- Chất phát quang vô cơ 10 1.1.1. - Cơ chế phát quang 14 1.1.4.1. - Quang phát quang 22 1.2.1. - Cơ chế quang phát quang 22 1.3. - Nhiệt phát quang 25 5 1.3.1. - Cơ chế nhiệt phát quang 25 1.4. - Chất phát quang magie silicat 28 1.4.1. - Chất phát quang đimagie octosilicat 30 1.4.3. - Các phương pháp tổng hợp chất phát quang magie silicat 31 1.4.3.1. - Phương pháp đo nhiệt phát quang (TL) 39 2.2.5. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce 42 3.1.1. - Khảo sát phủ SiO2 lên chất phát quang Mg2SiO4: Ce 50 3.2. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, M (Na, K, Li) 53 3.2.1. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, Na 53 3.2.2. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, K 56 3.2.3. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, Li 59 3.3. - 12 3 Hình 1.3 Cơ chế phát quang tái hợp tức thời. - 13 4 Hình 1.4 Cơ chế phát quang tái hợp kéo dài. - 15 6 Hình 1.6 Sự phát quang của vật liệu không có (a) và có (b) chất tăng nhạy. - 22 8 Hình 1.8 Cơ chế nhiệt phát quang chỉ có một dạng bẫy e. - Do đó, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn: “Tổng hợp chất phát quang magie silicat kích hoạt bằng ceri”. - Tổng hợp chất phát quang magie silicat kích hoạt bằng ceri. - Nghiên cứu nâng cao khả năng phát quang của sản phẩm bằng một số phụ gia thích hợp. - Chất phát quang vô cơ 1.1.1. - Các chất phát quang chủ yếu hoạt động dựa trên sự tương tác giữa các nguyên tố đồng vị. - Chúng chỉ có khả năng phát quang trong một thời gian nhất định. - Các chất phát quang vô cơ được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực. - Chất phát quang được ký hiệu: MnYOb:Nx. - Theo nguồn kích thích - Quang phát quang (kích thích bằng photon ánh sáng. - Điện phát quang (kích thích bằng điện trường. - Nhiệt phát quang (kích thích bằng tác dụng nhiệt. - Phát quang tia âm cực (kích thích bằng tia âm cực hoặc chùm electron có năng lượng đủ lớn. - Hóa phát quang (kích thích bằng năng lượng phản ứng hóa học. - Cơ phát quang (kích thích bằng tương tác cơ học. - Cơ chế phát quang 1.1.4.1. - Kích thích và hấp thụ [1] Nguồn kích thích phát quang rất đa dạng: quang phát quang, nhiệt phát quang, hóa phát quang. - Hình 1.3: Cơ chế phát quang tái hợp tức thời. - Hình 1.4: Cơ chế phát quang tái hợp kéo dài (có 2 bẫy e). - Trạng thái cơ bản của electron Kích thích Phát xạ Bẫy e Thế năng 18(1) Hiện tượng “tắt nhiệt” “Tắt nhiệt” là hiện tượng giảm mạnh cường độ phát quang của vật liệu ở nhiệt độ cao. - Do đó, vật liệu không thể phát quang. - (a) (b) Hình 1.6: Sự phát quang của vật liệu không có (a) và có (b) chất tăng nhạy. - Quang phát quang . - Định nghĩa Quang phát quang là các chất phát quang sử dụng nguồn kích thích photon ánh sáng. - Như vậy, mỗi loại vật liệu chỉ phát quang khi photon kích thích có năng lượng lớn hơn một giá trị xác định nào đó. - Vì vậy, thông thường, bước sóng phát quang của vật liệu bao giờ cũng dài hơn bước sóng của photon kích thích. - Cường độ phát quang thường được biểu diễn dưới dạng hàm mũ hoặc hàm logarit theo thời gian như sau. - I(t): cường độ phát quang tại thời điểm t. - Nhiệt phát quang [9] 1.3.1. - Định nghĩa Nhiệt phát quang là các chất phát quang sử dụng nguồn kích thích nhiệt. - Các chất nhiệt phát quang hiện nay chủ yếu có nhiệt độ kích thích nằm trong khoảng 100 – 400oC. - cường độ phát quang tương đối mạnh. - Một số chất nhiệt phát quang có thể phát sáng đến hàng giờ sau khi ngừng kích thích. - Cơ chế nhiệt phát quang Nhiệt phát quang tuân theo phương trình cân bằng Arrhenius như sau kTEsTkEexp2β (1.10) Trong đó: E: năng lượng kích thích. - Trường hợp đơn giản là nhiệt phát quang chỉ có một dạng bẫy e. - Hình 1.8: Cơ chế nhiệt phát quang chỉ có một dạng bẫy e. - βc: hệ số xác suất electron ở vùng dẫn tái hợp với tâm phát quang. - γ: tốc độ suy giảm các tâm phát quang ở mức năng lượng B. - i: tốc độ tái hợp của electron vùng dẫn với tâm phát quang. - Chất phát quang magie silicat 1.4.1. - Chất phát quang đimagie octosilicat Đimagie octosilicat Mg2SiO4 có cấu trúc tinh thể dạng orthorhombic, trực thoi [7]. - Chất phát quang magie silicat Mg2SiO4:Ce phát ra ánh sáng lục dưới tác dụng kích thích nhiệt hoặc tia tử ngoại. - Sự chuyển hóa 5d → 4f sẽ gây ra hiện tượng phát quang. - 30Chất phát quang magiesilicat Mg2SiO4:Mn phát ra ánh sáng đỏ dưới tác dụng kích thích nhiệt hoặc tia tử ngoại. - Sự chuyển hóa 4s → 3d sẽ gây ra hiện tượng phát quang. - Các phương pháp tổng hợp chất phát quang magie silicat 1.4.3.1. - Ngoài ra, chất phát quang magie silicat còn được tổng hợp theo một số phương pháp khác như thủy nhiệt, đốt cháy. - Quy trình thực nghiệm Trong luận văn này, chất phát quang magie silicat được tổng hợp bằng phương pháp sol – gel. - Phương pháp đo phổ huỳnh quang (PL) 38Phương pháp đo phổ huỳnh quang được sử dụng để xác định bước sóng phát quang cực đại λmax và cường độ phát quang của vật liệu khi bị kích thích. - Phương pháp đo nhiệt phát quang (TL) Phương pháp đo nhiệt huỳnh quang được sử dụng để xác định nhiệt độ phát quang cực đại tmax và cường độ phát quang của vật liệu khi bị kích thích. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce 3.1.1. - Cường độ phát quang tăng theo nhiệt độ nung. - Khảo sát hàm lượng amoniac Tổng hợp chất phát quang Mg1.97Ce0.02SiO4 tương tự mẫu 1.3, thay đổi hàm lượng NH3 thêm vào dung dịch. - Cường độ phát quang tốt nhất của vật liệu đạt được tương ứng với tỷ lệ mol (NH3 / Si. - Với hàm lượng NH3 cao hơn (pH cao), Ce3+ dễ bị oxi hóa thành Ce4+ (màu vàng) làm giảm khả năng phát quang của vật liệu. - 4 : 1 để tổng hợp chất phát quang trong các phần sau. - Khảo sát hàm lượng Ce Tổng hợp chất phát quang Mg(2 – 1.5x)CexSiO4 tương tự mẫu 2.4, thay đổi giá trị x . - Cường độ phát quang tốt đạt được tương ứng với x . - Hình 3.8 biễu diễn phổ nhiệt phát quang TL của mẫu 3.2. - Cường độ nhiệt phát quang tốt nhất đạt được ứng với tmax = 352 oC. - Mặt khác, cường độ phát quang của mẫu 3.2 kích thích bằng nhiệt mạnh hơn gấp 8 lần so với kích thích bằng tia tử ngoại 325 nm. - Nghiền mịn, phân tán đều chất phát quang trong etanol. - Nhận xét: 50Hình 3.9 cho thấy, cường độ phát quang của các mẫu có phủ SiO cao hơn mẫu không phủ (4.1). - Điều này cũng phù hợp với hiện tượng khi tăng hàm lượng SiO2 phủ mà cường độ phát quang của mẫu thay đổi không đáng kể. - Theo hình 3.10, cường độ phát quang kích thích nhiệt của mẫu 4.2 cũng cao hơn so với mẫu 4.1. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, M (Na, K, Li) Theo tác giả [13], đối với các silicat của kim loại kiềm thổ A2+ (Ca, Mg, Ba, Sr) có kích hoạt bằng các nguyên tố đất hiếm R3+ (Ce, Tb, Eu, Pr, Dy. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, Na Tổng hợp chất phát quang tương tự mẫu 3.2, thay đổi hàm lượng Na (y) thêm vào Mg(1.97 – 0.5y)Ce0.02NaySiO4. - Hình 3.11 cho thấy, ion Na+ thêm vào có tác dụng làm tăng cường độ phát quang của vật liệu. - Cường độ phát quang tốt đạt được ứng với hàm lượng y x = 0.02), cao gấp 1.5 lần so với mẫu 5.1 không có Na. - Nếu tiếp tục tăng Na, cường độ phát quang giảm dần. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, K Tổng hợp chất phát quang tương tự mẫu 3.2, thay đổi hàm lượng K (y) thêm vào Mg(1.97 – 0.5y)Ce0.02KySiO4. - Hình 3.12 cho thấy, ion K+ cũng có tác dụng tăng cường độ phát quang khi thêm vào vật liệu. - Cường độ phát quang cao nhất đạt được với hàm lượng y = x = 0.02, gấp 1.5 lần mẫu 6.1. - 55Khi y đạt đến 0.06, cường độ phát quang của mẫu 6.5 xấp xỉ khi không có K. - Tổng hợp chất phát quang Mg2SiO4: Ce, Li Tổng hợp chất phát quang tương tự mẫu 3.2, thay đổi hàm lượng Li (y) thêm vào Mg(1.97 – 0.5y)Ce0.02LiySiO4. - Nếu tiếp tục tăng hàm lượng Li thì cường độ phát quang của vật liệu giảm. - Cường độ phát quang của các mẫu đạt cực đại đều ứng với hàm lượng M dao động xung quanh giá trị y = x = 0.02. - Hình 3.13 cho thấy Na, K, Li cũng có tác dụng tăng cường độ phát quang của Mg2SiO4: Ce khi kích thích bằng nhiệt tmax = 352oC. - Tổng hợp được chất phát quang Mg2SiO4: Ce bằng phương pháp sol – gel có sử dụng tác nhân NH3, nung 1 giờ ở 1200oC. - Tiến hành bọc phủ chất phát quang Mg2SiO4: Ce bằng SiO2 theo phương pháp Stober để tăng cường độ phát quang. - Bổ sung các chất tăng nhạy Na, K và Li làm tăng cường độ phát quang
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt