Nghiên cứu cấu trúc và tính chất huỳnh quang của vật liệu nano ZNO:ER3+ ứng dụng trong việc phát ánh sáng màu đỏ

- Phan Bớch Ngc Phan Bớch Ngc Nghiên cứu cấu trúc và tính chất huỳnh quang của vật liệu nanô zno : er3+ ứng dụng trong việc phát ánh sáng mầu đỏ VẬT LIỆU ĐIỆN-ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HC CHUYấN NGHÀNH: KHOA HC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ Hà Ni – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- Phan Bớch Ngc Nghiên cứu cấu trúc và tính chất huỳnh quang của vật liệu nanô zno : er3+ ứng dụng trong việc phát ánh sáng mầu đỏ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HC CHUYấN NGHÀNH: KHOA HC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯNG DẪN: TS.
- Trần Ngọc Khiờm Hà Ni – 2011 Lun văn thc sĩ 1MC LC LỜI CM N Error! Bookmark not defined.
- Gii thiu về huỳnh quang I.1.1.
- Vt liu huỳnh quang I.1.2.
- Vt liu huỳnh quang cú cu trỳc nano I.2.
- Cu trỳc tinh thể ZnO I.2.2.
- Tớnh cht ca vt liu ZnO I.2.4.
- Cu trỳc và tớnh cht ca vt liu nano ZnO I.2.5.
- Tớnh cht quang ca ZnO I.3.
- S dp tắt huỳnh quang I.3.4.
- Cỏc phng phỏp ch to vt liu nano ZnO.....Error! Bookmark not defined.
- Phng phỏp nhit thy phõn II.1.2.
- Phng phỏp solgel II.2.
- Phng phỏp thc nghim ch to II.2.1.
- Mt s phng phỏp nghiờn cứu vt liu....Error! Bookmark not defined.
- Lun văn thc sĩ 2II.2.2.1.
- Phng phỏp ph nhiu x tia X (XRD II.2.2.2.
- Phng phỏp nghiờn cứu hỡnh thỏi bề II.2.2.3.
- Phng phỏp ph huỳnh quang (PL II.2.2.4.
- Phng phỏp ph kớch thớch huỳnh quang (PLE CHƯNG III.
- Kho sỏt cu trỳc và tớnh cht ca ZnO dng ht III.1.1.
- Kt qu đo ph huỳnh quang III.2.
- Kho sỏt cu trỳc và tớnh cht ca vt liu ZnO:Eu III.2.1.
- Kt qu đo ph huỳnh quang III.2.4.
- Kt qu nghiờn cứu ph huỳnh quang ca cỏc mu ht ZnO:Eu3+ đó xử lý nhit III.2.5.
- Kt qu nghiờn cứu ph huỳnh quang ca cỏc mu ht ZnO:Eu3+ phõn tỏn trờn nền silica TÀI LIỆU THAM KHO Lun văn thc sĩ 3DANH MỤC CÁC CH VIT TT Ch vit tt Ting Anh Ting vit XRD SEM PL UV X-rayDiffraction ScanningElectron Microscopy Photoluminescence Ultraviolet Ph nhiu x tia X Hiển vi đin tử quột Ph huỳnh quang Tử ngoi Lun văn thc sĩ 4DANH MỤC CÁC BNG BIU Bng 1.1.
- Mối quan hệ giữa số nguyờn tử bề mặt và kớch thước của ht Bng 1.2.
- Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phõn tỏn SiO Bng 2.5.
- Hệ mẫu màng ZnO:Eu3+:SiO Bng 3.1.
- a) Cấu trỳc lục giỏc wurtzite của ZnO Hỡnh 1.3: Mụ hỡnh cấu trỳc lập phương gi kẽm Hỡnh 1.4.
- Vựng Brillouin đối với mng tinh thể wurtzite Hỡnh 1.6 Cấu trỳc đối xứng vựng năng lượng của ZnO Hỡnh 1.8.
- nh cỏc hỡnh thỏi khỏc nhau của ZnO cú cấu trỳc nano Hỡnh 1.10.
- nh TEM của cỏc cấu trỳc nanowires Hỡnh 1.11.
- Hỡnh 1.12.
- Phổ huỳnh quang của dõy nano Hỡnh 1.13.
- Cỏc hàm súng 5s, 5p và 4f của ion Ce Hỡnh 1.14.
- Sơ đồ mức năng lượng của cỏc điện tử 4f bị tỏch do tương tỏc với trường tinh thể của mng nền Hỡnh 1.15: Sự phỏt triển huỳnh quang khi nồng độ pha tp thấp (a và sự dập tắt huỳnh quang do pha tp với nồng độ cao (b Hỡnh 1.16.
- nh ht nano ZnO:Eu3+ sau khi chế to Hỡnh 2.6.
- Sơ đồ chế to ht nano ZnO: Eu3+phõn tỏn SiO Hỡnh 2.7.
- Sơ đồ chế to màng nano ZnO: Eu3+phõn tỏn SiO Hỡnh 2.7.
- nh chụp mỏy đo SEM Hỡnh 2.10.
- Sơ đồ khối hệ đo huỳnh quang Hỡnh 2.9.
- Nguyờn lý phỏt huỳnh quang Lun văn thc sĩ 6Hỡnh 2.11.
- (a) (b) Hệ đo huỳnh quang thực nghiệm.
- Phổ XDR của màng nano ZnO:Eu3+:SiO Hỡnh 3.8.
- nh SEM của màng ZnO:1%Eu3+:SiO Hỡnh3.11.
- nh SEM của màng ZnO:2%Eu3+:SiO Hỡnh3.12 nh SEM Màng ZnO:2E%u3+:SiO Hỡnh 3.13.
- Phổ huỳnh quang của cỏc mẫu ht ZnO:Eu với nồng độ pha tp Eu3+ khỏc nhau Hỡnh 3.14.
- Phổ huỳnh quang của cỏc mẫu ht ZnO:Eu3+ với nồng độ pha tp Eu3+ khỏc nhau xử lý nhiờt 11000C trong 2h Hỡnh 3.15.
- Phổ huỳnh quang của cỏc mẫu ht ZnO:Eu3+ với nồng độ pha tp Eu3+ khỏc nhau xử lý nhiờt 11000C trong 10h Hỡnh 3.16.
- Quỏ trỡnh truyền năng lượng từ ZnO tới ion Eu Hỡnh 3.17.
- Phổ huỳnh quang của mẫu ht ZnO:Eu3+_SiO2.
- Hỡnh 3.18.
- Phổ huỳnh quang của cỏc mẫu ht ZnO:Eu3+_SiO đó xử lý ở 9000C trong 1h.
- Hỡnh 3.19.nh SEM của màng ZnO:Eu3+:SiO2 Khi thay đổi tỉ lệ Eu Lun văn thc sĩ 7MỞ ĐU ZnO là vt liu bỏn dn đang đc nghiờn cứu rng rói trong nhng năm gần đõy.
- Vt liu bỏn dn này thuc nhúm AII-BVI vựng cm thẳng (Khong 3.37eV.
- Hin nay vt liu ZnO cú cu trỳc nano đang đc tp trung nghiờn cứu vi hi vọng trong tng lai nú s cho phộp ch to mt th h mi cỏc linh kin cú nhiều tớnh cht u vit so vi cỏc mu  dng khi.
- S lng cỏc cụng b khoa học về cụng ngh ch to và tớnh cht vt lý ca vt liu này ngày càng cao c trờn cỏc tp chớ cũng nh cỏc hi nghi Quc t.
- Đặc bit, ZnO là mt mụi trng tt để pha tp cỏc tõm phỏt huỳnh quang ion đt him nh Eu3+, Tb3+…để cú đc vt liu phỏt quang vi cỏc bc súng phỏt x khỏc nhau.
- Tuy nhiờn tớnh cht quang ca cỏc tp cht pha tp vào mng nền ZnO và cỏc c ch truyền năng lng trong vt liu nano ZnO pha tp đt him thỡ hin nay cha đc nghiờn cứu làm sỏng t.
- ễxớt ca cỏc nguyờn t đt him nh europium cú rt nhiều tớnh cht quan trọng và ứng dng trong lĩnh vc quang đin, cỏc linh kin nh dn súng quang, lọc quang, khuch đi quang.
- xa hn na vt liu pha tp cỏc nguyờn t đt him (vt liu phospho) thỡ đc ứng dng rng rói trong vic ch to cỏc màn hỡnh hiển thị và cỏc đốn huỳnh quang.
- Eu3+ khi pha tp vào trong vt liu cú mt s đỉnh phỏt x trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thy do vy rt thớch hp ứng dng ch to cỏc linh kin đin huỳnh quang trong vựng nhỡn thy Vic nghiờn cứu vt liu ZnO: Eu3+ đó đc nhiều phũng thớ nhim trờn th gii tin hành nghiờn cứu nhằm tỡm ra cỏc điều kin ti u để đa vào ứng dng.
- thi gian  và nng đ ca cỏc cht pha tp nhằm ch to đc vt liu ZnO: Eu3+ cú cht lng tt nht.
- Vỡ nhng u điểm ca vt liu cũng nh cỏc lý do kể trờn nờn tụi chọn đề tài: NGHIấN CỨU CU TRÚC VÀ TÍNH CHT HUǵNH QUANG CA VT LIU NANễ ZnO : Eu3+ ỨNG DỤNG TRONG VIC PHÁT ÁNH SÁNG MÀU ĐỎ.
- Da trờn vt liu nền ZnO ch to đc để pha tp Eu3+ và tin hành phõn tỏn trong SiO2 qua đú kho sỏt nghiờn cứu để đa ra nhng nhn định về cng đ phỏt quang ca ZnO:Eu3+ và ZnO:Eu3+ phõn tỏn trong SiO2 .
- Phng phỏp thc nghim: Trỡnh bày về cụng ngh ch to ht nano ZnO, ZnO:Eu3+ và ZnO:Eu3+ phõn tỏn trong SiO2, ch to màng ZnO:Eu3+:SiO2, cỏc kỹ thut thc nghim để kho sỏt tớnh cht cu trỳc và tớnh cht quang ca vt liu.
- Lun văn thc sĩ 9CHƯNG 1.
- Vật liệu huỳnh quang Cú rt nhiều vt liu khi đc kớch thớch cú kh năng phỏt quang.
- Vt liu huỳnh quang đú là nhng vt liu phỏt quang cú kh năng bin đi năng lng mà nú hp th thành cỏc photon ỏnh sỏng tức cỏc bức x đin từ nằm trong vựng tử ngoi, vựng nhỡn thy, hoặc vựng hng ngoi.
- Để vt liu phỏt huỳnh quang, cú rt nhiều cỏch kớch thớch khỏc nhau, tựy theo c ch kớch thớch mà ta cú cỏc loi huỳnh quang nh: Quang huỳnh quang đc kớch thớch bi bức x đin từ, đin huỳnh quang đc kớch thớch bi đin trng… Cỏc vt liu huỳnh quang tn ti  nhiều dng khỏc nhau nh: cỏc nguyờn tử đc lp (Ne, Hg.
- Vật liệu huỳnh quang cú cấu trỳc nano Vt liu cú cu trỳc nano núi chung, vt liu nano phỏt quang núi riờng (nanophosphor) đang là vn đề đc gii khoa học trờn th gii quan tõm do cú nhiều định hng ứng dng thc t.
- Nhiều tớnh cht ca vt liu ph thuc vào kớch thc ca nú.
- kớch thc nano, cu trỳc tinh thể nh hng đỏng kể bi s nguyờn tử bề mặt, bi hiu ứng lng tử ca cỏc trng thỏi đin tử, do đú vt liu cú cỏc tớnh cht Lun văn thc sĩ 10mi l so vi mu dng khi.
- S khụng hoàn ho ca bề mặt cỏc ht cú tỏc đng đn tớnh cht ca vt liu.
- Đi vi mt ht kớch thc 1 nm, s nguyờn tử nằm trờn bề mặt s là 99%.
- Mi quan h gia s nguyờn tử bề mặt và kớch thc ca ht đc trỡnh bày trong bng I.1.
- S thay đi tớnh cht ca vt liu nano phỏt quang là bc đt phỏ về cụng ngh ứng dng.
- S quan tõm này tp trung vào cỏc tớnh cht quang mi l ca chỳng, đú là hiu ứng kộo dài thi gian phỏt x, hiu ứng lng tử huỳnh quang và hiu ứng dp tắt huỳnh quang.
- Mối quan hệ giữa số nguyờn tử bề mặt và kớch thước của ht.
- ZnO là mt hp cht bỏn dn loi AIIBVI mà cỏc tớnh cht ion ca nú  ranh gii gia bỏn dn liờn kt ion và liờn kt đng hoỏ trị.
- Cỏc cu trỳc ca tinh thể ZnO Cu trỳc lc giỏc wurtzite Cu trỳc lc giỏc wurtzite (hỡnh 1.2a) là mt cu trỳc n định và bền vng ca ZnO  điều kin nhit đ phũng và ỏp sut khớ quyển.
- Mt trong nhng tớnh cht đặc trng ca phõn mng lc giỏc xp chặt là giỏ trị tỷ s cỏc hằng s mng c và a.
- Đi vi mng tinh thể lc giỏc kiểu wurtzite ca ZnO, hai nguyờn tử Zn nằm  vị trớ (0, 0, 0) và và hai nguyờn tử O nằm  vị trớ (0, 0, u) và u) vi u ả 0,345.
- Mi ụ c s Lun văn thc sĩ 12chứa hai phõn tử ZnO.
- Mi nguyờn tử Zn liờn kt vi bn nguyờn tử O, nằm  lõn cn bn đỉnh tứ din.
- Xung quanh mi nguyờn tử cú 12 nguyờn tử lõn cn bc hai, trong đú: 6 nguyờn tử  đỉnh lc giỏc trong cựng mt mặt phẳng vi nguyờn tử ban đầu, cỏch nguyờn tử ban đầu mt khong a và 6 nguyờn tử khỏc  đỉnh lăng tr tam giỏc, cỏch nguyờn tử ban đầu mt khong [1/3 a2 +1/4 c2 ]1/2.
- Khong cỏch gia cỏc mặt phẳng mng cú chỉ s Miller (hkl) trong h lc giỏc Wurzite là: Cu trỳc mng lp phng gi km Đõy cũng là mt trng thỏi cu trỳc gi bền ca ZnO (hỡnh 1.3) nhng xut hin  nhit đ cao.
- Mi ụ c s chứa 4 phõn tử ZnO vi cỏc to đ ca 4 nguyờn tử Zn là ẵ, ẵ), (ẵ, 0, ẵ.
- ẵ, ẵ, 0) và to đ ca 4 nguyờn tử O là: (ẳ, ẳ, ẳ.
- Lun văn thc sĩ 13ắ), (ắ, ắ, ẳ.
- Trong cu trỳc này, mt nguyờn tử bt kỡ đc bao bọc bi 4 nguyờn tử khỏc loi.
- Mi nguyờn tử O đc bao quanh bi bn nguyờn tử Zn nằm  đỉnh ca tứ din cú khong cỏch 3a/2, vi a là hằng s ca mng lp phng.
- Mi nguyờn tử Zn (O) cũn đc bao bọc bi 12 nguyờn tử cựng loi, chỳng là lõn cn bc hai, nằm ti khong cỏch a /2.
- Mi ụ c s gm 4 phõn tử ZnO (hỡnh 1.4a).
- Vị trớ ca cỏc nguyờn tử Zn trong ụ c s là ẵ, ẵ, 0.
- Hỡnh 1.3: Mụ hỡnh cu trỳc lp phng gi km.Zn2+ O2- Lun văn thc sĩ 14 Hỡnh 1.4.
- Cu trỳc mng tinh thể lp phng 1.2.2.
- Cu hỡnh đỏm mõy đin tử ca nguyờn tử O là: 1s22s22p4 và ca Zn là: 1s22s22p63s23p63d104s2

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt