- Lý thuyết về chất phát quang 6 1.2.1. - Cơ chế phát quang 9 1.2.4.1. - Quang phát quang 19 1.3.1. - Cơ chế quang phát quang 19 1.4. - Nhiệt phát quang 21 1.4.1. - Cơ chế nhiệt phát quang 22 1.5. - Chất phát quang kẽm silicat 24 1.5.1. - Chất phát quang kẽm silicat 29 1.5.3. - Các phương pháp tổng hợp chất phát quang kẽm silicat 31 1.5.3.1. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4: Mn theo phương pháp sol gel có điều chỉnh pH bằng HCl 45 3.1.1. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4:Mn theo phương pháp sol gel có bổ sung NH3 53 3.2.1. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4:Mn (Na, K, Li . - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4:Mn, Na 58 3.2.3.2. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4:Mn, K 60 3.2.3.3. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4:Mn, Li 61 3.3. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4: Mn theo phương pháp sol-gel có bổ sung ure hay axit citric 63 3.4. - So sánh độ phát quang của các mẫu chất phát quang kẽm silicat pha tạp bởi manan tổng hợp theo phương pháp sol-gel 67 3.5. - So sánh độ phát quang của Zn2SiO4:Mn theo phương pháp sol –gel và phương pháp đồng kết tủa 68 3.6. - Trong các chất phát quang vô cơ, chất phát quang kẽm silicat đóng một vai trò quan trọng. - Trên cơ sở đó tôi đã lựa chọn đề tài luận văn: “Tổng hợp chất phát quang cỡ nano kẽm silicat pha tạp bởi mangan theo phương pháp sol gel”. - Tổng hợp chất phát quang kẽm silicat kích hoạt bằng mangan. - Lý thuyết về chất phát quang: 1.2.1. - 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. - Cấu tạo Vật liệu phát quang vô cơ gồm các thành phần sau. - 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 1.2.4.1. - Sự kích thích đòi hỏi năng lượng tác động lên chất phát quang làm nó có thể hấp thụ đựoc. - Sự kích thích bởi photon Sự phụ thuộc độ hấp thụ của chất phát quang theo năng lượng của photon được đưa ra bởi phổ hấp thụ. - Sự kích thích bởi electron 12Một phần electron tác động lên chất phát quang đựơc phản xạ đàn hồi lại kèm theo mất mát năng lượng. - (1.12) trong đó k/c=λ Và cường độ phát quang được đưa ra: toeIIλ. - (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. - (3) Sự chuyển không bức xạ trong chất phát quang chứa chất tăng nhạy (a) (b) Hình 1.9: Sự phát quang của vật liệu không có (a) và có (b) chất tăng nhạy. - Sự chuyển năng lượng không bức xạ trong chất phát quang có chứa chất tăng nhạy xảy ra khi có các điều kiện sau. - Quang phát quang 1.3.1. - 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. - I(t): cường độ phát quang tại thời điểm t. - Nhiệt phát quang 1.4.1. - 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 (1.23) Trong đó: E: năng lượng kích thích. - Trường hợp đơn giản là nhiệt phát quang chỉ có một dạng bẫy e. - 23 Hình 1.10: 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 kẽm silicat 1.5.1. - Vì vậy, Zn2SiO4:Mn còn được gọi là chất phát quang màu lục. - Bột thu được phát quang màu lục. - Quy trình thực nghiệm Trong luận văn này, chất phát quang kẽm silicat được tổng hợp bằng phương pháp sol – gel. - Phương pháp đo phổ huỳnh quang (PL) Phương 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. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4: Mn theo phương pháp sol-gel trong môi trường axit (điều chỉnh pH bằng HCl). - Giản đồ XRD của mẫu 1.1 48 49 Kết quả ghi phổ phát quang của các mẫu thu được sau nung, khi kích thích bởi ánh sáng có bước sóng 325nm, được chỉ ra ở hình 3.3. - Mẫu 1.2 nung ở nhiệt độ 10000C có cường độ phát quang cao hơn mẫu nung ở 9000C. - Intensity (a.u)Wavelength (nm) Hình 3.3: Phổ phát quang của các mẫu 1. - Sản phẩm thu được sau nung được đem đo phổ phát quang. - Các mẫu ở pH 2 - 3 có cường độ phát quang cao nhất. - Hình 3.6: Ảnh TEM của mẫu 3.2 Kết luận Chất phát quang kẽm silicat kích hoạt bởi mangan tổng hợp theo phương pháp sol gel trong môi trường axit chỉ chứa một dạng tinh thể Zn2SiO4 dạng mặt thoi, phát ra ánh sáng màu lục ứng với bước sóng 525 nm khi được kích thích bỡi ánh sáng UV 325nm. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4: Mn theo phương pháp sol gel biến tính (có bổ sung NH3) Quy trình thực nghiệm được tiến hành như được chỉ ra ở II.1.2. - Cường độ phát quang tốt nhất của vật liệu đạt được tương ứng với tỷ lệ mol (NH3 / Si. - 4 : 1 để tổng hợp chất phát quang trong các phần sau. - Khảo sát hàm lượng Mn: Các chất phát quang Zn(2-x)MnxSiO4 được tổng hợp tương tự mẫu 5.2, thay đổi các giá trị x . - Cường độ phát quang tốt đạt được tương ứng với x . - Với các mẫu có hàm lượng Mn cao hơn, cường độ phát quang cực đại giảm đáng kể. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4:Mn (có thêm chất tăng nhạy Na, K, Li) Ta tiến hành thêm vào mạng tinh thể kẽm silicat có kích hoạt bởi mangan một lượng rất nhỏ các kim loại kiềm M+ (Na, K, Li, Rb). - Cường độ phát quang được chỉ ra ở hình 3.11. - Nhận xét: 60Các mẫu tổng hợp được đều có màu trắng, phát quang màu lục λmax = 524 nm khi bị kích thích bằng bước sóng 325 nm. - Cường độ phát quang của các mẫu có thêm Na cao hơn mẫu 7.1, không chứa Na. - Mẫu 7.2, ứng với y = x = 0.02, có cường độ phát quang cực đại gấp khoảng 1.5 lần so với mẫu 7.1. - Cường độ phát quang tốt đạt được trong khoảng giá trị y . - Khi y tăng đến 0.06, cường độ phát quang của mẫu 7.3 giảm đáng kể so với các mẫu 7.2. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4: Mn, K Tổng hợp chất phát quang tương tự mẫu trên, thay đổi hàm lượng K (y) thêm vào Zn1,98Mn0,02SiO4. - Nhận xét: Các mẫu tổng hợp được đều có màu trắng, phát quang màu lục λmax = 525 nm khi bị kích thích bằng bước sóng 325 nm. - Cường độ phát quang của các mẫu có thêm K cao hơn mẫu không chứa K (mẫu 8.1). - Cường độ phát quang tăng dần từ mẫu 8.1 đến 8.3 rồi lại giảm dần. - Mẫu 8.2, ứng với y = x = 0.02, có cường độ phát quang cực đại, gấp khoảng 1.5 lần so với mẫu 8.1. - Nhận xét: Các mẫu tổng hợp được đều có màu trắng, phát quang màu xanh lục λmax = 523 nm khi bị kích thích bằng bước sóng 325 nm. - Cường độ phát quang của các mẫu có thêm Li cao hơn mẫu không chứa Li (mẫu 9.1). - Cường độ phát quang tăng dần từ mẫu 9.1 đến 9.2 rồi lại giảm dần. - Mẫu 9.2, ứng với y = x = 0.02, có cường độ phát quang cực đại, gấp khoảng 2 lần so với mẫu 9.1. - Tổng hợp chất phát quang Zn2SiO4: Mn theo phương pháp sol-gel có bổ sung ure hay axit citric. - So sánh độ phát quang của các mẫu chất phát quang kẽm silicat pha tạp bởi manan tổng hợp theo phương pháp sol-gel. - Intensity (counts)wavelength (nm)3.2 Hình 3.19: Phổ PL của các mẫu Nhận xét: Mẫu Zn2SiO4:Mn tổng hợp theo phương pháp sol-gel có điều chỉnh pH bằng HCl có độ phát quang lớn nhất. - Mẫu có bổ sung ure có cường độ phát quang thấp nhất. - Cường độ phát quang của mẫu Zn2SiO4 được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa có cường độ thấp hơn mẫu được tổng hợp theo phương pháp sol gel. - Như vậy đề tài đã bước đầu nghiên cứu, nâng cao được cường độ phát quang của kẽm silicat kích hoạt bởi mangan theo phương pháp sol-gel. - Bước đầu đã tổng hợp thành công chất phát quang kẽm silicat theo phương pháp sol gel có thêm ure hay axit citric và theo phương pháp đồng kết tủa. - Chất phát quang được tổng hợp theo phương pháp sol gel ở pH = 2-3 có độ phát quang cao hơn cả
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt