Đặc trưng phát quang của vật liệu Bamgal10o17: eu2+ chế tạo bằng phương pháp nổ

Vật liệu phát quang màu xanh BaMgAl10O17: Eu2+ (3 %mol) được chế tạo bằng phương pháp nổ dung dịch urê-nitrat, sử dụng chất khử urê, nung ở nhiệt độ thấp. Các kết quả XRD, SEM cho thấy mẫu có cấu trúc lục giác và kích thước hạt cỡ nanomet. Phổ bức xạ của BaMgAl10O17: Eu2+ là một dải rộng có cực đại ở 453 nm do chuyển dời của cấu hình điện tử từ 4f 6 5d-4f 7 của ion Eu2+ trong mạng nền. Thời gian sống huỳnh quang của mẫu vào khoảng 1200 ns và bước sóng kích thích tối ưu 303 nm. Năng lượng kích hoạt thu được từ việc thực hiện phân tích đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đặc trưng phát quang của vật liệu Bamgal10o17: eu2+ chế tạo bằng phương pháp nổTẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Tập 74A, Số 5, (2012), 121-127ĐẶC TRƯNG PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17: Eu2+CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔNguyễn Mạnh Sơn, Hồ Văn Tuyến, Phạm Nguyễn Thùy Trang, Võ Thị Hồng AnhTrường Đại học Khoa học, Đại học HuếTóm tắt. Vật liệu phát quang màu xanh BaMgAl10O17: Eu2+ (3 %mol) được chế tạo bằngphương pháp nổ dung dịch urê-nitrat, sử dụng chất khử urê, nung ở nhiệt độ thấp. Các kếtquả XRD, SEM cho thấy mẫu có cấu trúc lục giác và kích thước hạt cỡ nanomet. Phổ bứcxạ của BaMgAl10O17: Eu2+ là một dải rộng có cực đại ở 453 nm do chuyển dời của cấu hìnhđiện tử từ 4f65d-4f7 của ion Eu2+ trong mạng nền. Thời gian sống huỳnh quang của mẫu vàokhoảng 1200 ns và bước sóng kích thích tối ưu 303 nm. Năng lượng kích hoạt thu được từviệc thực hiện phân tích đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu.1. Mở đầuTrong những năm gần đây, vật liệu phát quang màu xanh có độ chói caoBaMgAl10O17: Eu2+ (BAM: Eu2+) đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhàkhoa học. Đây là hệ vật liệu được sử dụng trong các thiết bị hiện đại như đèn huỳnhquang ba màu, màn hình PDPs, LCD, LED [1, 2]. Các nghiên cứu về phát quang, nhiệtphát quang và cấu trúc của vật liệu này đã được trình bày trong nhiều báo cáo. Vật liệuBAM: Eu2+ phát quang với bức xạ màu xanh có cực đại vào khoảng 450 nm là dochuyển dời 4f65d –4f7 của ion Eu2+ [3, 4]. Ion Eu2+ pha tạp vào trong mạng nền có thểchiếm ở ba vị trí khác nhau: BR, aBR và mO [5, 6]. Nhiều phương pháp khác nhauđược sử dụng để tổng hợp hệ vật liệu này như: phương pháp phản ứng pha rắn, phươngpháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp nổ,.. Trong đó, phương pháp nổcó ưu điểm về khả năng hạ thấp nhiệt độ nung cũng như quy trình đơn giản và thời gianthực hiện ngắn [7]. Báo cáo này trình bày phương pháp nổ chế tạo vật liệu BAM: Eu2+và nghiên cứu các đặc trưng phát quang của vật liệu một cách hệ thống.2. Thực nghiệmVật liệu BAM: Eu2+ được chế tạo bằng phương pháp nổ dung dịch urê-nitrat,xuất phát từ các muối nitrat ban đầu: Ba(NO3)2, Mg(NO3)2.6H2O, Al(NO3)3.9H2O vàEu2O3, trong đó Eu2O3 được nitrat hóa để thu được Eu(NO3)3. Khối lượng các nitrat kimloại được cân theo tỷ lệ hợp thức. Một lượng B2O3 chiếm 5% khối lượng sản phẩmđược thêm vào đóng vai trò làm chất chảy nhằm hạ nhiệt độ tạo pha. Urê được đưa vàotrong hỗn hợp dung dịch nhằm tạo ra nhiên liệu cháy đồng thời là chất khử trong quátrình nổ. Lượng urê thêm vào được tính từ tỷ số oxi hóa khử của các chất, lượng urê sử121122Đặc trưng phát quang của vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+…dụng là 60 lần số mol sản phẩm. Qui trình công nghệ đã được trình bày [8]. Mẫu sau khichế tạo được nghiền mịn và thực hiện một số phép phân tích cấu trúc: XRD, SEM, đồngthời thực hiện các phép phân tích quang phổ: phổ quang phát quang, phổ kích thích phátquang, đường cong suy giảm huỳnh quang và đường cong nhiệt phát quang nhằm khảosát đặc trưng phát quang của vật liệu.3. Kết quả và thảo luậnCấu trúc vật liệu BAM: Eu2+ được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X,kết quả được trình bày trên hình 1. Giản đồ XRD của mẫu xuất hiện các vạch đặc trưngcủa pha BaMgAl10O17 với cấu trúc lục giác, bên cạnh đó không quan sát thấy sự tồn tạicác pha lạ trên giản đồ. Như vậy, điều kiện công nghệ như đã trình bày phù hợp để chếtạo thành công vật liệu BAM: Eu2+ đơn pha.Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của BAM: Eu2+(3 %mol)Hình 2. Ảnh SEM của mẫu BAM: Eu2+NGUYỄN MẠNH SƠN và cs.§êng thùc nghiÖm§êng lµm khÝt(1) §Ønh Gauss 1(2) §Ønh Gauss 2(3) §Ønh Gauss 3453 nm(1)IPL (§vt®)1.5123452 nm1.0(2)(3)480 nm0.5503 nm0.0400450500550600650Bíc sãng (nm)Hình 3. Phổ phát quang của mẫu BAM: Eu2+ làm khít với ba đỉnh hàm GauxơHình 2 là ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu BAM: Eu2+. Từ ảnh SEM cho thấy,vật liệu kết tinh tốt, bề mặt sạch, dạng đĩa hoặc dạng thanh, có kích thước cỡ 70 nm.Phổ phát quang của vật liệu kích thích bằng bức xạ có bước sóng 365 nm đượctrình bày trên hình 3. Phổ phát quang có dạng một dải rộng, cực đại đỉnh tại bước sóng453 nm đặc trưng cho chuyển dời từ trạng thái kích thích 4f65d về trạng thái cơ bản 4f7của ion Eu2+ trong mạng nền.Không quan sát thấy các vạch bức xạ đặc trưng của Eu3+, điều này chứng tỏ rằngtạp Europium vào trong mạng nền sẽ tồn tại ở dạng Eu2+ và đóng vai trò là tâm phátquang. Các nghiên cứu trước đây cho thấy [5, 6], ion Eu2+ khi pha tạp vào mạng nền sẽcó khả năng chiếm ở ba vị trí khác nhau: BR, aBR và mO. Vì vậy phổ phát quang củamẫu đã được tiến hành làm khít với tổ hợp ba đỉnh Gauxơ. Kết quả làm khít được chỉ ratrên hình 3. Phổ phát quang sau khi làm khít gồm có ba đỉnh với cực đại tại các bướcsóng 452, 480 và 503 nm (lần lượt được gọi là đỉnh I1, I2 và I3). Đường làm khít bằng lýthuyết hoàn toàn trùng khớp với kết quả thực nghiệm thu được. Trong đó, đỉnh I1 cócường độ mạnh nhất, cường độ ...