Tên luận án:
CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC VẬT LIỆU NANO Ln3PO7 (Ln=La, Gd) PHA TẠP ION Eu3+
Ngành:
VẬT LIỆU QUANG HỌC, QUANG ĐIỆN TỬ VÀ QUANG TỬ (Mã số: 9 44 01 27)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào việc chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các vật liệu nano Ln3PO7 (Ln=La, Gd) pha tạp ion Eu3+. Các vật liệu phát quang trên nền phosphate pha tạp ion đất hiếm, đặc biệt là các hệ dựa trên La3+ và Gd3+, đang thu hút sự quan tâm lớn nhờ các đặc tính hấp dẫn như hiệu ứng phát xạ dài, dập tắt huỳnh quang thấp theo nhiệt độ và hiệu suất lượng tử cao. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về vật liệu Ln3PO7:Eu còn hạn chế, đặc biệt tại Việt Nam.
Đề tài đã chế tạo thành công vật liệu nano phát quang La3PO7:Eu3+ và Gd3PO7:Eu3+ bằng phương pháp phản ứng nổ sử dụng urea làm nhiên liệu. Quy trình tổng hợp mẫu đã được xây dựng, cho ra các hạt vật liệu có cấu trúc monoclinic, dạng tựa cầu với kích thước trung bình 20-30 nm, phù hợp cho nghiên cứu quang phổ. Các kết quả phân tích phổ huỳnh quang và thời gian sống huỳnh quang cho thấy ion Eu3+ chiếm ít nhất hai vị trí khác nhau trong mạng nền. Hiện tượng dập tắt huỳnh quang xảy ra khi nồng độ Eu3+ vượt quá 5 mol%, với cơ chế tương tác trao đổi là chủ yếu. Luận án cũng đã xác định được thời gian sống thực nghiệm và quan sát hiệu ứng tương tác điện tử - phonon trong vật liệu La3PO7:5%Eu3+.
Lần đầu tiên, tính chất quang học của bốn loại vật liệu trong hệ mạng nền Ln2O3-P2O5 (Ln = La, Gd) pha tạp Eu3+ được so sánh bằng lý thuyết Judd-Ofelt. Các thông số cường độ Ω2,4 xác định độ bất đối xứng của trường phối tử và độ đồng hóa trị của liên kết RE3+-ligand, cho thấy giá trị cao hơn ở La3PO7:Eu3+ và Gd3PO7:Eu3+ so với các vật liệu khác trong cùng hệ mạng nền, mặc dù "độ cứng" môi trường xung quanh ion Eu3+ thấp hơn. Hiệu suất lượng tử và tỉ số phân nhánh của chuyển dời 5D0-7F2 của La3PO7:5%Eu3+ và Gd3PO7:5%Eu3+ đều cao, thích hợp cho ứng dụng chiếu xạ ánh sáng đỏ. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc đồng pha tạp ion Bi3+ giúp cải thiện đáng kể cường độ huỳnh quang thông qua sự truyền năng lượng cộng hưởng từ Bi3+ sang Eu3+.
Mục lục chi tiết:
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
- 1.1 Vật liệu nano: Giới thiệu về vật liệu nano và hai phương pháp chính để chế tạo vật liệu nano.
- 1.2 Vật liệu huỳnh quang: Giới thiệu về quá trình truyền năng lượng.
- 1.3 Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm
- Giới thiệu cấu tạo lớp vỏ điện tử của ion đất hiếm hóa trị III, các ion cho phát xạ mạnh trong vùng khả kiến và các ion cho phát xạ trong vùng hồng ngoại.
- Giới thiệu sơ lược về mức năng lượng 4f, đặc trưng cho mỗi ion thuộc họ lanthanide
- Giới thiệu các chuyển dời hấp thụ quang học trong vùng năng lượng của các mức 4f, đặc trưng của ion đất hiếm Gd3+, Eu3+.
- Giới thiệu cơ chế dập tắt huỳnh quang do nồng độ
- 1.4 Lý thuyết Judd-Ofelt: Trình bày cách xác định thông số cường độ Ω các chuyển dời quang học của ion Eu3+ và cách xác định các thông số phát xạ
- 1.5 Tổng quan về vật liệu Ln3PO7
- Trình bày ảnh hưởng của mạng chủ lên tính chất huỳnh quang của ion Eu3+. Ở trong các mạng chủ khác nhau, các tính chất quang học của tâm phát xạ này cũng khác nhau bởi vì môi trường xung quanh của tâm huỳnh quang có sự thay đổi.
- Giới thiệu các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về hai vật liệu La3PO4:Eu3+ và Gd3PO7:Eu3+.
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
- 2.1 Phương pháp chế tạo vật liệu Ln3PO7:Eu3+ (Ln=La, Gd)
- Đánh giá ưu và nhược điểm của một số phương pháp như: phương pháp phản ứng pha rắn, phương pháp sol-gel, phương pháp thủy nhiệt, phương pháp thủy nhiệt.
- Giới thiệu về phương pháp phản ứng nổ. sử dụng urea làm nhiên liệu.
- 2.2 Chế tạo vật liệu Ln3PO7:Eu3+ (Ln=La, Gd) bằng phương pháp phản ứng nổ
- 2.3 Các phương pháp xác định cấu trúc, vi hình thái và tính chất quang của vật liệu
- Xác định cấu trúc, vi hình thái: giới thiệu các phương pháp XRD, FT-IR, SEM, TEM.
- Xác định tính chất quang: Phương pháp phổ huỳnh quang, phương pháp xác định thời gian sống huỳnh quang.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO Gd3PO7:Eu3+
- 3.1. Cấu trúc, hình thái của vật liệu Gd3PO7:Eu3+
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO La3PO7:Eu3+