Nghiên cứu sự tương quan giữa cấu trúc và tính chất quang của vật liệu SnO2 Eu

• Tác giả: Cao Minh Trí
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Thị Thanh Vân
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên cứu sự tương quan giữa cấu trúc và tính chất quang của vật liệu SnO2:Eu
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHÁT QUANG SnO2:Eu
• 1.1. VẬT LIỆU SnO2
• 1.1.1. Cấu trúc vật liệu SnO2
• 1.1.2. Cấu trúc năng lượng vùng cấm của SnO2
• 1.1.3. Một số tính chất cơ bản của vật liệu SnO2
• 1.1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu vật liệu SnO2
• 1.2. VẬT LIỆU PHÁT QUANG CHỨA ION ĐẤT HIẾM
• 1.2.1. Đặc điểm chung của nguyên tố đất hiếm
• 1.2.2. Các dịch chuyển phát xạ và không phát xạ của ion đất hiếm
• 1.2.3. Huỳnh quang của ion Eu3+
• 1.2.4. Cơ chế suy giảm cường độ bức xạ của vật liệu phát quang
• 1.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU SnO2
• 1.3.1. Phương pháp Sol-gel
• 1.3.2. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.3.3. Phương pháp bốc bay nhiệt
• 1.3.4. Phương pháp vi sóng (microwave)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH. HÓA CHẤT THIẾT BỊ
• 2.1. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
• 2.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.2.3. Phương pháp phổ tán xạ Raman
• 2.2.4. Phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thíc huỳnh quang (PLE)
• 2.2.5. Phương pháp đo thời gian sống của bức xạ huỳnh quang
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA TRISODIUM CITRATE ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SnO2
• 3.1.1. Hình thái bề mặt và cấu trúc vật liệu SnO2
• 3.1.2. Tính chất quang của vật liệu SnO2:Eu
• 3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP Eu ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SnO2
• 3.2.1. Cấu trúc vật liệu SnO2
• 3.2.2. Tính chất quang của vật liệu SnO2:Eu
• KẾT LUẬN CHUNG
• KIẾN NGHỊ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu SnO2

Vật liệu SnO2 (thiếc oxit) là một trong những vật liệu bán dẫn quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng quang điện tử. Cấu trúc của SnO2 thuộc dạng tứ giác rutile, với các hằng số mạng a = 0,4738 nm và c = 0,3187 nm. Cấu trúc này cho phép SnO2 có những tính chất điện và quang đặc biệt. Đặc biệt, SnO2 có độ rộng vùng cấm lớn (khoảng 3,6 eV), giúp nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực quang học và điện tử. Sự hiện diện của các nút khuyết oxy trong cấu trúc của SnO2 tạo ra các mức năng lượng donor, làm tăng tính dẫn điện của vật liệu. Điều này cho phép SnO2 hoạt động như một bán dẫn loại n, với khả năng dẫn điện tốt và tính chất quang học hấp dẫn.

II. Tính chất quang học của SnO2

Tính chất quang học của SnO2 được thể hiện qua khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng. Khi ánh sáng kích thích chiếu vào bề mặt SnO2, các electron trong vùng dẫn có thể chuyển lên các mức năng lượng cao hơn, dẫn đến hiện tượng huỳnh quang. Tuy nhiên, SnO2 không phải là vật liệu phát quang mạnh do tính đối xứng đặc biệt của hàm sóng. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi kích thước của SnO2 giảm xuống dưới vài nanomet, hiệu ứng giam giữ lượng tử có thể xảy ra, làm thay đổi tính chất quang học của vật liệu. Cường độ huỳnh quang của SnO2 có thể giảm nhanh khi nhiệt độ tăng, nhưng đỉnh bức xạ tại 590 nm cho thấy ít phụ thuộc vào nhiệt độ, cho thấy sự ổn định của các mức năng lượng nhỏ trong vùng cấm.

III. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của SnO2 Eu

Việc pha tạp ion đất hiếm như Europium (Eu3+) vào SnO2 đã mở ra nhiều khả năng mới trong việc cải thiện tính chất quang học của vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi pha tạp SnO2 với Eu3+, cường độ phát xạ huỳnh quang có thể được tăng cường đáng kể nhờ vào sự truyền năng lượng từ SnO2 sang các ion đất hiếm. Phương pháp chế tạo SnO2:Eu bằng thủy nhiệt cho phép kiểm soát tốt các thông số như nhiệt độ và thời gian, từ đó ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự tương quan giữa cấu trúc và tính chất quang của SnO2:Eu là rất quan trọng, mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực quang học và điện tử.

IV. Ứng dụng của SnO2 trong công nghệ

Vật liệu SnO2 và các hợp chất pha tạp như SnO2:Eu đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong lĩnh vực quang điện tử, SnO2 được sử dụng làm điện cực dẫn trong các thiết bị quang điện, pin mặt trời và cảm biến. Tính chất quang học của SnO2:Eu cũng mở ra khả năng ứng dụng trong các thiết bị phát quang, như đèn LED và màn hình hiển thị. Sự phát triển của công nghệ nano đã giúp cải thiện đáng kể tính chất của SnO2, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của các thiết bị điện tử. Việc nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc và tính chất quang của SnO2 sẽ tiếp tục đóng góp vào sự phát triển của công nghệ vật liệu trong tương lai.