Luận văn nghiên cứu cấu trúc và tính chất huỳnh quang của vật liệu nano zno er3 Ứng dụng trong việc phát Ánh sáng màu Đỏ

Trong luận văn nảy chung tôi đề xuất nghiên cửu chế tạo vật liêu nano ZnO pha tạp ion Eu" và nghiên cứu các điểu kiện công nghệ như nhiệt độ ủ, thời gian ủ và nông độ của các chất pha t

Phan Bich Ngoc

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHAT HUYNH QUANG CUA VAT LIỆU NANÔ Zn0 : Er* ỨNG DỤNG TRONG

VIỆC PHÁT ÁNH SÁNG MẦU ĐỎ

._ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGHANH: KHOA HOC VA KY THUAT VAT LIEU DIEN TU

Phan Bich Ngoc

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG

CUA VAT LIEU NANO Zn0 : Er"' UNG DUNG TRONG

VIỆC PHÁT ÁNH SÁNG MẦU ĐỎ

CHUYỂN NGHẢNII: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẶT LIỆU ĐIEN TỜ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN T8 Trần Ngọc Khiêm

TH Nội -2011

MUC LUC

LOI CAM ON Error! Bookmark not defined

12.4 Cầu trúc và tính chất của vật liệu nano Zn© 17

13.1 Câu trúc điện tử các nguyên tổ đất hiểm 22

13.3 Đặc tính quang của ion đất hiềm iQ

13.3.1 Sự phát xạ của ion đất hiểm 28

1.3.3.2 Các dịch chuyển phát xạ và không phát xa của ion đất hiểm 29

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM - 5226 36 II.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano ZnO Error! Bookmark not đefined 1I.1.1 Phương pháp nhiệt thủy phân - 2222211110126 „3ƒ

11.2 Phuong phap thwre nghiém ché tao~~ a

Hình 2.11 (a) (b) Hệ đo huỳnh quang thực nghiêm

Hình 3.3 Ảnh FESBM của mẫu hại ZnO thủy nhiệt 9?Cirong 10h

Hình 3.3 Anh FESEM cita mau hat ZnO thiy nhiét 90°C trong Sh

Hình 3.4 Ảnh EBSEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 9PC trong 3h

Hình 3.5 Ảnh FESEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 90C trong Ih

Hình 3.7 Phỗ.XDR của vật liệu nano ZnO:Eu"

Hình 3.8 Phổ.XDR của màng nano ZnO:BuÈ`:§¡Ô:

Hinh 3.8 Anh SEM của vật liêu nano ZnO:394Bw`"

Hinh 3.9, Anh SEM của vật liệu nano ZnO: 594Eu`”

Hình3 10 Anh SEM của mang ZnO: 1%Eu*:SiO>

Hình3 11 Ảnh SEM của màng ZnO:29%Eu`":S¡O:

Hinh3.12 Anh SEM Mang ZnO: 2EY%u**:SiO>

Hình 3.13 Phổ huỳnh quang của các mẫu hat ZnO-Bu*

với nông độ pha tạp Eu”` kháe nhau 62

Tình 3.14 Phố huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Eu`" với nông độ

pha tạp EuŸ" khác nhau xử lý nhiềt 1100°C trong 2h

Hình 3.15 Phổ huỳnh quang của các mẫu bạt ZnO:Eu`” với nông độ

pha tạp EuÈ" khác nhau xứ lý nhiệt 11002C trong 10h

Hình 3.16 Quá trình truyền năng lượng từ ZnO tới ion EuŸ”

Hình 3.17 Phố huỳnh quang của mẫu hạt ZnO:Eu`"_§¡O,,

Hình 3.18 Phổ huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Bu`"_S¡O;

đã xử lý ở 90C trong 1h

Hinh 3.19 Anh SEM cita mang ZnO:EưỶ

:S¡O; Khi thay đổi ti lé Bu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỎ THỊ Hình 1.1 Các cẩu trúc của tình thể ZnO

Hinh 1.2 a) Cau trúc luc gide wurtzite cita ZnO

Hinh 1,3: Mé hinh edu trúc lập phương giả kẽm

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tình thể lập phương

Hình 1.5 Vùng Brillouin đối với mạng tình thể wurtzite

Hình 1.6 Cầu trúc đổi xứng vùng năng lượng của ZnO

Hình 18 Phổ.XDR của vật liệu nano ZnO(27J

Hình 1.9 Ảnh các hình thái khác nhau của ZnO có cầu trúc nano

Hinh 1.10 Anh TEM của các cấu trúc nanowires,

Hình 1.11, Anh TEM cita cde nanowires dots [6]

Hình 1.12 Phổ huỳnh quang của đây nano

Hình 1.13 Các hàm sóng 5s, 3p và 4ƒ của ion Ce`”

Hình 1.14 Sơ đồ mức năng lương của các điện tử 4ƒ bị tách

(lo tương táe với trường tỉnh thể của mạng nên

Hình 1 15: Sự phát triển huỳnh quang khi nông độ pha tạp thấp (a)

và sự dập tắt huỳnh quang do pha tạp với nông độ eao (È) -.-. c-: Hình 1 16 Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyên quang trong ion Euâ+

Hình 2.1 Các sản phẩm thu được từ phương pháp solgel

Tình 2.1 Máy quay ly tâm (trái) và Máy khuẩy từ(phải)

Hình 2.2 So do ché tao hat nano ZnO

Hinh 2.3 Anh hat nano ZnO sau khi ché tao 8

Hinh 2.4 Anh hat nano ZnO:Eu”” sau khi chế tạo

Hình 2.6 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO: BuỶ phân tán SiO

Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano ZnO: Eu** phan tin SiO>

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của phép phân tích nhiễu xạ tia X

Hinh 2.8 Anh ebup máy do SEM

Hình 2.10 Sơ đề khối hệ đo huỳnh quang

Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang

EuŸ.Việc nghiên cứu chế tạo vả cơ chế truyền năng lượng từ mạng nên sang ion EuŸ" vẫn là một vấn để mới và có tính thời sự cao.Tuy nhiên ở trong nước việc nghiên cứu chế tao cae vat liéu nano ZnO dua trên các vật liệu này vẫn còn là vẫn

đề mới cần được tiếp tục nghiên cứu Trong luận văn nảy chung tôi đề xuất nghiên

cửu chế tạo vật liêu nano ZnO pha tạp ion Eu" và nghiên cứu các điểu kiện công

nghệ như nhiệt độ ủ, thời gian ủ và nông độ của các chất pha tạp nhằm chẻ tạo được

vật liều ZnO: EuỶ" có chất lượng tốt nhất

Vi những ưu điểm của vật liệu cũng như các lý đo kế trên nên tôi chọn đề tải:

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TINH CHAT HUYNH QUANG CUA VAT

LIEU NANO ZnO : Eu* UNG DUNG TRONG VIEC PHAT ANH SANG

MAU DO

Mục liêu của tôi trong luận văn nảy lả chế tạo thành công hạt nanô ZnO từ 10-20nm

Dua trén vat liệu nên ZnO chế tạo được dé pha tap Eu” va tién hanh phan tan

trong SiO› qua đó khảo sát nghiên cứu đề đưa ra những nhận định về cường đô phát

quang cia ZnO:Eu* ya ZnO:Eu™ phan tan trong SiO»

Luận văn này được chia là 3 chương:

Chương] Tông quan

Giới thiệu vẻ vật liêu huỳnh quang, vật liệu ZnO vả các nguyên tổ đất hiểm, các cơ

chế chuyển dịch và phát quang của các ion đất hiểm

Chương 2 Phương pháp thực nghiệm:

Trinh bảy vẻ công nghệ chế tạo hạt nano ZnO, ZnO:Eu™ va ZnO:Eu™ phan tan trong SiO;, chế tạo màng ZnO:Eu"":SiOs, các kỹ thuật thực nghiệm đẻ

khảo sát tính chất câu trúc vả tính chất quang của vật liêu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Trỉnh bảy, phân tích và giải thích những kết quả đã đạt được Từ đỏ đưa ra

luận và đẻ xuất về triển vọng phát triển của vật liệu

EuŸ.Việc nghiên cứu chế tạo vả cơ chế truyền năng lượng từ mạng nên sang ion EuŸ" vẫn là một vấn để mới và có tính thời sự cao.Tuy nhiên ở trong nước việc nghiên cứu chế tao cae vat liéu nano ZnO dua trên các vật liệu này vẫn còn là vẫn

đề mới cần được tiếp tục nghiên cứu Trong luận văn nảy chung tôi đề xuất nghiên

cửu chế tạo vật liêu nano ZnO pha tạp ion Eu" và nghiên cứu các điểu kiện công

nghệ như nhiệt độ ủ, thời gian ủ và nông độ của các chất pha tạp nhằm chẻ tạo được

vật liều ZnO: EuỶ" có chất lượng tốt nhất

Vi những ưu điểm của vật liệu cũng như các lý đo kế trên nên tôi chọn đề tải:

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TINH CHAT HUYNH QUANG CUA VAT

LIEU NANO ZnO : Eu* UNG DUNG TRONG VIEC PHAT ANH SANG

MAU DO

Mục liêu của tôi trong luận văn nảy lả chế tạo thành công hạt nanô ZnO từ 10-20nm

Dua trén vat liệu nên ZnO chế tạo được dé pha tap Eu” va tién hanh phan tan

trong SiO› qua đó khảo sát nghiên cứu đề đưa ra những nhận định về cường đô phát

quang cia ZnO:Eu* ya ZnO:Eu™ phan tan trong SiO»

Luận văn này được chia là 3 chương:

Chương] Tông quan

Giới thiệu vẻ vật liêu huỳnh quang, vật liệu ZnO vả các nguyên tổ đất hiểm, các cơ

chế chuyển dịch và phát quang của các ion đất hiểm

Chương 2 Phương pháp thực nghiệm:

Trinh bảy vẻ công nghệ chế tạo hạt nano ZnO, ZnO:Eu™ va ZnO:Eu™ phan tan trong SiO;, chế tạo màng ZnO:Eu"":SiOs, các kỹ thuật thực nghiệm đẻ

khảo sát tính chất câu trúc vả tính chất quang của vật liêu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Trỉnh bảy, phân tích và giải thích những kết quả đã đạt được Từ đỏ đưa ra

luận và đẻ xuất về triển vọng phát triển của vật liệu

DANH MUC CAC CHU VIET TAT

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ

EuŸ.Việc nghiên cứu chế tạo vả cơ chế truyền năng lượng từ mạng nên sang ion EuŸ" vẫn là một vấn để mới và có tính thời sự cao.Tuy nhiên ở trong nước việc nghiên cứu chế tao cae vat liéu nano ZnO dua trên các vật liệu này vẫn còn là vẫn

đề mới cần được tiếp tục nghiên cứu Trong luận văn nảy chung tôi đề xuất nghiên

cửu chế tạo vật liêu nano ZnO pha tạp ion Eu" và nghiên cứu các điểu kiện công

nghệ như nhiệt độ ủ, thời gian ủ và nông độ của các chất pha tạp nhằm chẻ tạo được

vật liều ZnO: EuỶ" có chất lượng tốt nhất

Vi những ưu điểm của vật liệu cũng như các lý đo kế trên nên tôi chọn đề tải:

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TINH CHAT HUYNH QUANG CUA VAT

LIEU NANO ZnO : Eu* UNG DUNG TRONG VIEC PHAT ANH SANG

MAU DO

Mục liêu của tôi trong luận văn nảy lả chế tạo thành công hạt nanô ZnO từ 10-20nm

Dua trén vat liệu nên ZnO chế tạo được dé pha tap Eu” va tién hanh phan tan

trong SiO› qua đó khảo sát nghiên cứu đề đưa ra những nhận định về cường đô phát

quang cia ZnO:Eu* ya ZnO:Eu™ phan tan trong SiO»

Luận văn này được chia là 3 chương:

Chương] Tông quan

Giới thiệu vẻ vật liêu huỳnh quang, vật liệu ZnO vả các nguyên tổ đất hiểm, các cơ

chế chuyển dịch và phát quang của các ion đất hiểm

Chương 2 Phương pháp thực nghiệm:

Trinh bảy vẻ công nghệ chế tạo hạt nano ZnO, ZnO:Eu™ va ZnO:Eu™ phan tan trong SiO;, chế tạo màng ZnO:Eu"":SiOs, các kỹ thuật thực nghiệm đẻ

khảo sát tính chất câu trúc vả tính chất quang của vật liêu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Trỉnh bảy, phân tích và giải thích những kết quả đã đạt được Từ đỏ đưa ra

luận và đẻ xuất về triển vọng phát triển của vật liệu

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỎ THỊ Hình 1.1 Các cẩu trúc của tình thể ZnO

Hinh 1.2 a) Cau trúc luc gide wurtzite cita ZnO

Hinh 1,3: Mé hinh edu trúc lập phương giả kẽm

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tình thể lập phương

Hình 1.5 Vùng Brillouin đối với mạng tình thể wurtzite

Hình 1.6 Cầu trúc đổi xứng vùng năng lượng của ZnO

Hình 18 Phổ.XDR của vật liệu nano ZnO(27J

Hình 1.9 Ảnh các hình thái khác nhau của ZnO có cầu trúc nano

Hinh 1.10 Anh TEM của các cấu trúc nanowires,

Hình 1.11, Anh TEM cita cde nanowires dots [6]

Hình 1.12 Phổ huỳnh quang của đây nano

Hình 1.13 Các hàm sóng 5s, 3p và 4ƒ của ion Ce`”

Hình 1.14 Sơ đồ mức năng lương của các điện tử 4ƒ bị tách

(lo tương táe với trường tỉnh thể của mạng nên

Hình 1 15: Sự phát triển huỳnh quang khi nông độ pha tạp thấp (a)

và sự dập tắt huỳnh quang do pha tạp với nông độ eao (È) -.-. c-: Hình 1 16 Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyên quang trong ion Euâ+

Hình 2.1 Các sản phẩm thu được từ phương pháp solgel

Tình 2.1 Máy quay ly tâm (trái) và Máy khuẩy từ(phải)

Hình 2.2 So do ché tao hat nano ZnO

Hinh 2.3 Anh hat nano ZnO sau khi ché tao 8

Hinh 2.4 Anh hat nano ZnO:Eu”” sau khi chế tạo

Hình 2.6 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO: BuỶ phân tán SiO

Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano ZnO: Eu** phan tin SiO>

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của phép phân tích nhiễu xạ tia X

Hinh 2.8 Anh ebup máy do SEM

Hình 2.10 Sơ đề khối hệ đo huỳnh quang

Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỎ THỊ Hình 1.1 Các cẩu trúc của tình thể ZnO

Hinh 1.2 a) Cau trúc luc gide wurtzite cita ZnO

Hinh 1,3: Mé hinh edu trúc lập phương giả kẽm

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tình thể lập phương

Hình 1.5 Vùng Brillouin đối với mạng tình thể wurtzite

Hình 1.6 Cầu trúc đổi xứng vùng năng lượng của ZnO

Hình 18 Phổ.XDR của vật liệu nano ZnO(27J

Hình 1.9 Ảnh các hình thái khác nhau của ZnO có cầu trúc nano

Hinh 1.10 Anh TEM của các cấu trúc nanowires,

Hình 1.11, Anh TEM cita cde nanowires dots [6]

Hình 1.12 Phổ huỳnh quang của đây nano

Hình 1.13 Các hàm sóng 5s, 3p và 4ƒ của ion Ce`”

Hình 1.14 Sơ đồ mức năng lương của các điện tử 4ƒ bị tách

(lo tương táe với trường tỉnh thể của mạng nên

Hình 1 15: Sự phát triển huỳnh quang khi nông độ pha tạp thấp (a)

và sự dập tắt huỳnh quang do pha tạp với nông độ eao (È) -.-. c-: Hình 1 16 Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyên quang trong ion Euâ+

Hình 2.1 Các sản phẩm thu được từ phương pháp solgel

Tình 2.1 Máy quay ly tâm (trái) và Máy khuẩy từ(phải)

Hình 2.2 So do ché tao hat nano ZnO

Hinh 2.3 Anh hat nano ZnO sau khi ché tao 8

Hinh 2.4 Anh hat nano ZnO:Eu”” sau khi chế tạo

Hình 2.6 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO: BuỶ phân tán SiO

Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano ZnO: Eu** phan tin SiO>

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của phép phân tích nhiễu xạ tia X

Hinh 2.8 Anh ebup máy do SEM

Hình 2.10 Sơ đề khối hệ đo huỳnh quang

Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý của ZaO dạng khối — „16

Băng 3.3 Hệ mẫu hạt ZnO bessscscsssssssissssstennstisenisatiitetiasncinnuetioninn dD Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Euậ+ = att iO Bang 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phan tain S102 xaggauuseaaaazŠÖ] Bang 2.5 Hệ mẫu màng 2nO:Euâ+:SIO2 : ai 30

Bang 3.1 Hằng số mạng và kích thước hạt của các mẫu hạt ZnO_ được chế tạo ứng với

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý của ZaO dạng khối — „16

Băng 3.3 Hệ mẫu hạt ZnO bessscscsssssssissssstennstisenisatiitetiasncinnuetioninn dD Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Euậ+ = att iO Bang 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phan tain S102 xaggauuseaaaazŠÖ] Bang 2.5 Hệ mẫu màng 2nO:Euâ+:SIO2 : ai 30

Bang 3.1 Hằng số mạng và kích thước hạt của các mẫu hạt ZnO_ được chế tạo ứng với

Hình 2.11 (a) (b) Hệ đo huỳnh quang thực nghiêm

Hình 3.3 Ảnh FESBM của mẫu hại ZnO thủy nhiệt 9?Cirong 10h

Hình 3.3 Anh FESEM cita mau hat ZnO thiy nhiét 90°C trong Sh

Hình 3.4 Ảnh EBSEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 9PC trong 3h

Hình 3.5 Ảnh FESEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 90C trong Ih

Hình 3.7 Phỗ.XDR của vật liệu nano ZnO:Eu"

Hình 3.8 Phổ.XDR của màng nano ZnO:BuÈ`:§¡Ô:

Hinh 3.8 Anh SEM của vật liêu nano ZnO:394Bw`"

Hinh 3.9, Anh SEM của vật liệu nano ZnO: 594Eu`”

Hình3 10 Anh SEM của mang ZnO: 1%Eu*:SiO>

Hình3 11 Ảnh SEM của màng ZnO:29%Eu`":S¡O:

Hinh3.12 Anh SEM Mang ZnO: 2EY%u**:SiO>

Hình 3.13 Phổ huỳnh quang của các mẫu hat ZnO-Bu*

với nông độ pha tạp Eu”` kháe nhau 62

Tình 3.14 Phố huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Eu`" với nông độ

pha tạp EuŸ" khác nhau xử lý nhiềt 1100°C trong 2h

Hình 3.15 Phổ huỳnh quang của các mẫu bạt ZnO:Eu`” với nông độ

pha tạp EuÈ" khác nhau xứ lý nhiệt 11002C trong 10h

Hình 3.16 Quá trình truyền năng lượng từ ZnO tới ion EuŸ”

Hình 3.17 Phố huỳnh quang của mẫu hạt ZnO:Eu`"_§¡O,,

Hình 3.18 Phổ huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Bu`"_S¡O;

đã xử lý ở 90C trong 1h

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ trong vùng ảnh sảng nhìn thấy do vậy rát thích hợp ứng dụng chế tạo các linh kiện

điện huỳnh quang trong vùng nhìn thấy

Việc nghiên cứu vật liệu ZnO: Eu°" đã được nhiều phỏng thí nhiệm trên thế giới tiền hành nghiên cứu nhằm tìm ra các điều kiện tối ưu để đưa vào ứng dung,

Một số kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy, vật liệu ZnO pha tạp Eu3+ khi phân tan trong một số mạng nên như silica sẽ cải thiện đảng kẻ khả năng phát xạ của ion

1L2.2.1 Phương pháp phổ nhiều xa tia X (XRD)

1L2.2.2 Phương pháp nghiên cứu hình thái bẻ

11.2.2.3 Phương pháp phỏ huỳnh quang (PL)

1.2.2.4 Phương pháp phổ kich thich huỳnh quang (PLE)

CHUONG III MOT SO KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN .-22 ccccccccec

1IL.1 Khảo sát câu trúc và tính chất của ZnO dang hat

TIL1.1 Kết quả đo nhiều xa tia X

HI.12 Kết quả do SEM

1I.1.3 Kết quả đo phổ huỳnh quang

IIL2 Khảo sát cầu trúc vả tính chất cúa vật liệu ZnO:EuŸ"

1IL2.1 Khảo sát cau trúc của vật liệu ZnO:Eu””

HL2.3 Kết quả đo phổ lah quang

1112.4, Kết quả nghiên cứu phổ huỳnh quang của các mau hat ZnO:Eu** 4a xir

lý nhiệt

1IL2.5 Kết quả nghiên cứu phổ huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Eu”" phân

tán trên nên siliea

TÀI LIỆU THAM KHẢO

73

78

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý của ZaO dạng khối — „16

Băng 3.3 Hệ mẫu hạt ZnO bessscscsssssssissssstennstisenisatiitetiasncinnuetioninn dD Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Euậ+ = att iO Bang 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phan tain S102 xaggauuseaaaazŠÖ] Bang 2.5 Hệ mẫu màng 2nO:Euâ+:SIO2 : ai 30

Bang 3.1 Hằng số mạng và kích thước hạt của các mẫu hạt ZnO_ được chế tạo ứng với

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỎ THỊ Hình 1.1 Các cẩu trúc của tình thể ZnO

Hinh 1.2 a) Cau trúc luc gide wurtzite cita ZnO

Hinh 1,3: Mé hinh edu trúc lập phương giả kẽm

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tình thể lập phương

Hình 1.5 Vùng Brillouin đối với mạng tình thể wurtzite

Hình 1.6 Cầu trúc đổi xứng vùng năng lượng của ZnO

Hình 18 Phổ.XDR của vật liệu nano ZnO(27J

Hình 1.9 Ảnh các hình thái khác nhau của ZnO có cầu trúc nano

Hinh 1.10 Anh TEM của các cấu trúc nanowires,

Hình 1.11, Anh TEM cita cde nanowires dots [6]

Hình 1.12 Phổ huỳnh quang của đây nano

Hình 1.13 Các hàm sóng 5s, 3p và 4ƒ của ion Ce`”

Hình 1.14 Sơ đồ mức năng lương của các điện tử 4ƒ bị tách

(lo tương táe với trường tỉnh thể của mạng nên

Hình 1 15: Sự phát triển huỳnh quang khi nông độ pha tạp thấp (a)

và sự dập tắt huỳnh quang do pha tạp với nông độ eao (È) -.-. c-: Hình 1 16 Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyên quang trong ion Euâ+

Hình 2.1 Các sản phẩm thu được từ phương pháp solgel

Tình 2.1 Máy quay ly tâm (trái) và Máy khuẩy từ(phải)

Hình 2.2 So do ché tao hat nano ZnO

Hinh 2.3 Anh hat nano ZnO sau khi ché tao 8

Hinh 2.4 Anh hat nano ZnO:Eu”” sau khi chế tạo

Hình 2.6 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO: BuỶ phân tán SiO

Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano ZnO: Eu** phan tin SiO>

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của phép phân tích nhiễu xạ tia X

Hinh 2.8 Anh ebup máy do SEM

Hình 2.10 Sơ đề khối hệ đo huỳnh quang

Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý của ZaO dạng khối — „16

Băng 3.3 Hệ mẫu hạt ZnO bessscscsssssssissssstennstisenisatiitetiasncinnuetioninn dD Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Euậ+ = att iO Bang 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phan tain S102 xaggauuseaaaazŠÖ] Bang 2.5 Hệ mẫu màng 2nO:Euâ+:SIO2 : ai 30

Bang 3.1 Hằng số mạng và kích thước hạt của các mẫu hạt ZnO_ được chế tạo ứng với

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỎ THỊ Hình 1.1 Các cẩu trúc của tình thể ZnO

Hinh 1.2 a) Cau trúc luc gide wurtzite cita ZnO

Hinh 1,3: Mé hinh edu trúc lập phương giả kẽm

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tình thể lập phương

Hình 1.5 Vùng Brillouin đối với mạng tình thể wurtzite

Hình 1.6 Cầu trúc đổi xứng vùng năng lượng của ZnO

Hình 18 Phổ.XDR của vật liệu nano ZnO(27J

Hình 1.9 Ảnh các hình thái khác nhau của ZnO có cầu trúc nano

Hinh 1.10 Anh TEM của các cấu trúc nanowires,

Hình 1.11, Anh TEM cita cde nanowires dots [6]

Hình 1.12 Phổ huỳnh quang của đây nano

Hình 1.13 Các hàm sóng 5s, 3p và 4ƒ của ion Ce`”

Hình 1.14 Sơ đồ mức năng lương của các điện tử 4ƒ bị tách

(lo tương táe với trường tỉnh thể của mạng nên

Hình 1 15: Sự phát triển huỳnh quang khi nông độ pha tạp thấp (a)

và sự dập tắt huỳnh quang do pha tạp với nông độ eao (È) -.-. c-: Hình 1 16 Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyên quang trong ion Euâ+

Hình 2.1 Các sản phẩm thu được từ phương pháp solgel

Tình 2.1 Máy quay ly tâm (trái) và Máy khuẩy từ(phải)

Hình 2.2 So do ché tao hat nano ZnO

Hinh 2.3 Anh hat nano ZnO sau khi ché tao 8

Hinh 2.4 Anh hat nano ZnO:Eu”” sau khi chế tạo

Hình 2.6 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO: BuỶ phân tán SiO

Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano ZnO: Eu** phan tin SiO>

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của phép phân tích nhiễu xạ tia X

Hinh 2.8 Anh ebup máy do SEM

Hình 2.10 Sơ đề khối hệ đo huỳnh quang

Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang

EuŸ.Việc nghiên cứu chế tạo vả cơ chế truyền năng lượng từ mạng nên sang ion EuŸ" vẫn là một vấn để mới và có tính thời sự cao.Tuy nhiên ở trong nước việc nghiên cứu chế tao cae vat liéu nano ZnO dua trên các vật liệu này vẫn còn là vẫn

đề mới cần được tiếp tục nghiên cứu Trong luận văn nảy chung tôi đề xuất nghiên

cửu chế tạo vật liêu nano ZnO pha tạp ion Eu" và nghiên cứu các điểu kiện công

nghệ như nhiệt độ ủ, thời gian ủ và nông độ của các chất pha tạp nhằm chẻ tạo được

vật liều ZnO: EuỶ" có chất lượng tốt nhất

Vi những ưu điểm của vật liệu cũng như các lý đo kế trên nên tôi chọn đề tải:

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TINH CHAT HUYNH QUANG CUA VAT

LIEU NANO ZnO : Eu* UNG DUNG TRONG VIEC PHAT ANH SANG

MAU DO

Mục liêu của tôi trong luận văn nảy lả chế tạo thành công hạt nanô ZnO từ 10-20nm

Dua trén vat liệu nên ZnO chế tạo được dé pha tap Eu” va tién hanh phan tan

trong SiO› qua đó khảo sát nghiên cứu đề đưa ra những nhận định về cường đô phát

quang cia ZnO:Eu* ya ZnO:Eu™ phan tan trong SiO»

Luận văn này được chia là 3 chương:

Chương] Tông quan

Giới thiệu vẻ vật liêu huỳnh quang, vật liệu ZnO vả các nguyên tổ đất hiểm, các cơ

chế chuyển dịch và phát quang của các ion đất hiểm

Chương 2 Phương pháp thực nghiệm:

Trinh bảy vẻ công nghệ chế tạo hạt nano ZnO, ZnO:Eu™ va ZnO:Eu™ phan tan trong SiO;, chế tạo màng ZnO:Eu"":SiOs, các kỹ thuật thực nghiệm đẻ

khảo sát tính chất câu trúc vả tính chất quang của vật liêu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Trỉnh bảy, phân tích và giải thích những kết quả đã đạt được Từ đỏ đưa ra

luận và đẻ xuất về triển vọng phát triển của vật liệu

Hình 2.11 (a) (b) Hệ đo huỳnh quang thực nghiêm

Hình 3.3 Ảnh FESBM của mẫu hại ZnO thủy nhiệt 9?Cirong 10h

Hình 3.3 Anh FESEM cita mau hat ZnO thiy nhiét 90°C trong Sh

Hình 3.4 Ảnh EBSEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 9PC trong 3h

Hình 3.5 Ảnh FESEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 90C trong Ih

Hình 3.7 Phỗ.XDR của vật liệu nano ZnO:Eu"

Hình 3.8 Phổ.XDR của màng nano ZnO:BuÈ`:§¡Ô:

Hinh 3.8 Anh SEM của vật liêu nano ZnO:394Bw`"

Hinh 3.9, Anh SEM của vật liệu nano ZnO: 594Eu`”

Hình3 10 Anh SEM của mang ZnO: 1%Eu*:SiO>

Hình3 11 Ảnh SEM của màng ZnO:29%Eu`":S¡O:

Hinh3.12 Anh SEM Mang ZnO: 2EY%u**:SiO>

Hình 3.13 Phổ huỳnh quang của các mẫu hat ZnO-Bu*

với nông độ pha tạp Eu”` kháe nhau 62

Tình 3.14 Phố huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Eu`" với nông độ

pha tạp EuŸ" khác nhau xử lý nhiềt 1100°C trong 2h

Hình 3.15 Phổ huỳnh quang của các mẫu bạt ZnO:Eu`” với nông độ

pha tạp EuÈ" khác nhau xứ lý nhiệt 11002C trong 10h

Hình 3.16 Quá trình truyền năng lượng từ ZnO tới ion EuŸ”

Hình 3.17 Phố huỳnh quang của mẫu hạt ZnO:Eu`"_§¡O,,

Hình 3.18 Phổ huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Bu`"_S¡O;

đã xử lý ở 90C trong 1h

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý của ZaO dạng khối — „16

Băng 3.3 Hệ mẫu hạt ZnO bessscscsssssssissssstennstisenisatiitetiasncinnuetioninn dD Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Euậ+ = att iO Bang 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phan tain S102 xaggauuseaaaazŠÖ] Bang 2.5 Hệ mẫu màng 2nO:Euâ+:SIO2 : ai 30

Bang 3.1 Hằng số mạng và kích thước hạt của các mẫu hạt ZnO_ được chế tạo ứng với

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ

DANH MUC CAC CHU VIET TAT

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý của ZaO dạng khối — „16

Băng 3.3 Hệ mẫu hạt ZnO bessscscsssssssissssstennstisenisatiitetiasncinnuetioninn dD Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Euậ+ = att iO Bang 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phan tain S102 xaggauuseaaaazŠÖ] Bang 2.5 Hệ mẫu màng 2nO:Euâ+:SIO2 : ai 30

Bang 3.1 Hằng số mạng và kích thước hạt của các mẫu hạt ZnO_ được chế tạo ứng với

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ

EuŸ.Việc nghiên cứu chế tạo vả cơ chế truyền năng lượng từ mạng nên sang ion EuŸ" vẫn là một vấn để mới và có tính thời sự cao.Tuy nhiên ở trong nước việc nghiên cứu chế tao cae vat liéu nano ZnO dua trên các vật liệu này vẫn còn là vẫn

đề mới cần được tiếp tục nghiên cứu Trong luận văn nảy chung tôi đề xuất nghiên

cửu chế tạo vật liêu nano ZnO pha tạp ion Eu" và nghiên cứu các điểu kiện công

nghệ như nhiệt độ ủ, thời gian ủ và nông độ của các chất pha tạp nhằm chẻ tạo được

vật liều ZnO: EuỶ" có chất lượng tốt nhất

Vi những ưu điểm của vật liệu cũng như các lý đo kế trên nên tôi chọn đề tải:

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TINH CHAT HUYNH QUANG CUA VAT

LIEU NANO ZnO : Eu* UNG DUNG TRONG VIEC PHAT ANH SANG

MAU DO

Mục liêu của tôi trong luận văn nảy lả chế tạo thành công hạt nanô ZnO từ 10-20nm

Dua trén vat liệu nên ZnO chế tạo được dé pha tap Eu” va tién hanh phan tan

trong SiO› qua đó khảo sát nghiên cứu đề đưa ra những nhận định về cường đô phát

quang cia ZnO:Eu* ya ZnO:Eu™ phan tan trong SiO»

Luận văn này được chia là 3 chương:

Chương] Tông quan

Giới thiệu vẻ vật liêu huỳnh quang, vật liệu ZnO vả các nguyên tổ đất hiểm, các cơ

chế chuyển dịch và phát quang của các ion đất hiểm

Chương 2 Phương pháp thực nghiệm:

Trinh bảy vẻ công nghệ chế tạo hạt nano ZnO, ZnO:Eu™ va ZnO:Eu™ phan tan trong SiO;, chế tạo màng ZnO:Eu"":SiOs, các kỹ thuật thực nghiệm đẻ

khảo sát tính chất câu trúc vả tính chất quang của vật liêu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Trỉnh bảy, phân tích và giải thích những kết quả đã đạt được Từ đỏ đưa ra

luận và đẻ xuất về triển vọng phát triển của vật liệu

Hình 2.11 (a) (b) Hệ đo huỳnh quang thực nghiêm

Hình 3.3 Ảnh FESBM của mẫu hại ZnO thủy nhiệt 9?Cirong 10h

Hình 3.3 Anh FESEM cita mau hat ZnO thiy nhiét 90°C trong Sh

Hình 3.4 Ảnh EBSEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 9PC trong 3h

Hình 3.5 Ảnh FESEM của mẫu hạt ZnO thủy nhiệt 90C trong Ih

Hình 3.7 Phỗ.XDR của vật liệu nano ZnO:Eu"

Hình 3.8 Phổ.XDR của màng nano ZnO:BuÈ`:§¡Ô:

Hinh 3.8 Anh SEM của vật liêu nano ZnO:394Bw`"

Hinh 3.9, Anh SEM của vật liệu nano ZnO: 594Eu`”

Hình3 10 Anh SEM của mang ZnO: 1%Eu*:SiO>

Hình3 11 Ảnh SEM của màng ZnO:29%Eu`":S¡O:

Hinh3.12 Anh SEM Mang ZnO: 2EY%u**:SiO>

Hình 3.13 Phổ huỳnh quang của các mẫu hat ZnO-Bu*

với nông độ pha tạp Eu”` kháe nhau 62

Tình 3.14 Phố huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Eu`" với nông độ

pha tạp EuŸ" khác nhau xử lý nhiềt 1100°C trong 2h

Hình 3.15 Phổ huỳnh quang của các mẫu bạt ZnO:Eu`” với nông độ

pha tạp EuÈ" khác nhau xứ lý nhiệt 11002C trong 10h

Hình 3.16 Quá trình truyền năng lượng từ ZnO tới ion EuŸ”

Hình 3.17 Phố huỳnh quang của mẫu hạt ZnO:Eu`"_§¡O,,

Hình 3.18 Phổ huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Bu`"_S¡O;

đã xử lý ở 90C trong 1h

MO DAU

ZnO là vật liéu ban dan dang được nghiên cửu rộng rãi trong những năm gan

đây Vật liệu bán dẫn này thuộc nhóm A7-B™ ving cam thẳng (Khoảng 3.37eV ) ở nhiệt độ phòng, năng lượng liên kết exeiton lớn (khoảng 60mev), chuyển mức điện

tử thắng cho hiệu suất phát quang cao

Vật liệu ZnO có đặc tính mới lạ và khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo các linh kiện dẫn điện trong suốt, phát xạ tia cực tím (UV) các linh kiện như điết

phát quang, phỏtô điết lãm việc trong vùng tử ngoại gân ở nhiệt độ phòng

Hiện nay vật liệu ZnO có cầu trúc nano đang được tập trung nghiên cửu với hi vọng trong tương lai nó sẽ cho phép chế tạo một thể hệ mới các linh kiên có nhiều

tính chất ưu việt so với các mẫu ở dạng khối Số lượng các công bố khoa học vẻ công nghệ chế tạo và tính chất vật lý của vật liêu này ngảy cảng cao cả trên các tạp chí cũng như các hội nghỉ Quốc tế

Đặc biệt, ZnO lả một môi trưởng tốt để pha tạp các tâm phát huỳnh quang ion

đất hiểm như Eu”", TbỶ° để có được vật liệu phát quang với các bước sóng phát xạ

khác nhau Tuy nhiên tính chất quang của các tap chat pha tap vao mang nén ZnO

và các cơ chế truyền năng lượng trong vật liệu nano ZnO pha tạp đất hiểm thỉ hiện nay chưa được nghiên cứu lâm sảng tỏ

Ôxit của các nguyên tổ đất hiểm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiên như dẫn sỏng quang, lọc

quang, khuếch đại quang, xa hon nữa vật liêu pha tạp các nguyên tố đất hiểm (vật liêu phospho) thì được ửng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các mản hình hiển thị

và các đèn huỳnh quang Eu”" khi pha tạp vảo trong vật liệu cỏ một số đỉnh phát xạ trong vùng ảnh sảng nhìn thấy do vậy rát thích hợp ứng dụng chế tạo các linh kiện

điện huỳnh quang trong vùng nhìn thấy

Việc nghiên cứu vật liệu ZnO: Eu°" đã được nhiều phỏng thí nhiệm trên thế giới tiền hành nghiên cứu nhằm tìm ra các điều kiện tối ưu để đưa vào ứng dung,

Một số kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy, vật liệu ZnO pha tạp Eu3+ khi phân tan trong một số mạng nên như silica sẽ cải thiện đảng kẻ khả năng phát xạ của ion

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 1.2 Các đặc tính vật lý của ZaO dạng khối — „16

Băng 3.3 Hệ mẫu hạt ZnO bessscscsssssssissssstennstisenisatiitetiasncinnuetioninn dD Bảng 2.3 Hệ mẫu ZnO:Euậ+ = att iO Bang 2.4 Hệ mẫu ZnO:Eu3+ Phan tain S102 xaggauuseaaaazŠÖ] Bang 2.5 Hệ mẫu màng 2nO:Euâ+:SIO2 : ai 30

Bang 3.1 Hằng số mạng và kích thước hạt của các mẫu hạt ZnO_ được chế tạo ứng với

1L2.2.1 Phương pháp phổ nhiều xa tia X (XRD)

1L2.2.2 Phương pháp nghiên cứu hình thái bẻ

11.2.2.3 Phương pháp phỏ huỳnh quang (PL)

1.2.2.4 Phương pháp phổ kich thich huỳnh quang (PLE)

CHUONG III MOT SO KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN .-22 ccccccccec

1IL.1 Khảo sát câu trúc và tính chất của ZnO dang hat

TIL1.1 Kết quả đo nhiều xa tia X

HI.12 Kết quả do SEM

1I.1.3 Kết quả đo phổ huỳnh quang

IIL2 Khảo sát cầu trúc vả tính chất cúa vật liệu ZnO:EuŸ"

1IL2.1 Khảo sát cau trúc của vật liệu ZnO:Eu””

HL2.3 Kết quả đo phổ lah quang

1112.4, Kết quả nghiên cứu phổ huỳnh quang của các mau hat ZnO:Eu** 4a xir

lý nhiệt

1IL2.5 Kết quả nghiên cứu phổ huỳnh quang của các mẫu hạt ZnO:Eu”" phân

tán trên nên siliea

TÀI LIỆU THAM KHẢO

73

78

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỎ THỊ Hình 1.1 Các cẩu trúc của tình thể ZnO

Hinh 1.2 a) Cau trúc luc gide wurtzite cita ZnO

Hinh 1,3: Mé hinh edu trúc lập phương giả kẽm

Hình 1.4 Cấu trúc mạng tình thể lập phương

Hình 1.5 Vùng Brillouin đối với mạng tình thể wurtzite

Hình 1.6 Cầu trúc đổi xứng vùng năng lượng của ZnO

Hình 18 Phổ.XDR của vật liệu nano ZnO(27J

Hình 1.9 Ảnh các hình thái khác nhau của ZnO có cầu trúc nano

Hinh 1.10 Anh TEM của các cấu trúc nanowires,

Hình 1.11, Anh TEM cita cde nanowires dots [6]

Hình 1.12 Phổ huỳnh quang của đây nano

Hình 1.13 Các hàm sóng 5s, 3p và 4ƒ của ion Ce`”

Hình 1.14 Sơ đồ mức năng lương của các điện tử 4ƒ bị tách

(lo tương táe với trường tỉnh thể của mạng nên

Hình 1 15: Sự phát triển huỳnh quang khi nông độ pha tạp thấp (a)

và sự dập tắt huỳnh quang do pha tạp với nông độ eao (È) -.-. c-: Hình 1 16 Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyên quang trong ion Euâ+

Hình 2.1 Các sản phẩm thu được từ phương pháp solgel

Tình 2.1 Máy quay ly tâm (trái) và Máy khuẩy từ(phải)

Hình 2.2 So do ché tao hat nano ZnO

Hinh 2.3 Anh hat nano ZnO sau khi ché tao 8

Hinh 2.4 Anh hat nano ZnO:Eu”” sau khi chế tạo

Hình 2.6 Sơ đồ chế tạo hạt nano ZnO: BuỶ phân tán SiO

Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano ZnO: Eu** phan tin SiO>

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của phép phân tích nhiễu xạ tia X

Hinh 2.8 Anh ebup máy do SEM

Hình 2.10 Sơ đề khối hệ đo huỳnh quang

Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang