Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của bột huỳnh quang Ba6P5BO20 Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tên đề tài: CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG Ba6P5BO20:Eu3+ PHÁT XẠ ÁNH SÁNG ĐỎ ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG NƠNG NGHIỆP Họ tên học viên: HỒNG THỊ LƯƠNG THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tên đề tài: CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG Ba6P5BO20:Eu3+ PHÁT XẠ ÁNH SÁNG ĐỎ ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8440110 Học viên thực hiện: Hoàng Thị Lương Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Tiến Hà THÁI NGUYÊN – 2019 LỜI CẢM ƠN Lời xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Tiến Hà, người hết lòng hướng khoa học cho tơi thực hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn đến Ban giám hiệu, khoa Vật lý Cơng nghệ, Phòng Đào tạo thầy cô trong Khoa Vật lý Công nghệ - Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên nhiệt thành trách nhiệm học viên, nhắc nhở đôn đốc tiến độ học tập Tôi xin trân trọng cảm Ban giám hiệu Trường THPT Giáp Hải - Tỉnh Bắc Giang tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian học nghiên cứu Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên mặt tinh thần vật chất, giúp tơi có điều kiện học tập nghiên cứu khoa học để có kết ngày hơm Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2019 Học viên Hồng Thị Lương i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình khoa học riêng tối hướng dẫn, nghiên cứu khoa học TS Lê Tiến Hà Các số liệu trình bày Luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố nhóm tác giả Các kết luận văn cộng công bố thời gian tới hoàn toàn trung thực ii MỤC LỤC Contents LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ v LỜI NÓI ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích luận văn 3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu đèn huỳnh quang 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Vật liệu huỳnh quang phủ đèn huỳnh quang 1.1.3 Vật liệu huỳnh quang truyền thống ( Bột Halo phốt phát) 10 1.2 Đèn chiếu sáng cho nông nghiệp 15 1.2.1 Giải phát xạ đèn huỳnh quang ứng dụng chiếu sáng nông nghiệp 15 1.2.1 Bột huỳnh quang ứng dụng chiếu sáng nông nghiệp 16 1.3 Kết luận chương 17 Chương PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18 2.1 Một số phương pháp tổng hợp bột huỳnh quang 18 2.1.1 Phương pháp phản ứng trạng thái rắn 18 2.1.2 Phương pháp đồng kết tủa 18 2.1.3 Phương pháp Sol – gel 20 iii 2.2 Tổng hợp vật liệu phương pháp đồng kết tủa 22 2.2.1 Định lượng hóa chất cho vật liệu 22 2.2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu 24 2.3 Các phương pháp khảo sát tính chất vật liệu huỳnh quang 24 2.3.1 Khảo sát hình thái bề mặt vật liệu 24 2.3.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể vật liệu phổ X-ray 28 2.3.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang 29 2.4 Kết luận chương 31 Chương CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG Ba6P5BO20 PHA TẠP ION Eu3+ 32 3.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu 32 3.2 Hình thái bề mặt kích thước hạt nhóm vật liệu BaPB 34 3.3 Tính chất quang vật liệu BaPB pha tạp ion Eu3+ 35 3.3.1 Tính chất quang nhóm vật liệu BaPB pha tạp ion Eu3+ 35 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ ion Eu3+ đến tính chất quang vật liệu 40 KẾT LUẬN 42 Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Cấu tạo đèn huỳnh quang .4 Hình Sơ đồ nguyên lý hoạt động đền huỳnh quang Hình Cơ chế phát quang vật liệu huỳnh quang .8 Hình 1.4 Cấu trúc mức lượng chuyển dời quang học nguyên tử, phân tử Hình Sự phát triển huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp (A) dập tắt huỳnh quang pha tạp nồng độ cao (A) 10 Hình 1.6 Giản đồ mức lượng dịch chuyển quang ion Eu3+ .14 Hình PL đèn huỳnh quang ba màu Rạng Đông với nhiệt độ màu 6500K 15 Hình Quy trình chế tạo vật liệu phương pháp đồng kết tủa 19 Hình 2.2 Quy trình chế tạo vật liệu phương pháp đồng kết tủa .20 Hình 2.3 Sơ đồ cơng nghệ phương pháp sol – gel .22 Hình 2.4 Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM EDS Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)- Đại học Bách khoa Hà nội .26 Hình Máy đo phổ nhiễu xạ tia X (X-Ray D8 Advance) Trường Đại học Cần Thơ 28 Hình 2.6 Hiện tượng nhiễu xạ xảy lớp nguyên tử 29 Hình Sơ đồ khối hệ đo huỳnh quang thông thường 30 Hình 2.8 Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bước sóng từ 250 ÷ 800 nm, viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 31 Hình 3.1 X – Ray mẫu bột huỳnh quang Ba6P5BO20 pha tạp 1% ion Eu3+, nung thiêu kết 1100 oC 32 Hình 3.2 X – Ray họ vật liệu BaPB:Eu3+ nung thiêu kết khơng khí giờ, nhiệt độ 900, 1100 1300 oC 33 Hình 3.3 Ảnh SEM họ vật liệu BaPB:Eu3+ nung thiêu kết khơng khí giờ, nhiệt độ 900; 1100 1300 oC 34 Hình Phổ huỳnh quang mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng với bước sóng kích thích 393 nm, đo nhiệt độ phòng .36 v Hình Phổ kích thích huỳnh quang mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng với đỉnh phát xạ 614 nm, đo nhiệt độ phòng .37 Hình Phổ kích thích huỳnh quang mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng với đỉnh phát xạ 590, 614; 689 700 nm, đo nhiệt độ phòng 38 Hình Phổ huỳnh quang mẫu BaPB:5%Eu3+, nung 1100 oC với bước sóng kích thích khác nhau, đo nhiệt độ phòng 39 Hình 3.8 Sơ đồ mức lượng ion Eu3+ dịch chuyển phát xạ, dịch chuyển không phát xạ ion mạng tinh thể 40 Hình 3.9 Phổ huỳnh quang mẫu BaPB pha tạp ion Eu3+ với nồng độ khác nhau, nung 1100 oC với bước sóng kích thích 393 nm 41 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Kí hiệu viết tắt Nội dung RE3+ Đất CRI Hệ số hoàn màu UVLED Làm nguồn kích CTS Chuyển dời truyền điện tích Red Ánh sáng đỏ FESEM Hiển vi điện tử quét phát xạ trường EDS Phổ tán sắc lượng tia X Abs Độ hấp thụ XRD Nhiễu xạ tia X: X- ray Diffraction vii LỜI NÓI ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, vấn đề lượng, tiết kiệm lượng lượng để bảo vệ môi trường quan tâm, đầu tư, nghiên cứu toàn giới [1]– [4] Trong lĩnh vực tiêu thụ lượng, chiếu sáng chiếm tỷ trọng đáng kể Theo số liệu quan thống kê có uy tín, nước phát triển, tỷ trọng lượng điện tiêu thụ cho chiếu sáng chiếm tới 25% tổng sản lượng điện sản xuất nước Do đó, tiết kiệm lượng thông qua tiết kiệm điện chiếu sáng biện pháp nhiều quốc gia giới thực Thực tế cho thấy, xu hướng sử dụng nguồn sáng nhân tạo loại đèn huỳnh quang làm nguồn sáng chủ yếu ngày nhiều, khiến nhà cung cấp nguồn sáng ngày quan tâm nhiều đến công nghệ, nguyên vật liệu để tạo chất lượng ánh sáng tốt [5]–[9] Lĩnh vực nghiên cứu chế tạo loại bột huỳnh quang có dải sóng hẹp, có quang thơng lớn số truyền màu cao, hứa hẹn ứng dụng nhiều việc chế tạo loại bóng đèn huỳnh quang tiết kiệm lượng chế tạo loại điốt phát quang phát triển mạnh giới Việt Nam [10]–[12] Hiện Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang định hướng ứng dụng công nghệ chiếu sáng tiên tiến quan tâm nghiên cứu [2], [13]–[19] Tuy nhiên, vật liệu huỳnh quang dùng bóng đèn huỳnh quang bóng đèn huỳnh quang ba phổ đa số ngoại nhập Việc chế tạo bột huỳnh quang ứng dụng để phủ đèn huỳnh quang nhu cầu cấp thiết sống nhà máy sản xuất thiết bị chiếu sáng, chủ động nguyên vật liệu chủ động công nghệ chế tạo hạ giá thành sản phẩm Bắt đầu từ 2010, nhóm nghiên cứu PGS Phạm Thành Huy thực đề tài KC.02.10/06-10 với nội dung nghiên cứu chế tạo loại bột huỳnh quang ba phổ (tricolor) pha tạp ion đất có thành phần giống bột huỳnh quang ba màu thương phẩm [13], [20]–[22] Đề tài chế tạo thành công bột huỳnh quang tricolorphosphor bột điện tử micro-nano bao gồm Y2O3:Eu3+ (phát sáng màu đỏ); BaMgAl10:O17:Eu2+ (phát ánh sáng màu xanh lam) [20] (Ce,Tb)MgAlO: Ce,Tb (phát ánh sáng màu xanh lục) phục vụ cho công nghệ chiếu sáng bao gồm đèn huỳnh quang đèn huỳnh quang compact tiết kiệm điện phẳng mạng đặc trưng (1 0); (2 1); (1 0) thuộc nhóm khơng gian hexagonal Nên chúng tơi gọi nhóm vật liệu nhóm BaPB cho báo cáo sau Nhiệt độ nung thiêu kết có ảnh hưởng lớn đến q trình hình thành tinh thể pha cấu trúc vật liệu Trên sở chúng tơi tiến hành khảo sát phụ thuộc cấu trúc trinh thể vật liệu vào nhiệt độ nung thiêu kết Kết cho thấy, nhiệt độ 900 oC 1100 oC vật liệu tồn hai pha chủ yếu Ba6P5BO20 Ba3(PO4)2 pha cấu trúc Ba6P5BO20 chiếm tỷ lệ lớn vật liệu tổng hợp Hình 3.2 X – Ray họ vật liệu BaPB:Eu3+ nung thiêu kết khơng khí giờ, nhiệt độ 900, 1100 1300 oC Với mẫu nung 900 oC cường độ đỉnh nhiễu xạ thấp so với mẫu 1100 oC, đồng thời độ bán rộng đỉnh nhiễu xạ lớn hơn, điều chứng tỏ nhiệt độ thiêu kết tăng lên từ 900 đến 1100 oC chất lượng tinh thể tăng Khi nhiệt độ nung thiêu kết tăng đến 1300 oC có thay đổi lớn tỷ lệ pha cấu trúc có vật liệu tổng hợp Lúc vật liệu tổng hợp tồn ba pha cấu trúc Ba6P5BO20; Ba3(PO4)2 Ba2P2O7 hai pha cấu trúc Ba3(PO4)2 33 Ba2P2O7 chiếm tỷ lệ lớn vật liệu Kết giải thích nhiệt độ nung thiêu kết tăng nguyên tử Bo có mạng pha cấu trúc Ba6P5BO20 dễ bị bay nhiệt độ, lúc pha cấu trúc Ba 6P5BO20 bị phá vỡ chuyển trành pha cấu trúc Ba3(PO4)2 Ba2P2O7 Đồng thời quan sát thấy độ bán rộng đỉnh nhiễu xạ lớn so với mẫu 900 1100 oC, điều chứng tỏ chất lượng tinh thể pha cấu trúc nói nung thiêu kết 1300 oC thấp Sự hình thành ba pha cấu trúc vật liệu giải thích phương trình hóa học sau: 6Ba(NO3)2 + 5(NH4)2HPO4 + H3BO3 = Ba6B(PO4)5 + 10(NH4)NO3 + 3H2O + 2HNO3 (3.1) 3Ba(NO3)2 + 2(NH4)2HPO4 = Ba3(PO4)2 + 4(NH4)NO3 + 2HNO3 (3.2) 2Ba(NO3)2 + 2(NH4)2HPO4 = Ba2P2O7 + 4(NH4)NO3 + H2O (3.3) 3.2 Hình thái bề mặt kích thước hạt nhóm vật liệu BaPB Dự kết phân tích cấu trúc vật liệu với mẫu nung thiêu kết nhiệt độ 900; 1100 1300 oC, tiến hành chụp ảnh SEM ba mẫu vật liệu Hình 3.3 Ảnh SEM họ vật liệu BaPB:Eu3+ nung thiêu kết khơng khí giờ, nhiệt độ 900; 1100 1300 oC Trên Hình 3.3 ảnh SEM mẫu vật liệu BaPB pha tạp ion Eu3+, nung thiêu kết nhiệt độ 900 oC, 1100 oC 1300 oC khơng khí, với thời gian Kết cho thấy, bột huỳnh quang BaPB nung thiêu kết 900 oC có biên hạt rõ rệt, có kích thước hạt phân bố đồng khoảng từ 200 đến 400 nm 34 Khi nhiệt độ nung thiêu kết tăng lên kích thướng hạt tăng lên Với mẫu nung thiêu kết 1100 oC kích thước hạt phân bố khoảng từ 1000 nm đến 1700 nm, với kích thước vật liệu phù hợp cho việc tráng, phủ thiết bị chiếu sáng đèn huỳnh quang điot phát quang Khi vật liệu nung thiêu kết lên đến 1300 oC quan sát thấy hạt có xu hướng kết đám lại với thành khối lớn Kết phân tích hình thái bề mặt vật liệu phù hợp với kết phân tích cấu trúc vật liệu mục 3.1 Khi nhiệt độ nung thiêu kết tăng chất lượng tinh thể lăng lên trình mọc mầm tinh thể tăng lên, nhi nhiệt độ nung lên cao vật liệu có xu hướng nóng chảy phần chuyển thành dạng khối, làm cho chất lượng tinh thể giảm Với kết ảnh SEM thu bột huỳnh quang Ba6P5BO20:Eu cho thấy, vật liệu có hình thái bề mặt sắc nét kích thước phân bố nung thiêu kết 1100 oC Ở khoảng nhiệt độ này, kích thước bột phân bố từ 1000 đến 1700 nm phù hợp cho việc tráng, phủ bột huỳnh quang thiết bị chiếu sáng LED đền huỳnh quang 3.3 Tính chất quang vật liệu BaPB pha tạp ion Eu3+ Bột huỳnh quang BaPB pha tap ion Eu3+ khảo sát tính chất quang qua phép đo phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang nhiệt độ phòng hệ huỳnh quang “Nanolog, Horiba Jobin Yvon”, nguồn kích thích đèn Xenon c có cơng suất 450 W, với bước sóng từ 250 ÷ 800 nm, viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Kết cho thấy, phát xạ bột huỳnh quang BaPB pha tap ion Eu3+ phát xạ ion Eu3+ mạng bột huỳnh quang với pha cấu trúc Ba6P5BO20, Ba3(PO4)2 Ba2P2O7 Để khẳng định chất phát xạ đỉnh phổ huỳnh quang đo phát xạ ion Eu3+ mạng nào, cường độ huỳnh quang, tỷ lệ cường độ đỉnh huỳnh quang phụ thuộc vào nhiệt độ nung thiêu kết nồng độ pha tạp Báo cáo chúng tơi giải thích tường tận chất vấn đề nêu 3.3.1 Tính chất quang nhóm vật liệu BaPB pha tạp ion Eu3+ Theo kết phân tích cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu, vật liệu cho chất lượng tinh thể tốt nhiệt độ 1100 oC Trên sở chúng tơi 35 tiến hành khảo sát tính chất quang mẫu bột huỳnh quang BaPB pha tap 5% ion Eu3+, nung thiêu kết 1100 oC khơng khí với thời gian nung Hình Phổ huỳnh quang mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng với bước sóng kích thích 393 nm, đo nhiệt độ phòng Hình 3.4 trình bày phổ quang huỳnh quang mẫu bột BaPB pha tap 5% ion Eu3+, nung thiêu kết 1100 oC không khí với thời gian nung với bước sóng kích thích 393 nm Kết cho thấy vật liệu phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ với cực đại phát xạ 577, 590, 614, 650, 688 697 nm Các đỉnh phát xạ quy cho chuyển dời ion Eu3+ từ trạng thái lượng kích thích 5D0 trạng thái có mức lượng thấp 7Fj (với j nhận giá trị 0,1, , 6) [2], [14], [18], [49]–[51] Trong đỉnh phát xạ này, cực đại phát xạ bước sóng 614 nm có cường độ lớn độ rộng phổ tương đối hẹp Phát xạ tương ứng với trình dịch chuyển lượng từ trạng thái kích thích 5D0 trạng thái lưỡng cực điện 7F2 ion Eu3+ trường tinh thể vật liệu Tuy nhiên, nhận thấy đỉnh phát xạ ion Eu3+ mạng vật liệu tổng hợp có độ bán rộng tương đối lớn Điều chứng tỏ trường tinh thể ảnh hưởng đến trình phát xạ đặc trưng ion Eu3+ phát xạ vạch Kết giải thích xác suất chuyển dời từ trạng thái 5D0→7F2 ion Eu3+ lớn so với trạng thái khác chuyển dời không bị cấm quy tắc chẵn lẻ phát xạ ion Eu3+ [52], [53] Vị trí đỉnh phát xạ 36 gần thay đổi không đáng kể mạng tinh thể khác chúng phát xạ vạch Nhưng tùy thuộc vào tính chất đối xứng mạng mà ion Eu3+ thay mà tỷ lệ cường độ huỳnh quang đỉnh phát xạ tương ứng với trình dịch chuyển trạng thái lưỡng cực điện lưỡng cực từ khác (chính điều mà ion Eu3+ dùng làm đầu dò cho cấu trúc trường tinh thể vật liệu) Để có thơng tin mức lượng hấp thụ có hiệu suất cao nhóm vật liệu BaPB pha tap ion Eu3+, chúng tơi tiến hành đo phổ kích thích huỳnh quang bột huỳnh quang BaPB pha tap ion Eu3+ nung thiêu kết 1100 oC ứng tương ứng với phát xạ 614 nm Hình Phổ kích thích huỳnh quang mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng với đỉnh phát xạ 614 nm, đo nhiệt độ phòng Hình 3.5 trình bày phổ kích thích huỳnh quang bột BaPB pha tap ion Eu3+ nung thiêu kết 1100 oC ứng tương ứng với phát xạ 614 nm Phổ kích thích huỳnh quang có đỉnh hấp thụ rõ rệt 316; 360; 380; 393; 415 464 nm Ba đỉnh hấp thụ 316; 360 380 nm tương ứng với chuyển dời ion Eu3+ từ trạng thái có mức lượng 7F0 lên trạng thái có mức lượng cao 5D4; 5L6; 5L2; đỉnh hấp thụ 415 nm tương ứng với dịch chuyển từ trạng thái 7F1 lên trạng thái 5D3 Trong số đỉnh kích thích huỳnh quang, đỉnh 37 hấp thụ bước sóng 393 nm có cường độ mạnh nhất, trình chuyển mức lượng từ trạng thái 7F0 lên trạng thái mức lượng 5L6 Hình Phổ kích thích huỳnh quang mẫu BaPB:5% ion Eu3+, nung 1100 oC ứng với đỉnh phát xạ 590, 614; 689 700 nm, đo nhiệt độ phòng Chúng tơi tiến hành khảo sát hấp thụ vật liệu với bước sóng phát xạ đỉnh cực đại 590; 614; 689 700 nm Kết cho thấy vị trí đỉnh phổ kích thích huỳnh quang gần không thay đổi với bước sóng phát xạ khác nhau, tỷ lệ cường độ đỉnh kích thích với đỉnh thay đổi tùy thuộc vào đỉnh phát xạ, đồng thời nhận thấy ứng với đỉnh kihcs thích 393 nm có cường độ lớn dù bước són kích thích phát xạ khác Kết cho thấy vật liệu tồn nhiều pha cấu trúc tinh thể khác vật liệu hấp thụ mạnh vùng tử ngoại, bước sóng mà vật liệu hấp thụ mạnh 393 nm Với kết vật liệu phù hợp cho việc tráng, phủ thiết bị chiếu sáng đền huỳnh quang dùng thủ nhân hay điot phát quang dùng chíp InGaN với bước són kích 395 nm 38 Hình Phổ huỳnh quang mẫu BaPB:5%Eu3+, nung 1100 oC với bước sóng kích thích khác nhau, đo nhiệt độ phòng Dựa kết đỉnh kích thích huỳnh quang này, chúng tơi tiến hành kích thích huỳnh quang cho vật liệu với đỉnh kích thích huỳnh quang nói Kết thu hình 3.7 Kết cho thấy kích bước sóng khác vật liệu phát xạ mạnh kích thích bước sóng 393 nm Ở bước són kích thích q trình dịch chuyển mức lượng ion Eu3+ từ trạng thái 7F0 lên trạng thái kích thích 5L6 Cơ chế trình dịch chuyển ion Eu3+ mạng giải thích sơ đồ mức lượng hình 3.8 Trên sở vật liệu hấp thụ mạnh vùng bước sóng 393 nm phát xạ mạnh bước sóng 614 nm Chúng tiến hành khảo sát phụ thuộc tính chất huỳnh quang vật liệu vào nhiệt độ thiêu kết vào tỷ lệ pha tạp ion Eu3+ với bước sóng kích thích 393 nm 39 Hình 3.8 Sơ đồ mức lượng ion Eu3+ dịch chuyển phát xạ, dịch chuyển không phát xạ ion mạng tinh thể 3.3.2 Ảnh hưởng nồng đợ ion Eu3+ đến tính chất quang vật liệu Các kết khảo sát ảnh SEM giản đồ nhiễu xạ tia X chúng tơi trình bày cho thấy, vật liệu có chất lượng tinh thể tốt thiêu kết nhiệt độ từ 1100 oC Cũng tương ứng với nhiệt độ thiêu kết nhóm vật liệu BaPB tổng hợp có pha cấu Ba6P5BO20 chiếm tỷ lệ lớn Để tìm điều kiện nồng độ pha tạp tối ưu tổng hợp vật liệu, tiến hành khảo sát phụ thuộc tính chất quang vật liệu vào nồng độ pha tạp Hình 3.8 biểu diễn phụ thuộc cường độ huỳnh quang đỉnh phát xạ vào nồng độ pha tạp ion Eu3+ Kết khảo sát cho thấy vật liệu phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ với vị trí đỉnh khơng thay đổi thay đổi nồng độ pha tạp Khi nồng độ pha tạp tăng dần từ 1% đến 5% ion Eu3+ cường độ đỉnh huỳnh quang tăng lên Kết cho thấy nồng độ pha tạp tăng mật độ ion Eu3+ thay ion Ba2+ mạng tăng lên làm cho mật độ tâm phát xạ tăng dẫn đến cường độ huỳnh quang tăng Khi nồng độ pha tạp ion Eu3+ tăng 5% có tượng truyền lượng tâm phát xạ mà không xạ điện từ, làm cho cường độ huỳnh quang giảm Hiện tượng gọi tượng dập tắt huỳnh quang nồng độ [19], [22] 40 Hình 3.9 Phổ huỳnh quang mẫu BaPB pha tạp ion Eu3+ với nồng độ khác nhau, nung 1100 oC với bước sóng kích thích 393 nm Tuy nhiên tăng cường dập tắt huỳnh quang với đỉnh phát xạ lại có tỷ lệ khác mạng tinh thể có tỷ lệ pha tạp iom Eu3+ tối ưu định 41 KẾT LUẬN Nhóm vật liệu huỳnh quang BaPB pha tạp ion Eu3+ tổng hợp thành công phương pháp đồng kết tủa với nhiệt độ nung thiêu kết từ 900 đến 1300 oC Kết cho thấy cấu trúc, hình thái bề mặt tính chất quang vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ nung thiêu kết nồng độ pha tạp Vật liệu có chất lượng tinh thể tốt nhất, phân bố hạt đồng với tỷ lệ pha cấu trúc Ba6P5BO20 chiếm tỷ lệ lớn nhóm vật liệu vật liệu nugn thiêu kết 1100 oC Khi nung 1100 oC vật liệu có xu hướng bị phá vỡ cấu trúc thành pha cấu trúc Ba3(PO4)2 Ba2P2O5 có xu hướng nóng chảy tạo thành vật liệu khối Vật liệu hấp thụ mạnh vùng từ ngoại cho phát xạ đỏ Để vật liệu có hiệu suất phát quang tốt vật tổng hợp với tỷ lệ pha tạp ion Eu3+ 5%, với nhiệt độ nung thiêu kết 1100 oC khơng khí với khoảng thời gian nung 2h Vật liệu có dải phát xạ rộng vùng ánh sáng đỏ đỏ xa, phù hợp cho việc ứng dụng tráng, phủ thiết bị chiếu sáng dân dụng chiếu sáng nơng nghiệp Kiến nghị Chúng tơi khảo sát hồn thiện ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết đến cấu trúng và tính chất quang vật liệu pha tạp ion Eu3+ Đồng thời tiến hành nung thiêu kết vật liệu môi trường khí H2/Ar để khử ion Eu3+ thành ion Eu2+ để khảo sát khả phát xạ xanh nhóm vật liệu Trên sở tạo vật liệu lai màu nhóm vật liệu 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng việt [1] Trần Thị Hồng, “Khảo sát quang phổ thủy tinh Borat - Telurit pha tạp ion đất hiếm,” Luận án tiến sỹ khoa học Vật liệu, 2017 [2] Lê Thị Diệu Thư, Lê Tiến Hà, Nguyễn Thị Thanh Hà, Trần Vĩnh Hoàng, Trinh Xuân Anh, “Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang Y2O3:Eu3+ phương pháp khuếch tán bề mặt tính chất quang chúng.” pp 298–302, 2014 [3] Chu Anh Tuấn, Ngô Văn Hoàng, Trịnh Đức Thành Giang, Nguyễn Thị Lan, Đinh Thị Hà, Nguyễn Thị Thanh Xoan, Vũ Thị Thanh Hương, Lê Tiến Hà, Nguyễn Thị Lan Anh, Chu Việt Hà, “Các hạt nano CdSe/CdS dung dịch nước, chế tạo đặc trưng quang học,” SPMS, pp 334–339, 2017 [4] Phạm Thị Thanh Hiền, “Nghiên cứu tính chất quang thông số cường độ Judd-Ofelt ion Sm3+ LaPO4,” Luận văn thạc sĩ, 2016 [5] Nguyễn Vũ, “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano Y 2O3: Eu, Tb, Er, Yb,” Luận Án tiến sỹ, 2006 [6] Nguyễn Thị Hằng, Đỗ Quang Trung, Nguyễn Văn Quang, Nguyễn Văn Du, Lê Tiến Hà, Nguyễn Duy Hùng, Nguyễn Tư, “Nghiên cứu chế tạo tính chất quang huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp Cu2+, Mn4+ phương pháp đồng kết tủa,” SPMS, pp 623–628, 2017 Tài liệu tham khảo tiếng anh [7] J Y Park, J S Joo, H K Yang, and M Kwak, “Deep red-emitting Ca14Al10Zn6O35:Mn4+ phosphors for WLED applications,” J Alloys Compd., 2017 [8] X Tian, L Wan, K Pan, C Tian, H Fu, and K Shi, “Facile synthesis of mesoporous ZnAl2O4 thin films through the evaporation-induced selfassembly method,” J Alloys Compd., vol 488, no 1, pp 320–324, 2009 [9] K Li, H Lian, R Van Deun, and M G Brik, “A far-red-emitting NaMgLaTeO6:Mn4+ phosphor with perovskite structure for indoor plant growth,” Dye Pigment., vol 162, pp 214–221, Mar 2019 [10] K A Katsuo Muramami, “A new deluxe fluorescent lamp with a color rendering index of 99.” J Light, pp 6–11, 1979 [11] K N Shinde, S J Dhoble, N Brahme, and A Kumar, “Combustion synthesis of Sr6AlP5O20:Dy3+ submicron phosphor for high dose TL dosimetry,” Radiat Meas., vol 46, no 12, pp 1886–1889, 2011 [12] N Shin, J Kim, D Ahn, and K S Sohn, “A new strontium borophosphate, 43 Sr6BP5O20, from synchrotron powder data,” Acta Crystallogr Sect C Cryst Str, vol 61, no 5, pp 54–56, 2005 [13] L T P T H Ha, “Effect of doping concentration and sintering temperature on structure and photoluminescence Effect of doping concentration and sintering temperature on structure and photoluminescence properties of blue / red emitting,” Mater Res Express, vol 5, 2018 [14] B Q Thanh, N N Ha, T N Khiem, and N D Chien, “Correlation between SnO2 nanocrystals and optical properties of Eu3+ ions in SiO2 matrix: Relation of crystallinity, composition, and photoluminescence,” J Lumin., vol 163, pp 28–31, 2015 [15] H Van Bui et al., “Structural and photoluminescent properties of nanosized BaMgAl10O17:Eu2+ blue-emitting phosphors prepared by sol-gel method,” Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol., vol 6, no 3, Sep 2015 [16] V H Chu, T H Lien Nghiem, T H Le, D L Vu, H N Tran, and T K Lien Vu, “Synthesis and optical properties of water soluble CdSe/CdS quantum dots for biological applications,” Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol., vol 3, no 2, Jun 2012 [17] H D Nguyen and R S Liu, “Narrow-band red-emitting Mn4+ doped hexafluoride phosphors: synthesis, optoelectronic properties, and applications in white light-emitting diodes,” Journal of Materials Chemistry C 2016 [18] L T Ha et al., “Effect of doping concentration and sintering temperature on structure and photoluminescence properties of blue/red emitting bi-phase Eu3+/Eu2+ doped Sr5(PO4)3Cl/Sr3(PO4)2 phosphors,” Mater Res Express, vol 5, no 7, Jul 2018 [19] L Tien Ha, N D T Kien, P H Hoang, T T Duong, and P T Huy, “Synthesis and Optical Properties of Eu2+ and Eu3+ Doped SrBP Phosphors Prepared by Using a Co-precipitation Method for White Light-Emitting Devices,” J Electron Mater., vol 45, no 7, pp 3356–3360, 2016 [20] H Van Bui et al., “Structural and photoluminescent properties of nanosized BaMgAlO17:Eu2+ blue-emitting phosphors prepared by sol-gel method,” Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol., vol 6, no 3, Sep 2015 [21] L T Ha, N Duc, T Kien, and P T Huy, “Structral characterizations and optical properties of Eu2+ doped Sr6B5PO20 phosphor powders prepared via co-precipitation method,” vol 5, pp 165–169, 2012 [22] L Tien Ha, N D T Kien, P H Hoang, T T Duong, and P T Huy, “Synthesis and Optical Properties of Eu2+ and Eu3+ Doped SrBP Phosphors Prepared by Using a Co-precipitation Method for White Light-Emitting Devices,” J Electron Mater., vol 45, no 7, pp 3356–3360, Jul 2016 [23] K S Sohn, S H Cho, S S Park, and N Shin, “Luminescence from two 44 different crystallographic sites in Sr6BP5O20:Eu2+,” Appl Phys Lett., vol 89, no 5, pp 10–13, 2006 [24] D Hou, X Xu, M Xie, and H Liang, “Cyan emission of phosphor Sr6BP5O20:Eu2+ under low-voltage cathode ray excitation,” J Lumin., vol 146, pp 18–21, 2014 [25] V R Kharabe, S J Dhoble, and S V Moharil, “Synthesis of Dy3+ and Ce3+ activated Sr6BP5O20 and Ca6BP5O20 borophosphate phosphors,” J Phys D Appl Phys., vol 41, no 20, pp 1–7, 2008 [26] D Hou, C.-G Ma, H Liang, and M G Brik, “Electron-Vibrational Interaction in the 5d States of Eu2+ Ions in Sr6-xEuxBP5O20 (x = 0.01-0.15),” ECS J Solid State Sci Technol., vol 3, no 4, pp R39–R42, 2014 [27] S Laubach et al., “Dependence of Phase Composition and Luminescence of Sr6BP5O20 on Eu Concentration,” J Electrochem Soc., vol 155, no 7, pp 205–211, 2008 [28] C Qin, Y Huang, W Zhao, L Shi, and H J Seo, “Luminescence spectroscopy and crystallographic sites of Sm2+ doped in Sr6BP5O20,” Mater Chem Phys., vol 121, no 1–2, pp 286–290, 2010 [29] X M Zhang, M L Huang, Z J Zhang, B Q Liu, and J T Zhao, “Daisylike Y(OH)3:Eu/Y2O3:Eu microstructure: Formation and luminescence properties,” Mater Lett., vol 68, pp 269–272, 2012 [30] A Nayak, K Goswami, A Ghosh, and R Debnath, “Luminescence efficiency of Eu3+ in Y2O The effect of reduction of particle size and incorporation of trace hetero cations in the Y2O3 lattice,” Indian J Pure Appl Phys., vol 47, no 11, pp 775–781, 2009 [31] Q Sun et al., “Double perovskite Ca2LuTaO6:Eu3+ red-emitting phosphors: Synthesis, structure and photoluminescence characteristics,” J Alloys Compd., vol 804, pp 230–236, Oct 2019 [32] H Ehrenberg, S Laubach, P C Schmidt, R McSweeney, M Knapp, and K C Mishra, “Investigation of crystal structure and associated electronic structure of Sr6BP5O20,” J Solid State Chem., vol 179, no 4, pp 968–973, 2006 [33] J Yu, C Guo, Z Ren, and J Bai, “Photoluminescence of double-coloremitting phosphor Ca5(PO4)3Cl:Eu2+, Mn2+ for near UV LED,” Opt Laser Technol., vol 43, no 4, pp 762–766, 2011 [34] P P Mokoena et al., “Enhanced UVB emission and analysis of chemical states of Ca5(PO4)3OH:Gd3+, Pr3+ phosphor prepared by co-precipitation,” J Phys Chem Solids, vol 75, no 8, pp 998–1003, 2014 [35] L D Tuyen et al., “Synthesis, Structures and Properties of Emission Nanomaterials Based on Lanthanide Oxides and Mix oxides,” Trans Mater Res Soc Japan, vol 35, no 2, pp 417–422, 2014 45 [36] T J S Ramos, G H Berton, S A Júnior, and T M Cassol, “Photostable soft materials with tunable emission based on sultone functionalized ionic liquid and lanthanides ions,” J Lumin., vol 209, pp 208–216, May 2019 [37] K N Shinde, S J Dhoble, and A Kumar, “Synthesis of novel Dy3+ activated phosphate phosphors for NUV excited LED,” J Lumin., vol 131, no 5, pp 931–937, 2011 [38] P M Vol, “of the Japan structure and Luminescence Properties of Sr2Al6O11:Eu2+ XRD patterns of SrzA16011 synthesized when the amount of,” vol 49, pp 1128–1133 [39] Y C Kang, E J Kim, D Y Lee, and H D Park, “High brightness LaPO4:Ce,Tb phosphor particles with spherical shape,” J Alloys Compd., vol 347, no 1–2, pp 266–270, 2002 [40] V Pankratov, A I Popov, A Kotlov, and C Feldmann, “Luminescence of nano- and macrosized LaPO4:Ce,Tb excited by synchrotron radiation,” Opt Mater (Amst)., vol 33, no 7, pp 1102–1105, 2011 [41] V Pankratov, A I Popov, L Shirmane, A Kotlov, and C Feldmann, “LaPO4:Ce,Tb and YVO4:Eu nanophosphors: Luminescence studies in the vacuum ultraviolet spectral range,” J Appl Phys., vol 110, no 5, 2011 [42] C Feldmann, T Jüstel, C R Ronda, and P J Schmidt, “Inorganic luminescent materials: 100 Years of research and application,” Adv Funct Mater., vol 13, no 7, pp 511–516, 2003 [43] C Guo et al., “Luminescent properties of Sr5(PO4)3Cl:Eu2+, Mn2+ as a potential phosphor for UV-LED-based white LEDs,” Appl Phys B Lasers Opt., vol 95, no 4, pp 779–785, 2009 [44] Y Song et al., “Facile synthesis and luminescence of Sr5(PO4)3Cl:Eu2+ nanorod bundles via a hydrothermal route,” Inorg Chem., vol 49, no 4, pp 1674–1678, 2010 [45] L Li, R Yang, Z Du, K Zou, and X Zhang, “Luminescent research of Sr5(PO4)3Cl:Eu2+ blue phosphor used for electron beam excitation,” Chinese Sci Bull., vol 48, no 15, pp 1558–1560, 2003 [46] J D Majher, M B Gray, T A Strom, and P M Woodward, “Cs2NaBiCl6:Mn2+ A New Orange-Red Halide Double Perovskite Phosphor,” Chem Mater., vol 31, no 5, pp 1738–1744, Mar 2019 [47] J Dalal et al., “Structural analysis and Judd-Ofelt parameterization of Ca9Gd(PO4)7:Eu3+ nanophosphor for solid-state illumination,” J Lumin., vol 210, pp 293–302, Jun 2019 [48] R.-J Xie, Y Q Li, N Hirosaki, and H Yamamoto, Measurement of Luminescence -Excitation and Emission Spectra 2011 [49] B M J Smets, “Phosphors based on rare-earths, a new era in fluorescent 46 lighting,” Mater Chem Phys., vol 16, no 3–4, pp 283–299, 1987 [50] Y Guo et al., “A red-emitting perovskite-type SrLa1-xMgTaO6:xEu3+ for white LED application,” J Lumin., vol 167, pp 381–385, Aug 2015 [51] M Cui, J Wang, J Li, S Huang, and M Shang, “An abnormal yellow emission and temperature-sensitive properties for perovskite-type Ca2MgWO6 phosphor via cation substitution and energy transfer,” J Lumin., vol 214, Oct 2019 [52] C Wei et al., “Synthesis and Photoluminescence Properties of Eu3+-Activated Double Perovskite Ba2YTaO6 Red Phosphor,” J Electron Mater., Aug 2019 [53] S C Lal, A M Aiswarya, K S Sibi, and G Subodh, “Insights into the structure, photoluminescence and Judd-Ofelt analysis of red emitting SrLaLiTeO6:Eu3+ phosphors,” J Alloys Compd., pp 1300–1308, Jun 2019 47 ... Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang cảu bột huỳnh quang Ba6P5BO20: Eu3+ phát xạ ánh sáng đỏ ứng dụng chiếu sáng nông nghiệp " Mục đích luận văn - Chế tạo bột huỳnh quang Ba6P5BO20: Eu3+ phát xạ. .. HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tên đề tài: CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG Ba6P5BO20: Eu3+ PHÁT XẠ ÁNH SÁNG ĐỎ ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Quang học... đường phát xạ hẹp với ion Eu 3+ ứng viên tuyệt vời cho phát xạ ánh sáng đỏ, Tb3+ cho phát xạ ánh sáng xanh lục Eu2+ cho phát xạ ánh sáng xanh lam Vật liệu Y2O3 :Eu3+ vật liệu huỳnh quang phát xạ ánh