Đặc trưng phát quang của vật liệu Bamgal10o17: eu2+ chế tạo bằng phương pháp nổ

Chia sẻ: Bình Bình | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
5
lượt xem
0
download

Đặc trưng phát quang của vật liệu Bamgal10o17: eu2+ chế tạo bằng phương pháp nổ

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu phát quang màu xanh BaMgAl10O17: Eu2+ (3 %mol) được chế tạo bằng phương pháp nổ dung dịch urê-nitrat, sử dụng chất khử urê, nung ở nhiệt độ thấp. Các kết quả XRD, SEM cho thấy mẫu có cấu trúc lục giác và kích thước hạt cỡ nanomet. Phổ bức xạ của BaMgAl10O17: Eu2+ là một dải rộng có cực đại ở 453 nm do chuyển dời của cấu hình điện tử từ 4f 6 5d-4f 7 của ion Eu2+ trong mạng nền. Thời gian sống huỳnh quang của mẫu vào khoảng 1200 ns và bước sóng kích thích tối ưu 303 nm. Năng lượng kích hoạt thu được từ việc thực hiện phân tích đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đặc trưng phát quang của vật liệu Bamgal10o17: eu2+ chế tạo bằng phương pháp nổ

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Tập 74A, Số 5, (2012), 121-127<br /> <br /> ĐẶC TRƯNG PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17: Eu2+<br /> CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ<br /> Nguyễn Mạnh Sơn, Hồ Văn Tuyến, Phạm Nguyễn Thùy Trang, Võ Thị Hồng Anh<br /> Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế<br /> <br /> Tóm tắt. Vật liệu phát quang màu xanh BaMgAl10O17: Eu2+ (3 %mol) được chế tạo bằng<br /> phương pháp nổ dung dịch urê-nitrat, sử dụng chất khử urê, nung ở nhiệt độ thấp. Các kết<br /> quả XRD, SEM cho thấy mẫu có cấu trúc lục giác và kích thước hạt cỡ nanomet. Phổ bức<br /> xạ của BaMgAl10O17: Eu2+ là một dải rộng có cực đại ở 453 nm do chuyển dời của cấu hình<br /> điện tử từ 4f65d-4f7 của ion Eu2+ trong mạng nền. Thời gian sống huỳnh quang của mẫu vào<br /> khoảng 1200 ns và bước sóng kích thích tối ưu 303 nm. Năng lượng kích hoạt thu được từ<br /> việc thực hiện phân tích đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu.<br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Trong những năm gần đây, vật liệu phát quang màu xanh có độ chói cao<br /> BaMgAl10O17: Eu2+ (BAM: Eu2+) đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà<br /> khoa học. Đây là hệ vật liệu được sử dụng trong các thiết bị hiện đại như đèn huỳnh<br /> quang ba màu, màn hình PDPs, LCD, LED [1, 2]. Các nghiên cứu về phát quang, nhiệt<br /> phát quang và cấu trúc của vật liệu này đã được trình bày trong nhiều báo cáo. Vật liệu<br /> BAM: Eu2+ phát quang với bức xạ màu xanh có cực đại vào khoảng 450 nm là do<br /> chuyển dời 4f65d –4f7 của ion Eu2+ [3, 4]. Ion Eu2+ pha tạp vào trong mạng nền có thể<br /> chiếm ở ba vị trí khác nhau: BR, aBR và mO [5, 6]. Nhiều phương pháp khác nhau<br /> được sử dụng để tổng hợp hệ vật liệu này như: phương pháp phản ứng pha rắn, phương<br /> pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp nổ,.. Trong đó, phương pháp nổ<br /> có ưu điểm về khả năng hạ thấp nhiệt độ nung cũng như quy trình đơn giản và thời gian<br /> thực hiện ngắn [7]. Báo cáo này trình bày phương pháp nổ chế tạo vật liệu BAM: Eu2+<br /> và nghiên cứu các đặc trưng phát quang của vật liệu một cách hệ thống.<br /> 2. Thực nghiệm<br /> Vật liệu BAM: Eu2+ được chế tạo bằng phương pháp nổ dung dịch urê-nitrat,<br /> xuất phát từ các muối nitrat ban đầu: Ba(NO3)2, Mg(NO3)2.6H2O, Al(NO3)3.9H2O và<br /> Eu2O3, trong đó Eu2O3 được nitrat hóa để thu được Eu(NO3)3. Khối lượng các nitrat kim<br /> loại được cân theo tỷ lệ hợp thức. Một lượng B2O3 chiếm 5% khối lượng sản phẩm<br /> được thêm vào đóng vai trò làm chất chảy nhằm hạ nhiệt độ tạo pha. Urê được đưa vào<br /> trong hỗn hợp dung dịch nhằm tạo ra nhiên liệu cháy đồng thời là chất khử trong quá<br /> trình nổ. Lượng urê thêm vào được tính từ tỷ số oxi hóa khử của các chất, lượng urê sử<br /> 121<br /> <br /> 122<br /> <br /> Đặc trưng phát quang của vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+…<br /> <br /> dụng là 60 lần số mol sản phẩm. Qui trình công nghệ đã được trình bày [8]. Mẫu sau khi<br /> chế tạo được nghiền mịn và thực hiện một số phép phân tích cấu trúc: XRD, SEM, đồng<br /> thời thực hiện các phép phân tích quang phổ: phổ quang phát quang, phổ kích thích phát<br /> quang, đường cong suy giảm huỳnh quang và đường cong nhiệt phát quang nhằm khảo<br /> sát đặc trưng phát quang của vật liệu.<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> Cấu trúc vật liệu BAM: Eu2+ được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X,<br /> kết quả được trình bày trên hình 1. Giản đồ XRD của mẫu xuất hiện các vạch đặc trưng<br /> của pha BaMgAl10O17 với cấu trúc lục giác, bên cạnh đó không quan sát thấy sự tồn tại<br /> các pha lạ trên giản đồ. Như vậy, điều kiện công nghệ như đã trình bày phù hợp để chế<br /> tạo thành công vật liệu BAM: Eu2+ đơn pha.<br /> <br /> Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của BAM: Eu2+(3 %mol)<br /> <br /> Hình 2. Ảnh SEM của mẫu BAM: Eu2+<br /> <br /> NGUYỄN MẠNH SƠN và cs.<br /> §­êng thùc nghiÖm<br /> §­êng lµm khÝt<br /> (1) §Ønh Gauss 1<br /> (2) §Ønh Gauss 2<br /> (3) §Ønh Gauss 3<br /> <br /> 453 nm<br /> (1)<br /> <br /> IPL (§vt®)<br /> <br /> 1.5<br /> <br /> 123<br /> <br /> 452 nm<br /> <br /> 1.0<br /> <br /> (2)<br /> (3)<br /> <br /> 480 nm<br /> <br /> 0.5<br /> <br /> 503 nm<br /> <br /> 0.0<br /> <br /> 400<br /> <br /> 450<br /> <br /> 500<br /> <br /> 550<br /> <br /> 600<br /> <br /> 650<br /> <br /> B­íc sãng (nm)<br /> <br /> Hình 3. Phổ phát quang của mẫu BAM: Eu2+ làm khít với ba đỉnh hàm Gauxơ<br /> <br /> Hình 2 là ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu BAM: Eu2+. Từ ảnh SEM cho thấy,<br /> vật liệu kết tinh tốt, bề mặt sạch, dạng đĩa hoặc dạng thanh, có kích thước cỡ 70 nm.<br /> Phổ phát quang của vật liệu kích thích bằng bức xạ có bước sóng 365 nm được<br /> trình bày trên hình 3. Phổ phát quang có dạng một dải rộng, cực đại đỉnh tại bước sóng<br /> 453 nm đặc trưng cho chuyển dời từ trạng thái kích thích 4f65d về trạng thái cơ bản 4f7<br /> của ion Eu2+ trong mạng nền.<br /> Không quan sát thấy các vạch bức xạ đặc trưng của Eu3+, điều này chứng tỏ rằng<br /> tạp Europium vào trong mạng nền sẽ tồn tại ở dạng Eu2+ và đóng vai trò là tâm phát<br /> quang. Các nghiên cứu trước đây cho thấy [5, 6], ion Eu2+ khi pha tạp vào mạng nền sẽ<br /> có khả năng chiếm ở ba vị trí khác nhau: BR, aBR và mO. Vì vậy phổ phát quang của<br /> mẫu đã được tiến hành làm khít với tổ hợp ba đỉnh Gauxơ. Kết quả làm khít được chỉ ra<br /> trên hình 3. Phổ phát quang sau khi làm khít gồm có ba đỉnh với cực đại tại các bước<br /> sóng 452, 480 và 503 nm (lần lượt được gọi là đỉnh I1, I2 và I3). Đường làm khít bằng lý<br /> thuyết hoàn toàn trùng khớp với kết quả thực nghiệm thu được. Trong đó, đỉnh I1 có<br /> cường độ mạnh nhất, cường độ I2 và I3 là tương tự nhau và thấp hơn nhiều so với I1.<br /> Qua đó ta có thể nhận thấy vai trò chủ yếu của đỉnh I1 trong bức xạ của mẫu. Điều này<br /> cho thấy khả năng thay thế ion Eu2+ trong mạng nền tại vị trí BR (thay thế ion Ba2+) cho<br /> bức xạ đỉnh I1 mạnh hơn hai vị trí còn lại.<br /> Sau khi thực hiện phép đo phổ phát quang, mẫu được phân tích phổ kích thích<br /> phát quang tại bước sóng bức xạ 453 nm, kết quả chỉ ra trên hình 4. Theo kết quả trên<br /> hình 4 cho thấy, phổ kích thích của vật liệu BAM: Eu2+ là dạng dải rộng từ 260 - 400<br /> nm, có một đỉnh cực đại ở 303 nm. Bên cạnh đó phổ còn xuất hiện các vai tại các bước<br /> sóng 273 nm, 333 nm và 368 nm.<br /> <br /> Đặc trưng phát quang của vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+…<br /> <br /> 124<br /> <br /> 8<br /> <br /> 2.5x10<br /> <br /> 303 nm<br /> 333 nm<br /> <br /> 8<br /> <br /> BAM: Eu<br /> <br /> 2.0x10<br /> <br /> 2+<br /> <br /> 273 nm<br /> 8<br /> <br /> IPL (§vt®)<br /> <br /> 1.5x10<br /> <br /> 368 nm<br /> 8<br /> <br /> 1.0x10<br /> <br /> 7<br /> <br /> 5.0x10<br /> <br /> 0.0<br /> <br /> 250<br /> <br /> 300<br /> <br /> 350<br /> <br /> 400<br /> <br /> B­íc sãng (nm)<br /> <br /> Hình 4. Phổ kích thích của BAM: Eu2+ứng với bước sóng bức xạ 453 nm.<br /> <br /> Một đặc trưng khác của vật liệu là sự suy giảm cường độ huỳnh quang của bức<br /> xạ. Đường cong suy giảm cường độ huỳnh quang của vật liệu theo thời gian được chỉ ra<br /> trên hình 5. Để xác định thời gian sống của bức xạ huỳnh quang, đường cong thực<br /> nghiệm được làm khít bằng hàm mũ có dạng:<br />  t <br /> I  I 0  I 01 ex p <br /> <br />  1 <br /> <br /> Trong đó: I0, và I01 là cường độ phát quang ban đầu; 1 là thời gian sống của bức<br /> xạ huỳnh quang. Kết quả làm khít thu được giá trị thời gian sống của bức xạ Eu2+ 1 =<br /> 1200 ns. Trong phổ phát quang của vật liệu, bức xạ 453nm đóng vai trò chủ yếu trong<br /> quá trình bức xạ, thời gian sống của bức xạ này đặc trưng cho bức xạ của mẫu và phù<br /> hợp với các vật liệu hiển thị.<br /> 4<br /> <br /> 4x10<br /> <br /> §­êng thùc nghiÖm<br /> §­êng lµm khÝt<br /> <br /> 4<br /> <br /> C­êng ®é (§vt®)<br /> <br /> 3x10<br /> <br /> 4<br /> <br /> 2x10<br /> <br /> 4<br /> <br /> 1x10<br /> <br /> 0<br /> 0<br /> <br /> 2000<br /> <br /> 4000<br /> <br /> Thêi gian (ms)<br /> <br /> Hình 5. Đường cong suy giảm bức xạ huỳnh quang của BAM: Eu2+<br /> <br /> NGUYỄN MẠNH SƠN và cs.<br /> <br /> 125<br /> <br /> (1) Kh«ng chiÕu x¹<br /> (2) ChiÕu x¹ b»ng tia beta<br /> <br /> 6<br /> <br /> 6.0x10<br /> <br /> (1)<br /> <br /> 6<br /> <br /> ITL (§vt®)<br /> <br /> 4.0x10<br /> <br /> x 2.5<br /> <br /> 6<br /> <br /> 2.0x10<br /> <br /> (2)<br /> 0.0<br /> 0<br /> <br /> 50<br /> <br /> 100<br /> <br /> 150<br /> <br /> 200<br /> <br /> 250<br /> <br /> 300<br /> <br /> 350<br /> <br /> 400<br /> <br /> 450<br /> <br /> o<br /> <br /> NhiÖt ®é ( C )<br /> <br /> ITL (§vt®)<br /> <br /> Hình 6. Đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu BAM: Eu2+<br /> 6x10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 5x10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 4x10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 3x10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 2x10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 1x10<br /> <br /> 6<br /> <br /> §­êng cong thùc nghiÖm<br /> §­êng cong ph©n tÝch ®Ønh<br /> §­êng cong lµm khÝt<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 50<br /> <br /> 100<br /> <br /> 150<br /> <br /> 200<br /> <br /> 250<br /> <br /> 300<br /> <br /> 350<br /> <br /> 400<br /> <br /> 450<br /> <br /> o<br /> <br /> NhiÖt ®é ( C )<br /> <br /> Hình 7. Đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu BAM: Eu2+ sau khi phân tích bằng<br /> các đỉnh đơn<br /> <br /> Hình 6 là đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu BaMgAl10O17: Eu2+<br /> thực hiện với hai chế độ đo khác nhau: mẫu không chiếu xạ và có chiếu xạ bằng tia beta<br /> với liều chiếu 1.5 Gy, tốc độ nhiệt 1oC/phút. Khi mẫu không chiếu xạ, đường cong TL<br /> có cường độ rất yếu, cực đại bức xạ ứng với nhiệt độ 174oC và một đỉnh khác ở nhiệt độ<br /> cao. Điều này có nghĩa là trong vật liệu tồn tại mức bẫy có khả năng bắt các điện tử<br /> ngay cả trong điều kiện ánh sáng tự nhiên. Đỉnh tại 174oC có dạng đỉnh đơn bậc hai, các<br /> thông số động học TL được xác định bằng phương pháp phân tích động học nhiệt phát<br /> quang của R. Chen cho thấy độ sâu bẫy E= 0.84eV và  g  0.515 .<br /> Khi mẫu có chiếu xạ tia bêta, đường cong nhiệt phát quang gồm hai đỉnh, tuy<br /> nhiên đỉnh có cường độ cực đại tại nhiệt độ 150oC không phải có dạng đỉnh đơn, nó có<br /> thể là tổ hợp của một số đỉnh xen phủ. Như đã trình bày ở trên, đỉnh bức xạ của mẫu<br /> không chiếu xạ có dạng động học bậc hai, do đó dạng đỉnh sẽ không đổi trong quá trình<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản