huỳnh quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 3.2.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 300 GdPO4: 1%Sm G5/2- H7/2 EXC = 401 (nm) 500 C 600 C 700 C 800 C 900 C C-êng ®é (®.v.t.®) 250 200 150 100 G5/2- H5/2 G5/2- H9/2 50 G5/2- H11/2 550 600 650 700 B-íc sãng (nm) Hình 3.15: Phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4:1%Sm(III) nung nhiệt độ 500 đến 9000C 140 300 GdPO4:1%Sm C-êng ®é (®.v.t.®) EXC = 401 (nm) 200 100 500 600 700 800 900 o NhiƯt ®é ( C) Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn cường độ huỳnh quang bước sóng 600 nm vật liệu GdPO4:1%Sm nung nhiệt độ từ 500 đến 900oC Hình 3.15 trình bày phổ huỳnh quang mẫu GdPO4:1%Sm(III) nung nhiệt độ từ 500 đến 900oC thời gian Kết cho thấy kích thích bước sóng 401 nm mẫu GdPO4:1%Sm cho phát xạ vùng ánh sáng màu đỏ Phổ huỳnh quang nhiệt độ nung mẫu khác thể chuyển dời đặc trưng ion Sm(III) bước sóng 557 nm (4G5/2 – 6H5/2), 600 nm (4G5/2 – 6H7/2), 645 654 nm (4G5/2 – 6H9/2), 700 704 nm (4G5/2 – 6H11/2), với cường độ phát xạ mạnh 600 nm Mặt khác, cường độ huỳnh quang đỉnh phát xạ tăng nhiệt độ nung mẫu tăng từ 500 đến 900°C Ở 500°C 600°C tín hiệu cường độ yếu, từ 700 đến 900°C cường độ huỳnh quang tăng nhanh Điều phù hợp với giản đồ XRD thu hình 3.11, giải thích hoàn thiện tinh thể vật liệu nhiệt độ tăng Việc ghi nhận phát xạ đặc trưng ion Sm(III) chứng tỏ 141 ion phân tán tốt mạng Ở đây, điều kiện tổng hợp nên tiến hành nung mẫu đến nhiệt độ cao 900oC, chưa khảo sát nhiệt độ nung mẫu cường độ vật liệu đạt cực đại Trong phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4:Sm mà tổng hợp được, phát xạ ứng với chuyển dời 4G5/2 – 6H7/2 600 nm chuyển dời lưỡng cực từ phép có cường độ trội hẳn so với chuyển dời lại Điều ion Sm(III) chiếm vị trí có tâm đối xứng đảo mạng GdPO Phổ huỳnh quang chúng tơi thu phù hợp với cơng trình công bố [7, 20, 25, 26, 27] Như vậy, nghiên cứu chọn nhiệt độ nung 900 0C thích hợp cho vật liệu GdPO4:Sm để làm sở cho nghiên cứu 3.2.2.3 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Sm(III) đến tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) GdPO4:x%Sm EXC = 401 nm G5/2- H7/2 300 C-êng ®é (®.v.t.®) d 200 a) x = 0.5 b) x = c) x= d) x= e) x= f) x = c e 100 G5/2- H5/2 b f a G5/2- H9/2 G5/2- H11/2 550 600 650 B-íc sãng (nm) 142 700 Hình 3.17: Phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4 :x% Sm(III) nung 900oC GdPO4:x%Sm 300 C-êng ®é (®.v.t.®) 250 200 150 100 50 0 Nång ®é (% mol) Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn cường độ huỳnh quang bước sóng 600 nm vật liệu GdPO4:x%Sm(III) nung 900oC Hình 3.17 biểu diễn phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4:x%Sm(III) (x = 0.5 – % mol) Phổ huỳnh quang biểu diễn phát xạ đặc trưng dải màu đỏ ion Sm(III) Mặt khác, cường độ huỳnh quang thay đổi đáng kể nồng độ pha tạp Sm(III) thay đổi Khi nồng độ pha tạp Sm(III) tăng lên số tâm phát quang tăng, làm tăng cường độ phát quang, cụ thể nồng độ pha tạp Sm(III) tăng từ 0,5 đến (%mol) cường độ phát quang tăng dần cực đại (%mol) Tuy nhiên, tiếp tục tăng nồng độ pha tạp Sm(III) lên % mol xảy hiệu ứng dập tắt huỳnh quang làm cho cường độ phát quang lại giảm dần 143 Từ kết chọn nồng độ pha tạp Sm(III) tối ưu (%mol) cho phép đo huỳnh quang 3.2.2.4 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Bi(III) đến tính chất quang vật liệu GdPO4:Sm(III) 600 500 GdPO4:3%Sm,1%Bi EM = 600nm H5/2(Sm) - P3/2 3+ L17/2 4 H9/2 G11/2 I13/2 I9/2 G9/2 4 D5/2 3+ M17/2, G9/2, I15/2 P5/2, L13/2 S7/2- IJ(Gd ) 3+ P5/2(Sm ) 100 S7/2- IJ(Gd ) 3+ 200 300 S7/2- DJ(Gd ) C-êng ®é (®.v.t.®) 400 250 300 350 400 450 500 B-íc sãng (nm) Hình 3.19: Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu GdPO4:3%Sm,1%Bi cho phát xạ bước sóng 600 nm Hình 3.19 trình bày phổ kích thích huỳnh quang vật liệu GdPO4:3%Sm, 1%Bi nung 900oC Phổ kích thích huỳnh quang thể đầy đủ hai nhóm vạch kích thích đặc trưng Gd(III) Sm(III) Vị trí tỉ lệ vạch tương tự phổ kích thích cho phát xạ 600 nm vật liệu GdPO4:2%Sm (hình 3.12) không pha tạp Bi(III) Tuy nhiên, vạch kích thích nhận cho cường độ mạnh 401 nm Do đó, chúng tơi chọn bước sóng kích thích 401 nm cho phép đo huỳnh quang vật liệu GdPO4:3%Sm,x%Bi 144 50 40 GdPO4:3%Sm,x%Bi a) EXC = 401 nm b) % Bi(III) c) % Bi(III) d) % Bi(III) e) % Bi(III) f) % Bi(III) G5/2- H7/2 C-êng ®é (®.v.t.®) b 30 % Bi(III) c d e 20 a f G5/2- H5/2 10 G5/2- H9/2 G5/2- H11/2 450 500 550 600 650 700 750 B-íc sãng (nm) Hình 3.20: Phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4 :3% Dy(III),x%Bi(III) nung 900oC Hình 3.20 trình bày phổ huỳnh quang vật liệu GdPO4:3%Sm(III), x%Bi(III) (x = – 5) bước sóng kích thích 401 nm Phổ huỳnh quang mẫu với nồng độ pha tạp Bi(III) khác thể chuyển dời đặc trưng ion Sm(III) bước sóng 557 nm (4G5/2 – 6H5/2), 600 nm (4G5/2 – 6H7/2), 645 654 nm (4G5/2 – 6H9/2), 700 704 nm (4G5/2 – 6H11/2), với cường độ phát xạ mạnh 600 nm Phổ huỳnh quang không ghi nhận phát xạ Bi(III) cho thấy việc thêm Bi(III) khơng làm ảnh hưởng đến vị trí chuyển dời phát xạ đặc trưng ion Sm(III) gây ảnh hưởng đến cường độ phát xạ Điều kích thích 401 nm kích thích vào Sm(III) nên khơng thấy rõ vai trò Bi(III) 145 C-êng ®é (®.v.t.®) GdPO4:3%Sm,x%Bi 30 20 Nång ®é pha t¹p Bi(III) ( % mol) Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn cường độ huỳnh quang bước sóng 600 nm vật liệu GdPO4:3%Dy(III),x%Bi(III) nung 900oC Từ hình 3.21 cho thấy, tăng nồng độ pha tạp Bi(III) từ đến 1% mol cường độ phát quang tăng dần đạt cực đại nồng độ pha tạp Bi(III) % mol Nếu tiếp tục tăng nồng độ Bi(III) đến % mol cường độ huỳnh quang lại giảm dần Như vậy, khoảng nồng độ khảo sát pha tạp % Bi(III) cho cường độ phát xạ mạnh nhất, để nghiên cứu rõ ảnh hưởng nồng độ Bi(III) đến vật liệu GdPO4:Sm nên khảo sát khoảng nồng độ nhỏ (ví dụ: 0.25; 0.5; 0.75; 1.0; 1.25; 1.5; % mol) Tuy nhiên, giới hạn thực nghiệm nên chúng tơi chưa có điều kiện để thực Kết khẳng định có mặt ion Bi(III) thành phần vật liệu phần làm tăng cường độ phát quang mà giữ nguyên phát xạ đặc trưng lại giảm chi phí vật liệu Vật liệu thể đầy đủ rõ rệt tính chất quang học 146 KẾT LUẬN Qua q trình tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu nano phát quang GdPO4 : RE3+( RE= Dy, Sm) Bi đạt số kết sau: Đã tổng hợp thành công vật liệu nano phát quang GdPO4 : RE3+( RE= Dy, Sm) Bi phương pháp phản ứng nổ với quy trình tổng hợp vật liệu ổn định Kết nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu nhiễu xạ tia X cho thấy nhiệt độ để nhận tinh thể mạng 800 - 900oC; vật liệu tổng hợp đơn pha; kích thước tinh thể nhận từ 20 – 30 nm phụ thuộc vào nhiệt độ nung mẫu nồng độ pha tạp Vật liệu GdPO4:x%Dy(III) GdPO4:2%Dy(III),x%Bi(III) phát xạ ánh sáng xanh (478 nm) màu vàng (574 nm) kích thích 273 nm Phổ huỳnh quang vật liệu thể chuyển dời phát xạ đặc trưng 4F9/2 – 6H15/2 F9/2 – 6H13/2 Dy(III) Vật liệu GdPO4:x%Sm(III) GdPO4:3%Sm(III),x%Bi(III) phát xạ ánh sáng đỏ kích thích 401 nm Phổs huỳnh quang vật liệu thể chuyển dời đặc trưng ion Sm(III) bước sóng 557 nm (4G5/2 – H5/2), 600 nm (4G5/2 – 6H7/2), 645 654 nm (4G5/2 – 6H9/2), 700 704 nm (4G5/2 – 6H11/2), với cường độ phát xạ mạnh 600 nm Vật liệu GdPO4:x%Dy(III) GdPO4:x%Sm(III) biến đổi nhiệt độ có dạng phổ huỳnh quang khơng thay đổi tăng nhiệt độ nung từ 500- 900oC, cường độ huỳnh quang tăng nhiệt độ nung mẫu tăng, nhiệt độ thích hợp để nung mẫu 900oC Trong khoảng nồng độ pha tạp Dy(III) từ 0.5 – %mol nồng độ pha tạp Dy(III) cho cường độ phát xạ mạnh (%mol) Trong khoảng nồng độ pha tạp Sm(III) từ 0.5 – %mol nồng độ pha tạp Sm(III) cho cường độ phát xạ mạnh (%mol) 147 Sự có mặt Bi(III) thành phần vật liệu GdPO4:2%Dy(III) làm tăng cường độ huỳnh quang vật liệu, nồng độ ion Bi(III) pha tạp thích hợp vật liệu GdPO4:2%Dy(III), x% Bi(III) đến % Sự có mặt Bi(III) thành phần vật liệu GdPO4:3%Sm(III) làm tăng cường độ huỳnh quang Nồng độ ion Bi(III) pha tạp cho cường độ phát xạ mạnh vật liệu GdPO4:3%Sm(III), x% Bi(III) % 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Thái Thị Diệu Hiền, Phạm Đức Rỗn, Đinh Thị Thu Trang, Ngơ Khắc Khơng Minh, Lâm Thị Kiều Giang, Nguyễn Vũ, (2017): “Tổng hợp vật liệu phát quang YPO4: Tb tổng hợp phản ứng nổ”, Tạp chí Hóa học, 55(2e), 64- 67 Đinh Xuân Lộc (2013), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano YVO4:Eu(III), CePO4:Tb(III) khảo sát tính chất quang chúng”, Luận án Tiến Sĩ Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Vũ Bá Quyết (2009), “ Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu nano phát quang YVO4: RE3+( RE = Eu, Er, Sm)”, Luận văn Thạc sĩ khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Phạm Đức Roãn – Nguyễn Thế Ngơn (2009), “Các ngun tố hóa phóng xạ”, Nhà xuất Đại học Sư phạm Đinh Thị Thu Trang (2017), “ Chế tạo vật liệu phương pháp phản ứng nổ nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano YPO4:Tb(III), Bi(III)”, Luận văn Thạc sĩ khoa học Hóa học, Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Nguyễn Vũ (2007), “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano Y2O3: Eu, Tb, Yb”, Luận án Tiến Sĩ Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Nguyễn Vũ, Nguyễn Thị Nụ, Dương Thị Giang, Mẫn Hồi Nam, Phạm Đức Rỗn, (2013): “Tổng hợp vật liệu nano phát quang YVO4: Sm3+, Bi3+”, Tạp chí Hóa học, T.51(2AB) 262 – 264 149 Tiếng Anh Fawad U., H.J Kim, A Khan, H Part, and Sunghwan Kim (2015), “X-ray and Photoluminescence Study of Li6Gd(BO3)3: Tb3+, Dy3+ Phosphors”, Science of Advanced materials, pp 2536-2544 Ferhi M., S Toumi, K Horchani-Naifer, M Ferid (2017), “Single phase GdPO4:Dy3+ microspheres blue, yellow and white light emitting phosphor”, Journal of Alloys and Compounds 714, pp 144-153 10 Guihuan Du, Xuyou Kan, Yibo Han, Zhaoyu Sun, Weiwei Guo (2012), “Structure and luminescence of YPO4: Dy3+ microflowers”, Masterial, 74, pp 229-231 11 Huignard, A., Buissette, V., Laurent, G., Gacoin, T., Boilot, J.P (2002), “Sensitizing and protecting lanthanide ion emission using optically active nanocrystals”, Chemistry of Masterials, 14, pp.2264 – 2269 12 Haritha Pamuluri, Chalicheemalapalli Mamilla Kulala Rathaiah, Jayasankar, Victor Kadathala Lavin Linganna, and Vemula venkatramu (2018), “Role of Dy3+  Sm3+ energy transfer in the tuning of warm to cold white light emission in Dy3+/Sm3+ co-doped Lu3Ga5O12 nanogarnets”, New J Chem, 42, pp 1260-1270 13 Homa Homayoni, Sunil Sahi, Lun ma, Junying Zhang, Jeotikanta Mohapatra, Ping Liu, Adriana P.Sotelo, Robin T Macaluso, Thomas Davis, Weichen (2018), “X-ray excited luminescence and persistent luminescence of Sr2MgSi2O7: Eu2+, Dy3+ and their associations whith synthesis condition”, Joural of Luminescence 198, pp 132-137 14 Jinyu Yang, Lin Luo, Zhou Chen, Xueyu Chen, Xiaoyu Tang, (2016) “Tbdoped YPO4 phosphor: Polyacrylamide gel synthesis and optical properties”, Juarnal of Alloys and compounds”, 689, 837-842 15 Karan kumar Gupta, R.M kadam, N.S Dhoble, S.P Lochab, Vijay Singh (2016), “Photoluminescence, thermoluminescence and evalution of some 150 parameters of Dy3+ activated Sr5(PO4)3F phosphor synthesized by sol-gel method”, Journal of Alloys and Compounds, 688, pp 982-983 16.Lei Chen, Yang Jiang, Yungguang Yang, Jian Huang JunYan Shi, Shifu Chen (2009), “The energy transfer og Bi3+ Eu3+ and Bi3+ Tb3+ in YBO3 host to produce light”, Juarnal of physic, 17 Park K., M.H Heo (2011), “ Enhanced photoluminecence of GdPO4: Tb3+ under VUV excitation by controlling ZnO content and annealing temperature”, Journal of Alloys and Compounds, 509, pp 9111-9115 18 Parandamaiah M., K Naveen Kumar, S Babu, S Venkatramana Reddy, Y.C Ratnakaram (2015), “Dy3+ doped lithium sodium bismuth borate glasses for yellow luminescent photonic applications”, Journal of Engineering Research and Applications, pp.126-131 19 Ram Prakash, Sandeep kumar and Vinay Kumar (2016), “Photolumincence investigation of Dy3+ doped α-Al2O3 phosphor”, DAE Solid State Physics Symposium, pp 1-3 20 Riwotzki, K.; Haase, M Wet (1998), “Chemical synthesis of doped colloidal nanoparticles: YPO4:Ln (Ln = Eu, Sm, Dy)”, J Phys Chem B, 102 (50), pp.10129 – 10135 21 Vijaya Babu K., Sandhya Cole (2018), “Luminescence properties of Dy3+ doped alkali lead alumino borossilicate glasses”, Ceramics International, 44, pp 9080-9090 22 Yadav R.S., S.B Rai (2016), “Surface analysis and enhanced photoluminescence via Bi3+ doping in a Tb3+ doped Y2O3 nano- phosphor under UV excitation”, CrossMark, 700, pp 228-237 23 Yanxia Liu, Guixia Liu, Jinxian Wang, Xiangting Dong, Wensheng Yu (2016), “NaGdF4: Ln3+( Ln3+ = Dy3+, Tb3+) nanophosphors: Green – emitting and energy transfer excited by UV and n – UV light”, Materials research Bulletin, 84, 232 – 239 24 Yanyan Cao, Yanxia Liu, Hao Feng, Yang Yang (2014), “Efects of Bi3+ co151 doping on luminescence of YPO4: Dy 3+ powders”, CrossMark, 40, pp 15319-15323 25 Yu-Ho Won, Ho Seong Jang, Won Bin Im, and Duk Young Jeon (2008), “Red-Emitting LiLa2O2BO3: Sm3+, Eu3+ photphor for Near-Ultraviolet Lingt-Emitting Diodes-based Solid-State Linght”, Journal of the Electrochemical Society, 155, pp J226-J229 26 Zaifa Yang, Denghui Xu, Jiayue Sun, Yumei Sun, and Haiyan Du (2015), “Characterization and luminescence properties of Sr3Gd(PO4)3: Sm3+ orange-red phosphor”, Optical Engineering 54(10), pp 105102 27 Zhiyao Hou, et al (2008), “Preparation and Luminescence Properties of YPO4:Ln and Y(PO4):Ln (Ln = Eu3+, Sm3+, Dy3+) Nanofibers and Microbelts by Sol – Gel/Electrospinning Process”, Chem Mater, 20, pp 6686–6696 152 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HUẾ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO GdPO4: RE3+ (RE= Dy, Sm) VÀ Bi BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẢN ỨNG NỔ Chun ngành:... nghiên cứu nước vật liệu phát quang với mạng chủ GdPO chọn đề tài: Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano GdPO4: RE3+ (RE = Sm, Dy) Bi phương pháp phản ứng nổ Luận văn tiến hành nghiên. .. lên tính chất vật liệu Phạm vi đối tƣợng nghiên cứu Vật liệu nano phát quang GdPO4 pha tạp Dy(III), Sm(III), Bi( III) Nhiệm vụ nghiên cứu - Sử dụng phương pháp phản ứng nổ để chế tạo vật liệu nano