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 Xray 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
RE
lắng đọng xung laze (pulse laser deposition)
: 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
nung ở nhiệt độ độ 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng
pháp đồng kết tủa
67
6
Bảng 3.2
Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang
của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc tổng hợp theo phƣơng
pháp đồng kết tủa
71
7
Bảng 3.3
Ảnh hƣởng của hàm lƣợng ion Ce3+ đến cƣờng độ phát
quang của mẫu Y2SiO5:Ce đƣợc nung ở 1300oC theo
72
phƣơng pháp đồng kết tủa
8
Bảng 3.4
Ảnh hƣởng của hàm lƣợng ion Tb3+ đến cƣờng độ phát
quang của mẫu Y2SiO5:Tb đƣợc nung ở 1000oC theo
phƣơng pháp đồng kết tủa
77
9
Bảng 3.5
Ảnh hƣởng của các ion tăng nhạy Li+, Na+ và K+ đến
cƣờng độ phát quang của mẫu Y2SiO5:Tb2% đƣợc nung
ở 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
78
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
của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc tổng hợp theo phƣơng
pháp sol - gel sử dụng amoniac
86
xi
12
Bảng 3.8
Thành phần các nguyên tố trong mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc
nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng
89
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
của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC theo
phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
93
16
Bảng 3.12
Ảnh hƣởng của tốc độ nâng nhiệt đến cƣờng độ phát
quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC
theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
94
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
của các mẫu Y2SiO5:Eu10% đƣợc tổng hợp theo phƣơng
pháp sol - gel sử dụng amoniac
99
19
Bảng 3.15
Ảnh hƣởng của nồng độ ion Eu3+ đến cƣờng độ phát
quang của mẫu Y2SiO5:Eu đƣợc nung ở 1100oC theo
phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
100
20
Bảng 3.16
Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang
của mẫu Y2SiO5:Tb2% đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp
sol - gel sử dụng amoniac
102
21
Bảng 3.17
Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến thành phần pha của
các mẫu Y2Si2O7:Ce đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp
sol - gel sử dụng amoniac
105
xii
22
Bảng 3.18
Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cƣờng độ phát quang
của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc tổng hợp theo phƣơng
109
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
của mẫu Y2Si2O7:Ce1% có bổ sung chất phụ gia
CH3COOLi đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol – gel sử
dụng amoniac
115
26
Bảng 3.22
Ảnh hƣởng của 3 chất phụ gia KCl, CH3COOK,
CH3COONa và CH3COOLi đến cƣờng độ phát quang
của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở 1000oC theo
117
phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
27
Bảng 3.23
Cƣờng độ phát quang của các mẫu Y2Si2O7:RE (RE =
Ce, Eu, Tb) có bổ sung chất phụ gia CH3COOLi, nung ở
nhiệt độ 1000oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng
amoniac
122
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
quang - Các anion hoạt hóa quang học (tự hoạt hóa)
8
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
của chất kích hoạt
12
8
Hình 1.8
Cơ chế phát quang của tâm kích hoạt A0 khi bổ sung chất
tăng nhạy S0
14
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
tác của trƣờng tinh thể mạng nền
19
11
Hình 1.11
Sơ đồ các tách mức năng lƣợng trạng thái cơ bản 4f1 và
trạng thái kích thích 5d1 của Ce3+ trong trƣờng tinh thể
garnet
22
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
α-Y2Si2O7
Hình 1.17
3O10
4
18
Hình 1.18
28
β-Y2Si2O7.
29
γ-Y2Si2O7
29
δ-Y2Si2O7
30
2 O7
19
Hình 1.19
2 O7
20
Hình 1.20
2 O7
21
Hình 1.21
22
Hình 1.22
ξ -Y2Si2O7. Khối cầu nhỏ màu
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)
1-Y2SiO5
(SiO4
31
32
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
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
64
31
Hình 3.1
Giản đồ phân tích nhiệt DSC của tiền chất cho tổng hợp
Y2SiO5:Ce theo phƣơng pháp đồng kết tủa
65
32
Hình 3.2
Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
67
33
Hình 3.3
Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1100oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
68
34
Hình 3.4
Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1200oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
68
35
Hình 3.5
Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1300oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
69
36
Hình 3.6
Phổ kích thích của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1100oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
70
37
Hình 3.7
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
71
xvi
38
Hình 3.8
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Cex% (x = 0,2;
0,5; 1; 2 và 4%) đƣợc nung ở 1300oC theo phƣơng pháp
73
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
1000oC theo phƣơng pháp đồng kết tủa
76
42
Hình 3.12
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Tby% (y = 1, 2, 3
và 4%) đƣợc nung ở 1000oC theo phƣơng pháp đồng kết
tủa
77
43
Hình 3.13
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Tb2%:Mz% (M =
Li, Na hoặc K; z = 1, 2%) đƣợc nung ở 1000oC theo
79
phƣơng pháp đồng kết tủa
44
Hình 3.14
Giản đồ phân tích nhiệt của gel Y2SiO5:Ce1% đƣợc tổng
hợp theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
81
45
Hình 3.15
Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 900oC
theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
83
46
Hình 3.16
Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1000oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
83
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
1200oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
84
49
Hình 3.19
Giản đồ XRD của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở
1300oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
85
xvii
50
Hình 3.20
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1% nung ở các
nhiệt độ 900, 1000, 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng
87
pháp sol - gel sử dụng amoniac
51
Hình 3.21
Ảnh chụp mẫu Y2SiO5:Ce1% nung ở 1100oC theo phƣơng
pháp sol – gel sử dụng amoniac khi đƣợc kích thích ở
bƣớc sóng 325 nm
88
52
Hình 3.22
Phổ EDX của mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1100oC
theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
89
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
ở 1100oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
với tốc độ nâng nhiệt khác nhau
95
57
Hình 3.27
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Ce1%:M1% (M =
Li, Na, K) và mẫu Y2SiO5:Ce1% đƣợc nung ở 1300oC
theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
97
58
Hình 3.28
Phổ kích thích của mẫu Y2SiO5:Eu10% đƣợc nung ở
1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
98
59
Hình 3.29
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2SiO5:Eu10% đƣợc nung
ở 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp sol - gel sử
dụng amoniac
99
60
Hình 3.30
Phổ phát quang của các mẫu Y2SiO5:Eua% (a = 1; 2,5; 5
và 10%) đƣợc nung ở 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel
sử dụng amoniac
101
xviii
61
Hình 3.31
Phổ phát quang của các mẫu Y2SiO5:Tb2% đƣợc nung ở
nhiệt độ 900, 1000 và 1100oC theo phƣơng pháp sol - gel
102
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
900oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
106
64
Hình 3.34
Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở
1000oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
106
65
Hình 3.35
Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở
1100oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
107
66
Hình 3.36
Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở
1200oC theo phƣơng pháp sol - gel sử dụng amoniac
107
67
Hình 3.37
Giản đồ XRD của mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung ở
1300oC theo phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
108
68
Hình 3.38
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2Si2O7:Ce1% đƣợc nung
ở các nhiệt độ 1000, 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng
pháp sol - gel sử dụng amoniac
109
69
Hình 3.39
Ảnh TEM của mẫu Y2Si2O7:Ce1% nung ở 1100oC theo
phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
110
70
Hình 3.40
Phổ huỳnh quang của các mẫu Y2Si2O7:Eu10% đƣợc
nung ở nhiệt độ 1100, 1200 và 1300oC theo phƣơng pháp
sol - gel sử dụng amoniac
111
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
chất phụ gia CH3COOLi đƣợc nung ở 1000oC theo
phƣơng pháp sol – gel sử dụng amoniac
116
- Xem thêm -
.PDF 
160 
13 
72 
