Luận án Thạc sĩ Kỹ thuật Hoá học: Nghiên cứu tổng hợp, cấu trúc và tính chất của chất phát quang ytri silicat kích hoạt bởi xeri, europi và tecbi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:160

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm đưa ra các giải pháp công nghệ mới, từ đó thu được các số liệu khoa học mới về chất phát quang đơn pha nền Y2SiO5 X1, X2 và Y2Si2O7 dạng α, β, γ được tổng hợp ở nhiệt độ thấp; nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng sản phẩm chất phát quang. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Thạc sĩ Kỹ thuật Hoá học: Nghiên cứu tổng hợp, cấu trúc và tính chất của chất phát quang ytri silicat kích hoạt bởi xeri, europi và tecbi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHÙNG THỊ MAI PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT PHÁT QUANG YTRI SILICAT KÍCH HOẠT BỞI XERI, EUROPI VÀ TECBI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHÙNG THỊ MAI PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT PHÁT QUANG YTRI SILICAT KÍCH HOẠT BỞI XERI, EUROPI VÀ TECBI Chuyên ngành: Công nghệ hóa học các chất vô cơ Mã số: 62.52.75.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS LÊ XUÂN THÀNH Hà Nội – 2013
i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư - Tiến sĩ Lê Xuân Thành, người đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các giảng viên trong Bộ môn Công nghệ các chất vô cơ – Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn hướng dẫn và quan tâm giúp đỡ về các thủ tục hành chính trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam và Viện Vật liệu xây dựng – Bộ Xây dựng nơi tôi đã và đang công tác luôn tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập, nghiên cứu và làm việc. Cũng nhân dịp này, tôi xin dành những tình cảm sâu sắc và lòng biết ơn vô hạn tới những người thân yêu trong gia đình: bố mẹ và các anh chị em đã luôn chia sẻ, động viên và hỗ trợ tôi. Cuối cùng, xin được gửi tình cảm đặc biệt tới chồng và con gái thân yêu của tôi, nguồn động lực và sức mạnh tinh thần to lớn nhất giúp tôi vượt qua khó khăn để sớm hoàn thành công trình nghiên cứu của mình./. Hà nội, ngày 08 tháng 4 năm 2013 Tác giả Phùng Thị Mai Phương
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án đƣợc trích dẫn từ các bài báo đã và sắp đƣợc xuất bản của tôi và các đồng tác giả. Các kết quả là trung thực, đƣợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Phùng Thị Mai Phƣơng
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ................................................. viii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................. x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..................................................................................... xiii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 4 1.1 Lý thuyết về chất phát quang ................................................................................... 4 1.1.1 Các thuật ngữ liên quan đến chất phát quang và sự phát xạ của chất phát quang ................................................................................................................ 4 1.1.2 Các nguồn năng lƣợng thƣờng sử dụng để kích thích chất phát quang .......... 4 1.1.3 Thời gian xảy ra các quá trình năng lƣợng trong chất phát quang .................. 5 1.2 Chất phát quang vô cơ .............................................................................................. 6 1.2.1 Thành phần chất phát quang vô cơ .................................................................. 6 1.2.2 Cơ sở lựa chọn chất phát quang....................................................................... 6 1.2.2.1 Lựa chọn chất nền ...........................................................................................6 1.2.2.2 Lựa chọn chất kích hoạt ..................................................................................9 1.2.3 Cơ chế phát quang ......................................................................................... 10 1.2.4 Ứng dụng chất phát quang ............................................................................. 14 1.3 Chất phát quang đất hiếm ....................................................................................... 15 1.3.1 Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của các ion đất hiếm .................. 15 1.3.2 Các dịch chuyển phát xạ và không phát xạ của các ion đất hiếm… ........... 20 1.3.2.1 Các dịch chuyển phát xạ ...............................................................................20 1.3.2.2 Các dịch chuyển không phát xạ ....................................................................20 1.3.3 Đặc trƣng quang phổ của các tâm phát quang Ce3+, Eu3+ và Tb3+................. 21 1.3.3.1 Tâm phát quang Ce3+ ....................................................................................21
iv 1.3.3.2 Tâm phát quang Eu3+ ...................................................................................23 1.3.3.3 Tâm phát quang Tb3+ ....................................................................................23 1.4 Lý do lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu của luận án ................................................. 24 1.5 Mạng chủ ytri silicat .............................................................................................. 26 1.5.1 Y2Si2O7 .......................................................................................................... 26 1.5.1.1 y-Y2Si2O7 ......................................................................................................28 1.5.1.2 α-Y2Si2O7 ......................................................................................................28 1.5.1.3 β-Y2Si2O7 ......................................................................................................29 1.5.1.4 γ-Y2Si2O7 ......................................................................................................29 1.5.1.5 δ-Y2Si2O7 ......................................................................................................30 1.5.1.6 ξ-Y2Si2O7 ......................................................................................................30 1.5.2 Y2SiO5............................................................................................................ 31 1.5.2.1 X1 -Y2SiO5 ....................................................................................................32 1.5.2.2 X2-Y2SiO5 .....................................................................................................33 1.6 Các phƣơng pháp tổng hợp ytri silicat ................................................................... 33 1.6.1 Phƣơng pháp phản ứng pha rắn ..................................................................... 34 1.6.2 Phƣơng pháp đồng kết tủa ............................................................................. 35 1.6.3 Phƣơng pháp phản ứng cháy ......................................................................... 36 1.6.4 Phƣơng pháp sol- gel ..................................................................................... 37 1.7 Một số vấn đề còn tồn tại trong lĩnh vực nghiên cứu chất phát quang ytri silicat . 43 1.8 Những đóng góp mới của luận án .......................................................................... 44 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 46 2.1 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án .......................................................................... 46 2.2 Phƣơng pháp tổng hợp chất phát quang ytri silicat kích hoạt bởi xeri, europi và tecbi......................................................................................................................... 47 2.2.1 Các thiết bị và hoá chất cần thiết ................................................................... 47 2.2.2 Chuẩn bị một số dung dịch ........................................................................... 48 2.2.3 Tổng hợp chất phát quang Y2SiO5:RE (RE = Ce, Tb và Eu) theo phƣơng pháp đồng kết tủa ........................................................................................... 48
v 2.2.3.1 Tổng hợp Y2SiO5:RE ....................................................................................48 2.2.3.2 Tổng hợp Y2SiO5:Tb2%:Mz% (M = Li, Na hoặc K) ...................................50 2.2.4 Tổng hợp chất phát quang Y2SiO5:RE và Y2Si2O7:RE (RE = Ce, Eu và Tb) theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac ......................................... 51 2.2.4.1 Tổng hợp Y2SiO5:RE và Y2Si2O7:RE ...........................................................51 2.2.4.2 Tổng hợp Y2SiO5:RE:M ...............................................................................52 2.2.5 Lựa chọn hàm lƣợng chất kích hoạt .............................................................. 53 2.3 Phƣơng pháp phân tích cấu trúc và tính chất của ytri silicat kích hoạt bởi xeri, europi và tecbi ........................................................................................................ 53 2.3.1 Phƣơng pháp phân tích nhiệt (DSC) .............................................................. 53 2.3.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .............................................................. 55 2.3.3 Phƣơng pháp phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX - Energy dispersive X- ray spectroscopy)............................................................................................ 57 2.3.4 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) . 58 2.3.5 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM - Transmission electron microscope) ...................................................................................... 60 2.3.6 Phƣơng pháp phổ kích thích huỳnh quang .................................................... 61 2.3.7 Phƣơng pháp đo phổ huỳnh quang ................................................................ 62 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 65 3.1 Khảo sát một số tính chất của chất phát quang Y2SiO5:RE đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp đồng kết tủa ...................................................................................... 65 3.1.1 Khảo sát sự biến đổi của tiền chất theo nhiệt độ bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt ......................................................................................................... 65 3.1.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha và cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Ce1% ................................................................................... 66 3.1.2.1 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của mẫu Y2SiO5:Ce1% 66 3.1.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% ................................................................................................70 3.1.3 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng ion Ce3+ đến cƣờng độ phát quang của các mẫu Y2SiO5:Ce ....................................................................................................... 72
vi 3.1.4 Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt đến cƣờng độ phát quang và kích thƣớc hạt của mẫu Y2SiO5:Ce ........................................................................ 74 3.1.5 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng ion Tb3+ đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Tb ....................................................................................................... 76 3.1.6 Ảnh hƣởng của các ion tăng nhạy Li+, Na+ và K+ đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Tb2% ................................................................................... 78 3.2 Khảo sát một số tính chất của chất phát quang Y2SiO5:RE đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac ................................................................. 81 3.2.2 Khảo sát sự biến đổi của gel Y2SiO5:Ce1% theo nhiệt độ ............................ 81 3.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của mẫu Y2SiO5:Ce1% . 82 3.2.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% ................................................................................................. 86 3.2.4 Thành phần hóa học và kích thƣớc hạt của mẫu Y2SiO5:Ce1% .................... 88 3.2.5 Ảnh hƣởng của một số yếu tố công nghệ khác đến thành phần pha và cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Ce1% ................................................ 91 3.2.5.1 Ảnh hƣởng của thời gian khuấy mẫu ............................................................91 3.2.5.2 Ảnh hƣởng của thời gian nung và tốc độ nâng nhiệt ....................................93 3.2.6 Ảnh hƣởng của một số chất tăng nhạy đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Ce1% ................................................................................................. 96 3.2.7 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Eu10% ............................................................................................... 98 3.2.8 Ảnh hƣởng của nồng độ ion Eu3+ đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Eu ..................................................................................................... 100 3.2.9 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Tb2% ............................................................................................... 101 3.3 Khảo sát một số tính chất của chất phát quang Y2Si2O7:RE đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac .............................................................. 104 3.3.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của mẫu Y2Si2O7:Ce1%105 3.3.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2Si2O7:Ce1% .............................................................................................. 109
vii 3.3.4 Kích thƣớc hạt của mẫu Y2Si2O7:Ce1% ...................................................... 110 3.3.5 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2Si2O7:Eu10% ............................................................................................ 111 3.3.6 Ảnh hƣởng của các chất phụ gia CH3COOLi, CH3COONa, CH3COOK và KCl đến thành phần pha và cƣờng độ phát quang của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% .............................................................................................. 113 3.3.6.1 Ảnh hƣởng của chất phụ gia CH3COOLi đến thành phần pha và cƣờng độ phát quang của của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% ..............................................113 3.3.6.2 Ảnh hƣởng của các chất phụ gia KCl, CH3COOK, CH3COONa và CH3COOLi đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2Si2O7:Ce1%.................116 3.4 Thử nghiệm ứng dụng chất phát quang ytri silicat kích hoạt bởi Ce 3+, Eu3+ và Tb3+ ....................................................................................................................... 119 3.4.1 Thử nghiệm ứng dụng trong chế tạo mực in phát quang............................. 119 3.4.2 Thử nghiệm ứng dụng trong chế tạo bột phát quang đèn huỳnh quang ...... 121 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ........................... 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 130
viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Các chữ viết tắt DSC : nhiệt lƣợng kế quét vi sai (differential scanning calorimetry) DTA : phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyis) EDX : Phổ tán xạ năng lƣợng tia X (energy dispersive X-ray spectroscopy) EM : phát xạ (emission) ET : truyền năng lƣợng (energy transfer) EX : kích thích (exicitation) FED : hiển thị phát xạ trƣờng (field emission display) FEG : súng phát xạ trƣờng (FEG - field emission gun) FE-SEM : hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng (field emission scanning electron microscope) FPD : hiển thị phẳng (flat panel display) HĐBM : hoạt động bề mặt HR-TEM : kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (high resolution transmission electron microscope) HVĐTQ : hiển vi điện tử quét LCD : hiển thị tinh thể lỏng (liquid crystal display) LED : điốt phát quang (light emitting diode) MOCVD : lắng đọng hoá học từ pha hơi hữu cơ - kim loại (metal-organic chemical vapor deposition) NEM : không phát xạ (non-emission) PDP : hiển thị plasma (plasma display panel) PLD lắng đọng xung laze (pulse laser deposition) RE : đất hiếm (rare earth)
ix SEM : kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope) TEM : kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope) TEOS : tetraetyl ortho silicat (tetraethyl ortho silicate) TGA : phân tích nhiệt trọng lƣợng (thermogravimetry analysis) XRD : nhiễu xạ tia X (x-ray diffraction) 2. Các ký hiệu N : số tâm phát xạ Τ : thời gian suy giảm T : thời gian riêng Hs : Hiệu suất sản phẩm sau nung ms : khối lƣợng mẫu sau nung mLT : khối lƣợng mẫu lý thuyết D : khoảng cách mặt mạng : góc tạo bởi mặt mạng với tia tới hay tia “phản xạ” Λ : độ dài bƣớc sóng β : độ rộng pic ở nửa chiều cao pic đặc trƣng υ : tần số I : cƣờng độ bức xạ η : hiệu suất lƣợng tử phát quang α(υ) : hệ số hấp thụ D : kích thƣớc tinh thể trung bình với họ mặt mạng (hkl) ω : tần số bức xạ
x DANH MỤC CÁC BẢNG Trang 1 Bảng 1.1 Các ion nguyên tố đất hiếm 16 2 Bảng 1 Chi tiết cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của Y2Si2O7 27 3 Bảng 2 Chi tiết cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của Y2SiO5 32 4 Bảng 1.2 Một số công trình tổng hợp ytri silicat theo phƣơng pháp 41 sol-gel 5 Bảng 3.1 Kết quả phân tích XRD của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc 67 nung ở nhiệt độ độ 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 6 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang 71 của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp đồng kết tủa 7 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng ion Ce3+ đến cƣờng độ phát 72 quang của mẫu Y2SiO5:Ce đƣợc nung ở 1300oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 8 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng ion Tb3+ đến cƣờng độ phát 77 quang của mẫu Y2SiO5:Tb đƣợc nung ở 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 9 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng của các ion tăng nhạy Li+, Na+ và K+ đến 78 cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Tb2% đƣợc nung ở 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 10 Bảng 3.6 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của 82 mẫu Y2SiO5:Ce1% theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 11 Bảng 3.7 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang 86 của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
xi 12 Bảng 3.8 Thành phần các nguyên tố trong mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc 89 nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 13 Bảng 3.9 Tính toán cỡ hạt tinh thể của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc 90 o nung ở 1100 C theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 14 Bảng 3.10 Ảnh hƣởng của thời gian khuấy mẫu đến thành phần pha 92 của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 15 Bảng 3.11 Ảnh hƣởng của thời gian nung đến cƣờng độ phát quang 93 của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 16 Bảng 3.12 Ảnh hƣởng của tốc độ nâng nhiệt đến cƣờng độ phát 94 quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 17 Bảng 3.13 Ảnh hƣởng của một số chất tăng nhạy đến cƣờng độ phát 96 quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1%:M1% (với M = Li, Na và K) đƣợc nung ở 1300oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 18 Bảng 3.14 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang 99 của các mẫu Y2SiO5:Eu10% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 19 Bảng 3.15 Ảnh hƣởng của nồng độ ion Eu3+ đến cƣờng độ phát 100 quang của mẫu Y2SiO5:Eu đƣợc nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 20 Bảng 3.16 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang 102 của mẫu Y2SiO5:Tb2% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 21 Bảng 3.17 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của 105 các mẫu Y2Si2O7:Ce đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
xii 22 Bảng 3.18 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang 109 của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 23 Bảng 3.19 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang 111 của mẫu Y2Si2O7:Eu10% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 24 Bảng 3.20 Ảnh hƣởng chất phụ gia CH3COOLi đến thành phần pha 113 của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 25 Bảng 3.21 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang 115 của mẫu Y2Si2O7:Ce1% có bổ sung chất phụ gia CH3COOLi đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 26 Bảng 3.22 Ảnh hƣởng của 3 chất phụ gia KCl, CH3COOK, 117 CH3COONa và CH3COOLi đến cƣờng độ phát quang của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở 1000oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 27 Bảng 3.23 Cƣờng độ phát quang của các mẫu Y2Si2O7:RE (RE = 122 Ce, Eu, Tb) có bổ sung chất phụ gia CH3COOLi, nung ở nhiệt độ 1000oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
xiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang 1 Hình 1.1 Bảng tuần hoàn liên quan đến thành phần của chất phát 7 quang - Các cation có thể đƣợc sử dụng để chế tạo chất phát quang 2 Hình 1.2 Bảng tuần hoàn liên quan đến thành phần của chất phát 8 quang - Các anion trơ về mặt quang học có thể đƣợc sử dụng để chế tạo chất phát quang 3 Hình 1.3 Bảng tuần hoàn liên quan đến thành phần của chất phát 8 quang - Các anion hoạt hóa quang học (tự hoạt hóa) 4 Hình 1.4 Bảng tuần hoàn liên quan đến thành phần của chất phát 9 quang - Các cation có thể đƣợc sử dụng làm tâm kích hoạt 5 Hình 1.5 Một số dạng khuyết tật trong tinh thể 10 6 Hình 1.6 Các quá trình năng lƣợng xảy ra trong chất phát quang có 11 tâm kích hoạt A0 7 Hình 1.7 Giản đồ minh họa dạng mô hình tọa độ cơ chế phát quang 12 của chất kích hoạt 8 Hình 1.8 Cơ chế phát quang của tâm kích hoạt A0 khi bổ sung chất 14 tăng nhạy S0 9 Hình 1.9 Giản đồ mức năng lƣợng của các ion RE3+- Giản đồ Dieke 17 10 Hình 1.10 Sơ đồ tách mức năng lƣợng của các điện tử 4f do tƣơng 19 tác của trƣờng tinh thể mạng nền 11 Hình 1.11 Sơ đồ các tách mức năng lƣợng trạng thái cơ bản 4f1 và 22 trạng thái kích thích 5d1 của Ce3+ trong trƣờng tinh thể garnet 12 Hình 1.12 Sơ đồ chuyển dời các mức năng lƣợng của ion Ce3+ 22 13 Hình 1.13 Sơ đồ chuyển dời các mức năng lƣợng của ion Eu3+ 23
xiv 14 Hình 1.14 Sơ đồ sơ lƣợc các mức năng lƣợng của Tb3+ 24 15 Hình 1.15 Đơn vị cấu trúc nhóm (Si2O7) 27 16 Hình 1.16 -Y2Si2O7 28 2 O7 17 Hình 1.17 α-Y2Si2O7 28 4 3O10 18 Hình 1.18 β-Y2Si2O7. 29 2 O7 19 Hình 1.19 γ-Y2Si2O7 29 2 O7 20 Hình 1.20 δ-Y2Si2O7 30 2 O7 21 Hình 1.21 ξ -Y2Si2O7. Khối cầu nhỏ màu 31 đen thể hiện vị trí Y, khối cầu nhỏ màu xám thể hiện vị trí Si và khối cầu to màu sáng thể hiện vị trí O. (b) Thể hiện chi tiết đa diện xung quanh nguyên tử Y(c) Minh họa chi tiết đa diện tách riêng (Si2O7) 22 Hình 1.22 1-Y2SiO5 32 (SiO4
xv 23 Hình 1.23 2-Y2SiO5 33 4 24 Hình 1.24 Cấu trúc phân tử của Si(OC2H5)4 (TEOS) 39 25 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp Y2SiO5:RE theo phƣơng pháp đồng kết 49 tủa 26 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp Y2SiO5:RE và Y2Si2O7:RE theo phƣơng 51 pháp sol – gel sử dụng amoniac 27 Hình 2.3 Sự nhiễu xạ tia X trên bề mặt tinh thể 56 28 Hình 2.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL) 61 29 Hình 2.5 Sơ đồ khối của hệ đo kích thích huỳnh quang 62 30 Hình 2.6 Hệ thiết bị đo quang của Viện Khoa học Vật liệu, Viện 64 Khoa học và Công nghệ Việt Nam 31 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt DSC của tiền chất cho tổng hợp 65 Y2SiO5:Ce theo phƣơng pháp đồng kết tủa 32 Hình 3.2 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 67 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 33 Hình 3.3 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 68 1100oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 34 Hình 3.4 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 68 1200oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 35 Hình 3.5 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 69 1300oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 36 Hình 3.6 Phổ kích thích của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 70 1100oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 37 Hình 3.7 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 71 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
xvi 38 Hình 3.8 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Cex% (x = 0,2; 73 0,5; 1; 2 và 4%) đƣợc nung ở 1300oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 39 Hình 3.9 Phổ huỳnh quang của mẫu Y2SiO5:Ce1% không bổ sung 74 o và có bổ sung CHĐBM đƣợc nung ở 1100 C theo phƣơng pháp đồng kết tủa 40 Hình 3.10 Ảnh SEM của Y2SiO5:Ce1% (a) và ảnh TEM của mẫu 75 Y2SiO5:Ce1% (b) có bổ sung CHĐBM đƣợc nung ở 1100oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 41 Hình 3.11 Phổ kích thích của mẫu Y2SiO5:Tb2% đƣợc nung ở 76 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 42 Hình 3.12 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Tby% (y = 1, 2, 3 77 và 4%) đƣợc nung ở 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 43 Hình 3.13 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Tb2%:Mz% (M = 79 Li, Na hoặc K; z = 1, 2%) đƣợc nung ở 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa 44 Hình 3.14 Giản đồ phân tích nhiệt của gel Y2SiO5:Ce1% đƣợc tổng 81 hợp theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 45 Hình 3.15 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 900oC 83 theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 46 Hình 3.16 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 83 1000oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 47 Hình 3.17 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 84 1100oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 48 Hình 3.18 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 84 1200oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 49 Hình 3.19 Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 85 1300oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
xvii 50 Hình 3.20 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% nung ở các 87 nhiệt độ 900, 1000, 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 51 Hình 3.21 Ảnh chụp mẫu Y2SiO5:Ce1% nung ở 1100oC theo phƣơng 88 pháp sol – gel sử dụng amoniac khi đƣợc kích thích ở bƣớc sóng 325 nm 52 Hình 3.22 Phổ EDX của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC 89 theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 53 Hình 3.23 Ảnh SEM mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC (a) và 91 o 1300 C (b) theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 54 Hình 3.24 Giản đồ XRD của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 92 o 1100 C theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac với tốc độ khuấy khác nhau: a) 1 giờ, b) 3 giờ, c) 6 giờ và d) 12 giờ 55 Hình 3.25 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 94 1100oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac với thời gian nung khác nhau 56 Hình 3.26 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung 95 ở 1100oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac với tốc độ nâng nhiệt khác nhau 57 Hình 3.27 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1%:M1% (M = 97 Li, Na, K) và mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1300oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 58 Hình 3.28 Phổ kích thích của mẫu Y2SiO5:Eu10% đƣợc nung ở 98 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 59 Hình 3.29 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Eu10% đƣợc nung 99 ở 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 60 Hình 3.30 Phổ phát quang của các mẫu Y2SiO5:Eua% (a = 1; 2,5; 5 101 và 10%) đƣợc nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
xviii 61 Hình 3.31 Phổ phát quang của các mẫu Y2SiO5:Tb2% đƣợc nung ở 102 nhiệt độ 900, 1000 và 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 62 Hình 3.32 2Si2O7:Ce1% đƣợc tổng 104 hợp theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 63 Hình 3.33 Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở 106 900oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 64 Hình 3.34 Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở 106 1000oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 65 Hình 3.35 Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở 107 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 66 Hình 3.36 Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở 107 1200oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 67 Hình 3.37 Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở 108 1300oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 68 Hình 3.38 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung 109 ở các nhiệt độ 1000, 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 69 Hình 3.39 Ảnh TEM của mẫu Y2Si2O7:Ce1% nung ở 1100oC theo 110 phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac 70 Hình 3.40 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2Si2O7:Eu10% đƣợc 111 nung ở nhiệt độ 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac 71 Hình 3.41 Giản đồ XRD của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% bổ sung chất 114 phụ gia CH3COOLi tổng hợp theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac ở nhiệt độ khác nhau: 700oC (a), 800oC (b), 900oC (c) và 1000oC (d) 72 Hình 3.42 Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% có bổ sung 116 chất phụ gia CH3COOLi đƣợc nung ở 1000oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac