Tên luận án:
TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỆ VẬT LIỆU NANO LnVO4, LnPO4 (Ln = Y, Gd) PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM VÀ Bi (III), ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU HUỲNH QUANG BẢO MẬT
Ngành:
Hóa Vô Cơ
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Vật liệu nano phát quang ngày càng thu hút sự chú ý nhờ các tính chất đặc biệt và tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như máy dò quang học, laze, cảm biến, kỹ thuật siêu âm, chất phát quang, kỹ thuật hiển thị hình ảnh, pin mặt trời, quang xúc tác, quang hóa và y sinh. Trong số các mạng chủ có thể pha tạp ion đất hiếm, vanadat (LnVO4) và phosphat (LnPO4) nổi bật với độ bền cơ học cao. Luận án này tập trung vào các vật liệu nền photphat và vanadat của Y(III) và Gd(III) do có nhiều đặc tính thú vị, với các ion đất hiếm Eu(III) và Tb(III) được lựa chọn làm chất pha tạp để tạo ra các màu phát xạ khác nhau (đỏ từ Eu(III) và xanh từ Tb(III)). Ion Bi(III) cũng được nghiên cứu với vai trò tăng nhạy cho phát xạ của Eu(III) và Tb(III).
Đề tài “Tổng hợp, nghiên cứu tính chất quang của hệ vật liệu nano LnVO4, LnPO4 (Ln=Y, Gd) pha tạp ion đất hiếm và Bi(III), định hướng ứng dụng đánh dấu huỳnh quang bảo mật” được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu và tìm ra điều kiện tối ưu để tổng hợp các vật liệu này nhằm nâng cao đặc tính phát quang, hướng tới ứng dụng đánh dấu huỳnh quang bảo mật. Các nhiệm vụ chính bao gồm: tổng hợp vật liệu nano phát quang pha tạp ion đất hiếm và Bi(III) bằng phương pháp phản ứng nổ; nghiên cứu cấu trúc, hình thái và tính chất quang của vật liệu; khảo sát và tối ưu hóa điều kiện chế tạo bằng cách thay đổi nhiệt độ và nồng độ pha tạp.
Luận án đã tổng hợp thành công 9 loại vật liệu (GdPO4:Eu, YPO4:Eu, Y1-xGdxPO4:5%Eu, GdVO4:Eu, YVO4:Eu, YP1-xVxO4:Eu, GdPO4:Tb, YPO4:Tb và GdPO4:Tb, Eu) bằng phương pháp phản ứng nổ sử dụng urea làm tác nhân khử. Cấu trúc tinh thể và hình thái học của các vật liệu được nghiên cứu bằng các phương pháp XRD, FT-IR, SEM, TEM, HR-TEM, đạt yêu cầu đề ra. Tính chất quang của vật liệu được phân tích thông qua phổ huỳnh quang, thời gian sống và tỉ số phân nhánh, nhằm định hướng ứng dụng quang học. Đặc biệt, luận án đã chứng minh hiệu ứng tăng cường phát quang của ion Bi(III). Cụ thể, khi đồng pha tạp 3 mol% Bi(III), cường độ phát xạ đỏ của GdVO4:5%Eu tăng gấp 3,7 lần với hiệu suất lượng tử trên 60%. Đối với GdPO4:10%Tb, đồng pha tạp 4 mol% Bi(III) cải thiện cường độ phát xạ xanh lá cây lên 3 lần. Vật liệu GdVO4:5%Eu,3%Bi được chọn để định hướng ứng dụng phát xạ đỏ vào in tem bảo mật.
Mục lục chi tiết:
- Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt, danh mục các bảng, danh mục các hình ảnh và hình vẽ, danh mục các công trình đã công bố liên quan đến luận án, và tài liệu tham khảo, nội dung luận án được trình bày trong 3 chương:
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu nano LnPO4, LnVO4 (Ln=Y, Gd) pha tạp ion đất hiếm
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
- 1.1 Tổng quan về vật liệu huỳnh quang
- 1.1.1 Quá trình hấp thụ năng lượng kích thích của các vật liệu huỳnh quang
- 1.1.2 Sơ đồ mức năng lượng của các ion đất hiếm (4f")
- 1.1.3 Các chuyển dời phát xạ và không phát xạ của ion đất hiếm
- 1.2 Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm
- 1.2.1 Vật liệu nano phát quang nền YVO4
- 1.2.2 Vật liệu nano nền YPO4
- 1.2.3 Vật liệu nano nền YPVO4
- 1.2.4 Vật liệu nano phát quang nền GdPO4
- 1.2.5 Vật liệu nano phát quang nền GdVO4
- 1.3 Giới thiệu các phương pháp chế tạo vật liệu
- 1.3.1 Phương pháp đồng kết tủa
- 1.3.2 Phương pháp mixen đảo
- 1.3.3 Phương pháp sol- gel
- 1.3.4 Phương pháp thủy nhiệt
- 1.3.5 Phương pháp phản ứng nổ
- 1.4. Mực in bảo mật chứa ion đất hiếm
- 1.4.1 Giới thiệu về mực in bảo mật có thành phần là ion đất hiếm
- 1.4.2 Thành phần của mực in bảo mật chứa ion đất hiếm
- 1.4.3 Ứng dụng vật liệu phát quang vào in bảo mật
- CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- 2.1 Chế tạo vật liệu
- 2.1.1 Chế tạo vật liệu nano phát quang orthophotphat
- 2.1.2 Chế tạo vật liệu nano phát quang orthovanadat
- 2.2 Các phương pháp xác định cấu trúc, vi hình thái và tính chất quang của vật liệu.
- 2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt
- 2.2.2 Phương pháp phổ hồng ngoại
- 2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X
- 2.2.4 Nghiên cứu vi hình thái bằng hiển vi điện tử quét (SEM)
- 2.2.5 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
- 2.2.6 Phương pháp phổ kích thích huỳnh quang
- 2.2.7 Phương pháp phổ huỳnh quang
- 2.2.8 Phương pháp xác định thời gian sống huỳnh quang
- CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO LnPO4, LnVO4 (Ln=Y, Gd) PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM
- 3.1 Vật liệu LnPO4:Eu (Ln=Y, Gd)
- 3.1.1 Cấu trúc, hình thái của vật liệu
- 3.2 Vật liệu LnVO4:Eu
- 3.2.1 Cấu trúc, hình thái của vật liệu
- 3.2.2 Tính chất quang của vật liệu
- 3.3 Vật liệu LnPO4:Tb, Eu (Ln=Y, Gd)
- 3.3.1 Cấu trúc, hình thái của vật liệu
- 3.4 Ảnh hưởng của bitmut đến tính chất quang của vật liệu
- 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của bitmut đến cường độ phát xạ của vật liệu GdVO4:Eu
- 3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bitmut đến cường độ phát xạ của vật liệu GdPO4:Tb