TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ====== TRẦN THỊ NHÀI TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU AlPO4:Eu3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học vơ HÀ NỘI, 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ====== TRẦN THỊ NHÀI TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU AlPO4:Eu3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học vô Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN VĂN QUANG HÀ NỘI, 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Văn Quang tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tạo điều suốt trình học tập nghiên cứu trường để hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm thầy khoa Hóa Học trường Đại Học sư phạm Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ sở vật chất bảo em q trình tiến hành thí nghiệm Em xin chân thành cảm ơn Viện Tiên Tiến Khoa học công nghệ (AIST) Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ em trình đo đạc, lấy kết đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2019 Sinh viên Trần Thị Nhài MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu khóa luận 3 Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp khóa luận CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bột huỳnh quang 1.1.1 Cấu tạo vật liệu bột huỳnh quang 1.1.2 Cơ chế phát quang bột huỳnh quang 1.1.3 Cơ chế phát quang vật liệu huỳnh quang 1.1.4 Các đặc trưng bột huỳnh quang 1.1.4.1 Hiệu suất phát xạ huỳnh quang 1.1.4.2 Hấp thụ xạ kích thích 1.1.4.3 Độ bền 1.1.4.4 Độ đồng hình dạng kích thước hạt 1.2.Vật liệu AlPO4:Eu3+ 1.2.1 Cấu trúc mạng 1.2.2 Cấu trúc chất pha tạp Eu3+ 1.2.3 Tính chất quang vật liệu AlPO4 pha tạp Eu3+ 10 1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu 11 1.3.1 Phương pháp sol – gel 11 1.3.2 Phương pháp khuếch tán nhiệt 12 1.3.3 Phương pháp nghiền 13 1.3.4 Phương pháp đồng kết tủa 14 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16 2.1 Thực nghiệm 16 2.1.1 Hóa chất thiết bị 16 2.1.1.1 Hóa chất 16 2.1.1.2 Thiết bị 16 2.1.1.3 Chuẩn bị dụng cụ 16 2.1.2 Quy trình chế tạo 17 2.2 Các phương pháp khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu sau chế tạo 18 2.2.1 Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt 18 * Phân tích hình thái bề mặt thiết bị hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM): 18 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 20 2.2.3 Phương pháp đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang 23 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Kết khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt vật liệu AlPO4 pha tạp Eu3+ 26 3.2 Kết khảo sát thuộc tính cấu trúc vật liệu AlPO4:Eu3+ 27 3.3 Kết phân tích tính chất quang vật liệu AlPO4: Eu3+ 28 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu 30 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu 32 KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng việt LED Light emitting Điốt phát quang FESEM Field emission scanning electron Hiển vi điện tử quét phát microscopy xạ trường PL Photoluminescence spectrum Phổ huỳnh quang PLE Photoluminescence excitation spectrum Phổ kích thích huỳnh quang XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét CRI Color rendering index Độ trả màu KLCT Kim loại chuyển tiếp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Giản đồ Jablonski mô tả hấp thụ ánh sáng phát quang Hình 1.2 Sự hình thành vật liệu Aluminophorphates Hình 1.3 Giản đồ mức lượng dịch chuyển quang ion Eu3+ 10 Hình 1.4 Sơ đồ chế tạo vật liệu nano sử dụng phương pháp Sol – gel 11 Hình 1.5 Sơ đồ phương pháp đồng kết tủa 15 Hình 2.1 Ảnh thiết bị đo ảnh FESEM tích hợp với đầu đo EDS18 Hình 2.2 Các tín hiệu sóng điện từ phát xạ từ mẫu tán xạ 19 Hình 2.3 Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét (a); Đường tia điện tử SEM (b) 19 Hình 2.4 Ghi tín hiệu nhiễu xạ đầu thu xạ 21 Hình 2.5 Nhiễu xạ kế D5005 (Siemens) 22 Hình 2.6 Sơ đồ hệ đo quang huỳnh quang 23 Hình 2.7 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử 23 Hình 2.8 (a) Phổ kế huỳnh quang FL3-22, Jobin Yvon-Spex,Mỹ; (b) Sơ đồ khối hệ quang học phổ kế huỳnh quang FL3-22 24 Hình 3.1 Ảnh FESEM mẫu AlPO4: 3%Eu3+ chế tạo phương pháp đồng kết tủa, kết hợp với ủ nhiệt trong mơi trường khơng khí 7000C (a), 8000C (b), 9000C (c) 10000C (d) 26 27 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu AlPO4:3%Eu3+ 27 thiêu kết nhiệt độ khác thời gian 27 mơi trường khơng khí 27 Hình 3.3 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu AlPO4:3%Eu3+ ủ nhiệt 10000C 28 Hình 3.4 Phổ huỳnh quang vật liệu AlPO4:3%Eu3+ ủ nhiệt 10000C 29 Hình 3.5 Phổ huỳnh quang bột AlPO4 pha tạp ion Eu3+ nhiệt độ khác vòng giờ, đo nhiệt độ phòng bước sóng kích thích 394nm 30 Hình 3.6 Đường biểu diễn phụ thuộc cường độ huỳnh quang vào nhiệt độ ủ mẫu 31 Hình 3.7 Phổ huỳnh quang bột AlPO4 pha tạp ion Eu3+ từ 0,1% 7% nhiệt độ 1000oC vòng giờ, đo nhiệt độ phòng bước sóng kích thích 394 nm 34 Hình 3.8 Đường biểu diễn phụ thuộc cường độ huỳnh quang 34 vào nồng độ pha tạp Eu3+ 34 Hình 3.9 Sự phát triển huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp dập tắt huỳnh quang pha tạp với nồng độ cao 35 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, vật liệu nano trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn tính chất đặc biệt Một tính chất quan trọng loại vật liệu tính chất quang học, việc ứng dụng thành nghiên cứu vật liệu nano phát quang làm thay đổi sống người Nhiều dạng hình, thiết bị y học đại, đèn compact tiết kiệm lượng có hoàn toàn phụ thuộc vào vật liệu nano phát quang Điển hình việc chế tạo loại đèn huỳnh quang để thay loại bóng đèn dây tóc Các loại đèn huỳnh quang có ưu vừa có tuổi thọ cao, vừa tiết kiệm điện sáng so với đèn dây tóc Đèn huỳnh quang thương mại giới thiệu lần vào năm 1930 nhanh chóng chiếm vị trí thị trường chiếu sáng Đèn phát sáng dựa nguyên tắc hùynh quang Nhờ kích thích tia tử ngoại phát từ thủy ngân ống đèn, bột huỳnh quang thành ống hấp thụ phát ánh sáng vùng nhìn thấy Màu sắc chất lượng ánh sáng đèn huỳnh quang phụ thuộc vào chất lượng bột huỳnh quang Theo chế phát quang đèn huỳnh quang hiệu suất chuyển đổi từ lượng điện thành lượng ánh sáng khoảng từ 15 - 25% (là cao nhiều so với đèn dây tóc 5% lượng điện tiêu thụ biến thành ánh sáng) Mặc dù vậy, bột hùynh quang truyền thống sử dụng đèn huỳnh quang - bột halophosphate - có độ bền kém, hiệu suất thấp phổ phát xạ tập trung hai vùng ánh sáng lam vàng cam nên ánh sáng đèn huỳnh quang sử dụng bột halophosphate thường không đủ màu quang phổ ánh sáng trắng, dẫn đến hệ số trả màu CRI thấp (CRI : 60-75), bộc lộ nhiều hạn chế yêu cầu chất lượng nguồn sáng ngày nâng cao Do đó, với nghiên cứu nhằm cải tiến kích cỡ hình dạng đèn, cải tiến điện cực mơi trường phóng điện, nghiên cứu chế tạo cải tiến lớp bột hùynh quang tráng phủ ống đèn nỗ lực thực 2.2.3 Phương pháp đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang Các quang huỳnh quang phân loại theo phương pháp kích thích quang huỳnh quang sinh kích thích photon, hóa huỳnh quang kích thích gốc hóa học, catốt huỳnh quang sinh kích thích dòng điện tích phương pháp tơi sử dụng quang huỳnh quang Mẫu Máy đơn sắc Đầu thu Máy tính Nguồn kích thích Hình 2.6 Sơ đồ hệ đo quang huỳnh quang Quang huỳnh quang phương 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 thường dùng đèn thủy ngân, đèn Xenon hydrogen Nhưng phải kể đến nguồn kích thích hiệu dùng laser nguồn kích thích lọc lựa cao Cơ chế kích thích huỳnh quang mô tả sau: E1 E2 E3 Hình 2.7 Sơ đồ chuyển dời mức lượng điện tử 23 Bức xạ tới vật chất truyền lượng cho điện tử, kích thích chúng chuyển từ trạng thái lên trạng thái kích thích có lượng cao Ở trạng thái không bền điện tử truyền lượng cho điện tử hay phonon mạng chuyển mức có lượng thấp điện tử chuyển trạng thái giải phóng photon sinh huỳnh quang Nếu chuyển dời mức lượng có khoảng cách đủ hẹp khơng phát photon, chuyển dời chuyển dời khơng phát xạ Các xạ thường sử dụng để kích thích phổ huỳnh quang xạ có bước sóng nằm vùng hấp thụ vật liệu Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang dải nhiệt độ 11K - 300K mẫu đo phổ kế huỳnh quang FL3-22, Jobin Yvon – Spex Mỹ (hình 2.8a) với sơ đồ khối đưa hình 2.8b (a) (b) Hình 2.8 (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 Xenon, (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  Đơn sắc thứ cho phép tạo nguồn đơn sắc kích thích thay đổi bước sóng kích thích vào mẫu (trong dải 200–900 nm) 24  Đơn sắc thứ hai dùng để phân tích tín hiệu phát từ mẫu (tín hiệu huỳnh quang dải phổ từ 250–900 nm) Nguồn kích thích đèn Xenon XFOR-450W ni nguồn điện cung cấp dòng điện với cường độ tối đa 25 A Đèn XFOR450W đặt hộp bảo vệ với quạt làm nguội Ánh sáng từ đèn Xenon chiếu qua máy đơn sắc thứ nhất, sau tới mẫu Tín hiệu huỳnh quang từ mẫu phát phân tích qua máy đơn sắc thứ hai thu nhận ống nhân quang điện 1911F, sau qua tách sóng tín hiệu chuẩn DM302 cuối đưa vào xử lý SAC Bộ xử lý SAC vừa có chức phân tích tín hiệu thu được, vừa có chức điều khiển tự động hệ FL3-22 Tín hiệu nhận từ mẫu ghép nối với máy tính Khi đo phổ huỳnh quang ta cố định bước sóng kích thích thích hợp (λexc = const) máy đơn sắc thứ quét bước sóng đơn sắc thứ hai Phổ huỳnh quang thu cho biết phụ thuộc tín hiệu huỳnh quang phát từ mẫu phụ thuộc vào bước sóng Ngược lại, đo phổ kích thích huỳnh quang ta cố định bước sóng xạ máy đơn sắc thứ hai quét bước sóng máy đơn sắc thứ Phổ kích thích huỳnh quang tín hiệu huỳnh quang lấy bước sóng xạ xác định (λem = const) thay đổi bước sóng kích thích Vì vị trí cực đại phổ kích thích huỳnh quang cho biết vị trí bước sóng kích thích tín hiệu huỳnh quang nhận có cường độ lớn 25 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong chương này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu thu ảnh hưởng nhiệt độ ủ mẫu nồng độ pha tạp Eu3+ đến hình thành pha, tính chất phát quang, hình thái bề mặt hạt kết thu từ việc chế tạo vật liệu 3.1 Kết khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt vật liệu AlPO4 pha tạp Eu3+ Để khảo sát hình thái bề mặt mẫu AlPO4 kích thước vật liệu, chúng tơi tiến hành đo hình thái bề mặt FESEM Kết hình thái bề mặt mẫu AlPO4 pha tạp 3% Eu3+chế tạo phương pháp kết tủa đồng, kết hợp với ủ nhiệt mơi trường khơng khí nhiệt độ khác thể hình 3.1 Hình 3.1 Ảnh FESEM mẫu AlPO4: 3% Eu3+ chế tạo phương pháp đồng kết tủa, kết hợp với ủ nhiệt trong mơi trường khơng khí 700oC (a), 800oC (b), 900oC (c) 1000oC (d) 26 Kết cho thấy mẫu ủ nhiệt độ khác có dạng hạt kích thước chúng phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ thiêu kết Khi tăng nhiệt độ lên 1000oC, hạt có bề mặt nhẵn, biên độ rõ ràng Các hạt xu hướng kết đám để hình thành hạt có kích thước lớn có giá trị từ ~1µm đến ~3 µm Kích thước hạt thay đổi ảnh hưởng đến chất lượng tinh thể tính chất quang chúng 3.2 Kết khảo sát thuộc tính cấu trúc vật liệu AlPO4:Eu3+ Để kiểm tra hình thành pha tinh thể AlPO4 , tiến hành đo giản đồ nhiễu xạ tia X Kết đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu AlPO4: 3% Eu3+ chế tạo phương pháp đồng kết tủa, kết hợp với ủ nhiệt môi trường khơng khí nhiệt độ khác từ 600 oC đến 1200 oC thể hình 3.2 20 25 30 35 40 45 50 55 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu AlPO4: 3% Eu3+ thiêu kết nhiệt độ khác thời gian mơi trường khơng khí 27 Kết hình 3.2 so sánh với thẻ chuẩn JCPDS số 11-0500, tất đỉnh nhiễu xạ mẫu đặc trưng cho vật liệu AlPO4 [1-3] Kết hình 3.2 cho thấy mẫu thiêu kết nhiệt độ thấp ~ 600oC, quan sát đỉnh nhiễu xạ mặt tinh thể (111) với cường độ yếu so với mẫu ủ nhiệt độ khác Điều giải thích nhiệt độ thiêu kết thấp, pha AlPO4 có chất lượng tinh thể so với mẫu thiêu kết nhiệt độ cao Khi ủ nhiệt cao từ 700oC – 1200oC pha tinh thể kết tinh tốt Cường độ đỉnh nhiễu xạ tăng, bán độ rộng đỉnh giảm xuống ủ nhiệt độ cao kích thước pha tinh thể tăng lên rõ rệt Các mặt nhiễu xạ mạnh (111), (021), (112), (220) phù hợp với thẻ chuẩn JCPDS số 11-0500 Kết sở tốt để nghiên cứu tính chất quang loại vật liệu 3.3 Kết phân tích tính chất quang vật liệu AlPO4: Eu3+ Bột huỳnh quang AlPO4: Eu3+ khảo sát tính chất quang qua phép đo phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang nhiệt độ phòng theo nhiệt độ Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu AlPO4: 3% Eu3+ ủ nhiệt 1000oC với bước sóng khác thể qua hình 3.5 298 270 300 330 361 318 394 Cường độ (đ.v.t.l) PLE594 375 360 390 420 450 480 bước sóng (nm) Hình 3.3 Phổ kích thích huỳnh quang vật liệu AlPO4: 3% Eu3+ ủ nhiệt 10000C 28 Hình 3.3 cho thấy phổ kích thích huỳnh quang vật liệu AlPO4: Eu3+ 3% cách theo dõi phát xạ bước sóng 594 nm Đỉnh hấp thụ xung quanh ~260 nm lý giải truyền điện tử từ phối tử obitan 2p ion O2- đến trạng thái trống 4f ion Eu3+, đỉnh ~394 nm có nguyên nhân từ dịch chuyển điện tử từ trạng thái 7F0-5L6 đặc trưng cho chuyển dời f-f ion Eu3+ [10-11] Ngồi chúng tơi quan sát đỉnh hấp thụ đặc trưng cho chuyển dời f-f ion Eu3+ với cường độ yếu ~298(7F0-5D4), 318-361 nm (7F0-5G2-6), 375 nm (7F0-5D3) 394 nm (7F0-5D2) [1,2, 4-6] Kết sở quan trọng để tơi sử dụng bước sóng kích thích ~394 nm nhằm thực bước nghiên cứu tính chất quang loại vật liệu 594 Để kiểm tra lại kết luận trên, tiến hành đo phổ PL với bước sóng kích thích Phổ huỳnh quang vật liệu AlPO4 pha tạp 3% Eu3+ ủ nhiệt 1000oC với bước sóng khác thể qua hình 3.4 588 5x104 700 685 612 3x104 621 Cường độ (đ.v.t.l) 4x104 2x104 1x104 550 600 650 700 750 Bước sóng (nm) Hình 3.4 Phổ huỳnh quang vật liệu AlPO4: 3% Eu3+ ủ nhiệt 1000oC 29 Kết phổ huỳnh quang (PL) đo bước sóng 394 nm cho thấy dải hấp thụ kích thích mạnh bước sóng 594 nm 588 nm Các vùng hấp thụ chuyển mức lượng từ 5D0 →7F1 and 5D0 →7F2 ion Eu3+ mạng [10] Vật liệu kích thích bước sóng 394nm cho cường độ đỉnh tốt Có thể, chip UV phủ vật liệu ứng dụng chế tạo đèn led chiếu sáng trắng 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang vật liệu AlPO4: Eu3+ tiến hành đo phổ PL mẫu pha tạp 3% Eu3+ thiêu kết nhiệt độ khác từ 600oC đến 1200oC Kết ảnh hưởng nhiệt độ nung vật liệu AlPO4 pha tạp 3% Eu3+ kích thích bước sóng 394 nm đến cường độ vật liệu huỳnh quang thể hình 3.5 3+ - o 600 C o 700 C o 800 C o 900 C o 1000 C o 1100 C o 1200 C 700 Eu 3+ Eu 3+ Eu 3+ Eu 3+ Eu 3+ Eu 3+ Eu 621 612 685 Cường độ (đ.v.t.y) 588 594 %3% %3% %3% %3% %3% %3% %3% 570 600 630 660 690 Bước sóng (nm) 720 750 Hình 3.5 Phổ huỳnh quang bột AlPO4 pha tạp ion Eu3+ nhiệt độ khác vòng giờ, đo nhiệt độ phòng bước sóng kích thích 394nm 30 Kết hình 3.5 cho thấy xuất phát xạ mạng phát xạ tạp chất Eu3+ Ở nhiệt độ khuếch tán 600oC cường độ đỉnh thấp, bán độ rộng phổ lớn nhiệt độ có phần vật liệu kết tinh Điều lý giải nhiệt độ thiêu kết 600oC pha AlPO4 chưa hình thành kết hoàn toàn phù hợp với kết XRD hình 3.2 Khi tăng nhiệt độ lên 700oC – 900oC cường độ phát quang đỉnh tăng Sự tăng cường độ phát quang giải thích q trình khuếch tán ion pha tạp Eu3+ thay cho ion Al3+ tăng lên, dẫn đến mật độ tâm phát xạ tăng làm cho mạng AlPO4 kết tinh tốt khoảng nhiệt độ Ở nhiệt độ khuếch tán 1000oC cường độ phát xạ tốt với đỉnh phát xạ 594 nm Cường độ cường độ đỉnh 594nm 600 700 800 900 1000 1100 1200 Nhiệt độ (oC) Hình 3.6 Đường biểu diễn phụ thuộc cường độ huỳnh quang vào nhiệt độ ủ mẫu 31 Hình 3.6 đường biểu diễn phụ thuộc cường độ huỳnh quang mẫu AlPO4: 3% Eu3+ vào nhiệt độ thiêu kết Kết hình 3.4 cho thấy cường độ huỳnh quang tăng dần theo nhiệt độ thiêu kết sau giảm xuống Điều giải thích tượng dập tắt huỳnh quang nhiệt độ Nhiệt độ thiêu kết tối ưu cho cường độ huỳnh quang mạnh 1000oC Kết thông số quan trọng để chọn nhiệt độ 1000oC để nghiên cứu phụ thuộc cường độ PL theo nồng độ Eu3+ pha tạp 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ đến tính chất quang vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng nồng độ Eu3+ pha tạp đến tính chất quang vật liệu AlPO4: Eu3+ tiến hành đo phổ PL mẫu pha tạp có nồng độ Eu3+ từ 0,1% đến 7% 594 Tiến hành ủ vật liệu AlPO4: Eu3+ 1000oC với nồng độ Eu3+ khác với bước sóng 394 nm nhiệt độ phòng thề hình 3.7 685 612 0,1% Eu3+ 0,3% Eu3+ 0,5% Eu3+ 0,7% Eu3+ 1% Eu3+ 1,5% Eu3+ 3x104 621 Cường độ (đ.v.t.y) 4x104 700 588 5x104 2x104 1x104 550 600 650 Bước sóng (nm) 32 700 750 594 1,5% Eu3+ 3% Eu3+ 4% Eu3+ 5% Eu3+ 6% Eu3+ 7% Eu3+ 3x104 621 Cường độ (đ.v.t.y) 612 685 4x104 700 588 5x104 2x104 1x104 600 650 700 750 Bước sóng (nm) Hình 3.7 Phổ huỳnh quang bột AlPO4 pha tạp ion Eu3+ từ 0,1% - 7% nhiệt độ 1000oC vòng giờ, đo nhiệt độ phòng bước sóng kích thích 394 nm Kết hình 3.7 thu cho thấy tồn đỉnh phát xạ bước sóng ~588 nm, ~594 nm, ~612 nm đến ~621 nm, ~685 nm đến ~700 nm Nguồn gốc đỉnh phát xạ lý giải chuyển mức điện tử từ trạng thái 5D0 → 7F1của ion Eu3+ mạng AlPO4 33 50000 Cường độ (đ.v.t.y) 40000 30000 20000 10000 0 Nồng độ Hình 3.8 Đường biểu diễn phụ thuộc cường độ huỳnh quang vào nồng độ pha tạp Eu3+ Kết hình 3.8 cho thấy nồng độ pha tạp ion Eu3+ từ 0,1%-1% xuất cường độ phát quang cường độ yếu đỉnh phổ thấp Điều chứng tỏ rằng, pha tạp ion Eu3+ nồng độ có thay ion Al3+ ion Eu3+ mạng bắt đầu hình thành pha tinh thể Khi tăng nồng độ pha tạp lên 3%, phổ PL hình 3.8 cho thấy cường độ đỉnh phát xạ tăng đột biến đạt giá trị cực đại, phổ phát xạ có có tách vạch phát xạ rõ ràng Từ đây, ta thấy tăng nồng độ ion pha tạp Eu3+ ion Eu3+ thay ion Al3+ nhiều dẫn đến hình thành pha tăng lên làm cường độ phát quang tăng Khi tăng tiếp nồng độ từ 4%-5% cường độ huỳnh quang giảm xuống Kết giải thích nồng độ ion Eu3+ tăng lên lớn giá trị định dẫn đến kết đám ion Eu3+ làm cho mật độ tâm quang mẫu giảm dẫn đến cường độ phát xạ huỳnh quang giảm Hơn nữa, nồng độ pha tạp ion Eu3+ tăng cao truyền lượng tâm phát xạ xảy làm 34 tăng q trình hồi phục không phát xạ, dẫn đến làm giảm cường độ phát xạ huỳnh quang mẫu Hiện tượng gọi tượng dập tắt huỳnh quang nồng độ pha tạp Qua việc phân tích trên, ta thấy nồng độ pha tạp ion Eu3+ tối ưu vật liệu 3% cho phát xạ huỳnh quang mạnh bước sóng 594 nm Hình 3.9 Sự phát triển huỳnh quang nồng độ pha tạp thấp dập tắt huỳnh quang pha tạp với nồng độ cao Như nghiên cứu cho thấy, bột huỳnh quang AlPO4:Eu3+ có điều kiện cơng nghệ chế tạo tối ưu nhiệt độ ủ 10000C nồng độ pha tạp tối ưu 3% cho hiệu suất phát quang vùng cam-đỏ lớn Kết thí nghiệm cho thấy bột huỳnh quang AlPO4:Eu3+ có tiềm ứng dụng chế tạo đèn huỳnh quang đèn LED phát xạ ánh sáng đỏ - đỏ xa sử dụng chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao sử dụng làm bột huỳnh quang nâng cao chất lượng đèn huỳnh quang đèn LED phát xạ ánh sáng trắng 35 KẾT LUẬN Bột huỳnh quang AlPO4: Eu3+ tổng hợp thành công phương pháp đồng kết tủa với quy trình tổng hợp vật liệu ổn định thu kết sau:  Kết phân tích XRD cho thấy pha AlPO4 bắt đầu hình thành nhiệt độ thiêu kết 700oC Bột huỳnh quang chế tạo phát xạ mạnh vùng ánh sáng cam–đỏ bước sóng cực đại 594 nm  Nhiệt độ thiêu kết tối ưu cho cường độ PL tốt 1000 oC Nồng độ pha tạp Eu3+ tối ưu mạng AlPO4 3% Từ kết nghiên cứu cho thấy bột huỳnh quang AlPO4: Eu3+ phát xạ ánh sáng cam - đỏ có tiềm ứng dụng to lớn chế tạo đèn huỳnh quang đèn LED sử dụng chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao dùng để bổ sung nâng cao chất lượng đèn huỳnh quang, LED phát xạ ánh sáng trắng để nâng cao số hoàn trả màu CRI 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO Y.F Liu, Z.P Yang, Q.M Yu, Journal of Alloys and Compounds, 509, 199 –202 (2011) J.He , Y.Wang, R.Li; X.Yuan; S.Xu; L.Zhang; APL MATERIALS, 3, 046101 (2015) W.Li; Y.Zhu; X Gou; K.Nakanishi; K Kanamori; H Yang; Sci Technol Adv Mater, 14 , 045007 ( 2013) L.Y.Zhou; J.S Wei, J.S Wei; J.R.Wu; F.Z.Gong; L.H.Yi ; J.L.Huang; Alloys Compd; 476, 390 (2009) Q Liu, Y Liu, Z Yang, X Li, Y Han, Spectrochimica Acta Part A, 87, 190–193 (2012) W.F.Yan; Z.T.Zhang; J Xu; S.M Mahurin; S.Dai; Stud Suft Sci.Catal, 156, 265 (2005) Y Liu, Z Yang, Materials Letters, 65, 1853–1855 (2011) I.M Nagpure, K.N Shinde, Vinay Kumar, O.M Ntwaeaborwa, S.J Dhoble, H.C Swart, Journal of Alloys and Compounds, 492, 384–388 (2010) JCPDS Card No 11-0500 10 I.M.Napure, K.N Shinde, V.Kumar, O.M.Ntwaeaborwa, S.J.Dhoble, H.C.Swar, J.Alloys Compd 492 (2010) 384 11 R.A.Sheldon, I.V.Babich, Y.V.Plyuto, Mendeleev Commun Electron Version (1997) 87 37 ... dịch Tạo kết tủa Lọc kết tủa Sấy nghiền kết tủa Bột phát quang Hình 1.5 Sơ đồ phương pháp đồng kết tủa Ưu điểm phương pháp đồng kết tủa : - Chế tạo vật liệu đồng kích cỡ nanomet Phương pháp cho... tục nghiên cứu chế tạo Chính lí đó, chúng tơi chọn đề tài: Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang vật liệu AlPO4: Eu3+ phương pháp đồng kết tủa 2 Mục tiêu nghiên cứu khóa luận Nghiên cứu chế tạo... NHÀI TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU AlPO4: Eu3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học vơ Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN VĂN QUANG