Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của thủy tinh oxit pha tạp ion tb3+ và eu3+

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÍ TRẦN THỊ NGÂN THƯ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA THỦY TINH OXIT PHA TẠP ION Tb3+ Eu3+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2023 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 16990017547051000000 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÍ TRẦN THỊ NGÂN THƯ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA THỦY TINH OXIT PHA TẠP ION Tb3+ Eu3+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý Khóa học: 2019 – 2023 Người hướng dẫn: TS Trần Thị Hồng Đà Nẵng, 2023 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Hiện tượng phát quang 1.1.1 Khái niệm phát quang .3 1.1.2 Phân loại hiện tượng phát quang .3 1.1.3 Cơ chế của hiện tượng phát quang 1.2 Vật liệu thủy tinh pha tạp nguyên tố đất 1.2.1 Cấu trúc chung của vật liệu thủy tinh .6 1.2.2 Các quy tắc hình thành mạng thủy tinh 1.3 Lý thuyết đất 1.3.1 Sơ lược về nguyên tố đất hiếm 1.3.2 Lý thuyết về nguyên tố đất hiếm Tb 1.3.3 Lý thuyết về nguyên tố đất hiếm Eu .11 1.3.4 Phổ quang học của ion đất hiếm nền thủy tinh 12 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .16 2.1 Các phương pháp nghiên cứu 16 2.1.1 Phương pháp chế tạo vật liệu 16 2.1.2 Quy trình chế tạo mẫu .17 2.2 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu 18 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 18 2.2.2 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 20 2.2.3 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDS) 21 2.3 Các phương pháp nghiên cứu tính chất quang vật liệu .22 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA ION ĐẤT HIẾM Eu3+ VÀ Tb3+ TRONG THỦY TINH OXIT 24 II 3.1 Phân tích cấu trúc vật liệu 24 3.1.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X 24 3.1.2 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) phổ tán xạ lượng tia X (EDS) 24 3.2 Phổ quang học ion Tb3+ Eu3+ thủy tinh 25 3.2.1 Phổ kích thích 25 3.2.2 Phổ phát quang 28 3.2.3 Tọa độ màu 33 PHẦN KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 III DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Kí hiệu thành phần hóa học của mẫu nhóm mẫu 17 Bảng 3.1 Tọa độ màu của mẫu thay đổi theo nồng độ khác của tạp Tb3+ theo bước sóng kích thích 35 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ phân loại xạ phát quang theo thời gian Hình 1.2 Mạng biểu diễn theo hai chiều của cấu trúc hệ nguyên tử vật liệu tinh thể thạch anh (SiO2) (a) vật liệu thủy tinh silicat (SiO2) (b), chấm tròn nhỏ nguyên tử kim loại, chấm tròn lớn nguyên tử oxy .7 Hình 1.3 Các ngun tớ đất hiếm (bên trái) quặng đất hiếm (bên phải) Hình 1.4 Các vòng tròn điện tử Tb (bên trái) mẫu quặng có chứa Tb (bên phải) 10 Hình 1.5 Sơ đồ tách mức lượng của ion Tb3+ tương tác 10 Hình 1.6 Các vịng tròn cấu hình điện tử Eu (bên trái) mẫu quặng có chứa Eu (bên phải) 11 Hình 1.7 Giản đồ mức lượng của ion Eu3+ 12 Hình 1.8 Giản đồ mức lượng Dieke .14 Hình 1.9 (a) Giản đồ mức lượng dịch chuyển phát xạ của ion Eu3+; (b)Sơ đồ tách mức lượng của ion Eu3+ trường tinh thể .15 Hình 2.1 Một sớ mẫu đồng pha tạp Tb3+ Eu3+ 18 Hình 2.2 Thiết bị phân tích nhiễu xạ Tia X (D8 Advance Eco), tại phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu của Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng 18 Hình 2.3 Sự nhiễu xạ tia X mặt tinh thể 19 Hình 2.4 Sơ đồ khới của hệ thiết bị nhiễu xạ kế 20 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lí làm việc của SEM 20 Hình 2.6 Thiết bị SEM tại phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu của Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng .21 Hình 2.7 Thiết bị đo phổ phát quang FL3 - 22, tại phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu của Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng 22 Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ đo phát quang 23 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu 24 Hình 3.2 Ảnh SEM của mẫu 25 IV Hình 3.3 Phổ EDS của mẫu M-Eu1.0Tb1.0 25 Hình 3.4 Phổ kích thích phát quang của mẫuM-Eu1.0 M-Tb1.0 Phần phổ chồng chập được đánh dấu đường đứt nét .26 Hình 3.5 Phổ kích thích phát quang của mẫu M-Eu1.0Tb1.0 ứng với xạ 543 nm của ion Tb3+ 613 nm của ion Eu3+ 27 Hình 3.6 Phổ phát quang của mẫu M-Eu1.0 ứng với bước sóng kích thích 394 nm .29 Hình 3.7 Phổ phát quang của mẫu M-Tb1.0 ứng với bước sóng kích thích 378 nm .29 Hình 3.8 Phổ phát quang của mẫu đồng pha tạp Eu3+/Tb3+ ứng với bước sóng kích thích 378 nm 30 Hình 3.9 Sự thay đổi cường độ xạ đỏ của Eu3+ xạ xanh của Tb3+ thủy tinh đồng pha tạp dưới xạ kích thích 378 nm 31 Hình 3.10 Sơ đồ mức lượng của Tb3+, Eu3+ trình truyền lượng thủy tinh đồng pha tạp Eu3+/ Tb3+ .32 Hình 3.11 Tọa độ màu của mẫu M-Eu1.0 (λex=394 nm) 33 Hình 3.12 Tọa độ màu của mẫu M-Tb1.0 (λex=378 nm) 33 Hình 3.13 Tọa độ màu của mẫu M-Eu1.0Tb0.1 (λex=378 nm) 33 Hình 3.14 Tọa độ màu của mẫu M-Eu1.0Tb0.5 (λex=378 nm) 34 Hình 3.15 Tọa độ màu của mẫu M-Eu1.0Tb1.0 (λex=378 nm) 34 Hình 3.16 Tọa độ màu của mẫu M-Eu1.0Tb2.0 (λex=378 nm) 34 V PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, vật liệu nền được sử dụng cho thiết bị quang học thường tinh thể thủy tinh Trong đó, tinh thể pha tạp đất hiếm thường cho vạch phát xạ hẹp với cường độ mạnh, thời gian sống của mức kích thích lớn Do đó, vật liệu rất thích hợp cho việc chế tạo thiết bị khuếch đại quang, laser rắn chiếu sáng Tuy nhiên, nhược điểm của đơn tinh thể rất khó chế tạo yêu cầu về công nghệ So với vật liệu tinh thể, việc sử dụng thủy tinh có nhiều thuận lợi dễ chế tạo, dễ tạo dáng, dễ điều chỉnh thành phần dễ thu được mẫu có kích thước lớn Ngồi tiết diện phát xạ của thủy tinh thường lớn so với tinh thể [1 - 7] Trong số loại thủy tinh vô thì thủy tinh oxit loại quan trọng nhất Thủy tinh borat được nghiên cứu nhiều nhất sớ thủy tinh oxit tính chất đặc biệt như: độ śt cao, điểm nóng chảy thấp, ổn định nhiệt cao khả phân tán ion đất hiếm cao [1, 6, 7] Tuy nhiên, thủy tinh borate lại có lượng phonon lớn (khoảng 1300 - 1500 cm-1), dẫn đến trình phục hồi đa phonon xảy mạnh Mặc khác, thủy tinh có chiết suất tính chất thay đổi theo thời gian tính chất ngậm nước cao Vì vậy, chúng bị già hóa khá nhanh mơi trường Để khắc phục các nhược điểm trên, số oxit kim loại nặng TeO2, PbO2, Bi2O3… thường đưa thêm vào mạng nền tạo loại thủy tinh phức hợp có độ bền học tớt, sức bền hóa học cao, chiết suất hiệu suất phát quang cao [3, 4] Đặc biệt, oxit kim loại nặng TeO2 có lượng phonon cỡ 750 cm-1 nên việc đưa thêm thành phần vào thủy tinh borate làm giảm đáng kể lượng phonon của thủy tinh, giảm thiểu trình phục hồi đa phonon mức lượng vốn rất gần của các ion đất hiếm, làm tăng hiệu suất phát quang của vật liệu Trong số các ion đất hiếm hóa trị ion Tb3+ Eu3+ phát vạch xạ hẹp hầu đơn sắc, có thời gian sớng dài của trạng thái kích thích Đây là hai nguyên tố đất hiếm được sử dụng nhiều sản xuất thiết bị lĩnh vực chiếu sáng vùng nhìn thấy (chủ yếu vùng ánh sáng xanh (green) và đỏ (red)) Trong phần lớn các trường hợp đồng pha tạp, trình truyền lượng các ion đều theo chế cộng hưởng loại khác loại lân cận Cơ chế truyền lượng cộng hưởng ion pha tạp vật liệu rắn chủ đề của nhiều nghiên cứu năm gần đây, chủ ́u tầm quan trọng của sự phát triển vật liệu phát quang sử dụng công nghệ chiếu sáng trạng thái rắn hiệu suất cao Từ lý trên, chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo tính chất quang thủy tinh oxit pha tạp ion Tb3+ Eu3+” Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo thủy tinh oxit pha tạp ion Tb3+ Eu3+ phương pháp nóng chảy - Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu sau chế tạo - Nghiên cứu tính chất quang của vật liệu Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nghiên cứu thì đề tài cần có nhiệm vụ chủ yếu sau: - Nghiên cứu phương pháp chế tạo chế tạo vật liệu thủy tinh oxit pha tạp ion Tb3+ Eu3+ - Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu - Nghiên cứu tính chất quang của vật liệu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo tính chất quang của thủy tinh oxit pha tạp ion Tb3+ Eu3+ Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp chế tạo vật liệu - Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu - Các phương pháp nghiên cứu tính chất quang của vật liệu PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Nội dung chương gồm: 1) Hiện tượng phát quang; 2) Vật liệu thủy tinh pha tạp nguyên tố đất hiếm; 3) Lý thuyết đất 1.1 Hiện tượng phát quang 1.1.1 Khái niệm phát quang Chất phát quang chất có khả hấp thụ dạng lượng từ bên ngoài (như quang năng, điện năng, nhiệt ) biến đổi chúng xạ ánh sáng Theo Vavilov, hiện tượng phát quang hiện tượng chất phát quang phát xạ còn dư đối với xạ nhiệt trường hợp mà xạ còn dư kéo dài khoảng thời gian 10-16 s lớn Khi ta chiếu xạ vào vật chất, phần lượng có thể bị hấp thụ, phần bị tái phát xạ Bức xạ phát xạ phát quang có bước sóng đặc trưng cho chất phát quang không phải đặc trưng cho xạ kích thích, xạ riêng của chất phát quang có phổ phát quang riêng của Hiện tượng xảy dưới điều kiện thích hợp Sự phát quang của sớ chất kéo dài khoảng thời gian sau ngừng kích thích Khoảng thời gian gọi thời gian sống hay thời gian phát quang kéo dài Đây cũng là thông số vật lý đặc trưng cho quá trình phát quang, phụ thuộc vào chuyển dời quang học xảy vật chất [8] 1.1.2 Phân loại tượng phát quang Các hiện tượng phát quang được phân loại dựa đặc điểm đặc trưng của * Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài: Nếu thời gian sống τc < 10-8 s gọi hiện tượng huỳnh quang Bản chất của hiện tượng sự hấp thụ xạ diễn tâm hấp thụ Nếu thời gian sớng τc > 10-8 s gọi hiện tượng lân quang Bản chất của hiện tượng sự hấp thụ xạ diễn hai tâm khác sự kết tinh tinh thể ảnh SEM đã lần bổ sung cho kết quả XRD về bản chất vơ định hình của thủy tinh thu được Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu Hình 3.3 trình bày kết quả đo EDS của mẫu M-Eu1.0Tb1.0, kết quả cho thấy rõ ràng sự kết hợp của B, O, Na, Zn nguyên tố Te với sự có mặt của ion Eu3+ Tb3+ thủy tinh M-Eu10Tb10 đã chế tạo Các phân tích thành phần theo % nguyên tử của nguyên tố của thủy tinh cũng là được trình bày Hình 3.3 Hình 3.3 Phổ EDS mẫu M-Eu1.0Tb1.0 3.2 Phổ quang học ion Tb3+ Eu3+ thủy tinh 3.2.1 Phổ kích thích Phổ kích thích phát quang tại nhiệt độ phòng của mẫu được thực hiện hệ đo Horiba Fluorolog FL3-22 tại phịng thí nghiệm thuộc Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng 25 Hình 3.4 Phổ kích thích phát quang mẫu M-Eu1.0 M-Tb1.0 Phần phổ chồng chập đánh dấu đường đứt nét Hình 3.4 trình bày kết quả đo phổ kích thích phát quang của mẫu M-Eu1.0 thu tại bước sóng phát xạ 613 nm mẫu M-Tb1.0 thu tại bước sóng 543 nm Kết quả đo phổ kích thích phát quang của ion Eu3+ mẫu M-Eu1.0 thu tại xạ 613 nm bao gồm dải kích thích xuất phát từ trạng thái bản 7F0 đến trạng thái kích thích sau: F0 → 5D4 (362 nm), 7 F0 → 5G2 (379 nm), F0 → 5L6 (394 nm), F0 → 5D3 (413 nm), F0 → 5D2 (464 nm), F0 → 5D1 (523 nm), F0 → 5D0 (576 nm), chuyển dời 7F1 → 5D1 (531 nm), dải kích thích có cường độ mạnh đáng ý bước sóng 394 nm Các kết quả hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu khác [2 - 4, 6, 7] Kết quả đo phổ kích thích của mẫu M-Tb1.0 ứng với xạ 543 nm cho thấy đỉnh kích thích hẹp đặc trưng cho ion Tb3+ tại các bước sóng 486, 378, 367, 359, 351, 26 340 318 nm, chúng kết quả của chuyển dời kích thích từ trạng thái bản F6 đến trạng thái kích thích sau: 7 F6 → 5D4 (486 nm), F6 → 5D3 (378 nm), F6 → 5L10 (367 nm), F6 → 5G5 (359 nm), F6 → 5L9 (351 nm), F6 → 5L8 (340 nm), F6 → 5H7 (318 nm) Trong tất cả chuyển dời này, dải kích thích mạnh 378 nm phù hợp để kích thích phát xạ 543 nm cho ion Tb3+ Các kết quả hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu khác [1 - 3] Hình 3.5 Phổ kích thích phát quang mẫu M-Eu1.0Tb1.0 ứng với xạ 543 nm ion Tb3+ 613 nm ion Eu3+ Hình 3.5 trình bày kết quả đo phổ kích thích phát quang của mẫu M-Eu1.0Tb1.0, được thực hiện cách ghi sự thay đổi cường độ xạ 613 nm ứng với chuyển dời 5D0 – 7F2 của ion Eu3+ thay đổi bước sóng kích thích dải 340 nm đến 27 550 nm Phổ kích thích của Eu3+ vùng bước sóng 340 nm - 550 nm bao gồm dải, ứng với chuyển dời: F0 – 5D4 (362 nm), F1 – 5D4 (364 nm), F0 – 5G2 (379 nm), F0 – 5L6 (394 nm), F0 – 5D3 (413 nm), F0 – 5D2 (464 nm), F0 – 5D1 (523 nm), F1 – 5D1 (531 nm) Kết quả cho thấy phổ gồm vạch kích thích đặc trưng của chuyển dời f - f của ion Eu3+ Các đỉnh kích thích quan sát được chủ yếu sự đóng góp chuyển dời điện tử từ mức 7F0 7F1 lên mức lượng cao của ion Eu3+ [2, 4, 6, 7] Mặt khác, hình 3.5 cịn trình bày kết quả đo phổ kích thích phát quang của mẫu M-Eu1.0Tb1.0 được thực hiện cách ghi sự thay đổi cường độ xạ 543 nm ứng với chuyển dời 5D4 – 7F5 của ion Tb3+ thay đổi bước sóng kích thích dải 300 nm đến 530 nm Phổ kích thích của Tb3+ vùng bước sóng 300 nm đến 530 nm bao gồm dải, ứng với chuyển dời từ trạng thái 7F6 – 5H7 (318 nm), 7F6 – 5L8 (340 nm), 7F6 – 5L9 (351 nm), 7F6 – 5G5 (359 nm), 7F6 – 5L10 (368 nm), 7F6 – 5D3 (378 nm), 7F6 – 5D4 (486 nm) Kết quả cho thấy phổ gồm vạch kích thích đặc trưng của chuyển dời f – f của ion Tb3+ Các đỉnh kích thích quan sát được chủ yếu sự đóng góp chuyển dời điện tử từ mức 7F6 lên mức lượng cao của ion Tb3+ [1 - 3] 3.2.2 Phổ phát quang Hình 3.6 trình bày kết quả đo phổ phát quang của mẫu M-Eu1.0 được kích thích bước sóng 394 nm Phổ phát quang dải phát xạ đặc trưng của ion Eu3+, dải phát xạ này tương ứng với lượng được giải phóng q trình phục hồi từ trạng thái 5D0 xuống mức 7FJ, cụ thể là: D0→7F0 (578 nm), D0→7F1 (592 nm), D0→7F2 (613 nm), 28 D0→7F3 (653 nm), D0→7F4 (702 nm), dịch chuyển từ 5D0 → 7F2 (613 nm) phát quang màu đỏ có cường độ mạnh nhất Dịch chuyển có ứng dụng quan trọng chiếu sáng hiển thị hình ảnh Hình 3.6 Phổ phát quang mẫu M-Eu1.0 ứng với bước sóng kích thích 394 nm Hình 3.7 Phổ phát quang mẫu M-Tb1.0 ứng với bước sóng kích thích 378 nm 29 Hình 3.7 trình bày kết quả đo phổ phát quang của mẫu M-Tb1.0 được kích thích bước sóng 378 nm Phổ phát quang dải phát xạ đặc trưng của ion Tb3+ vùng khả kiến, dải phát xạ này tương ứng với lượng được giải phóng q trình phục hồi từ trạng thái 5D4 xuống mức 7FJ, cụ thể là: 5 D4→7F6 (489 nm), D4→7F5 (543 nm), D4→7F4 (586 nm), D4→7F3 (622 nm), dịch chuyển từ 5D4 → 7F5 (543 nm) phát quang màu xanh lá có cường độ mạnh nhất Dịch chuyển có ứng dụng quan trọng chiếu sáng hiển thị hình ảnh Hình 3.8 Phổ phát quang mẫu đồng pha tạp Eu3+/Tb3+ ứng với bước sóng kích thích 378 nm Hình 3.8 trình bày kết quả đo phổ phát quang của mẫu đồng pha tạp được kích thích bước sóng 378 nm Các đỉnh phát xạ 592 nm, 613 nm, 653 nm 30 702 nm chuyển dời phát xạ 5D0 → 7F1,2,3,4 của ion Eu3+, các đỉnh phát xạ 489 nm, 543 nm 586 nm chuyển dời 5D4 → 7F6,5,4 của ion Tb3+ thủy tinh đồng pha tạp Dưới kích thích 378 nm dạng phổ phát quang của mẫu thu được là tương tự nhau, có sự thay đổi rõ rệt về cường độ phát quang Cường độ phát quang của cả Eu3+ Tb3+ đều tăng với sự gia tăng nồng độ Tb3+ từ cho đến 1,0 % mol và sau suy giảm đới với mẫu M-Eu1.0Tb2.0 với nồng độ 2,0 % mol Tb3+ hiệu ứng dập tắt nồng độ [1, 2, 5, 6] Điều đặc biệt là cường độ phát quang vùng màu đỏ 613 nm (5D0 → 7F2: Eu3+) vùng màu xanh 543 nm (5D4 → 7F5: Tb3+) có sự khác biệt lớn dưới kích thích 378 nm được thể hiện hình 3.9 Hình 3.9 biểu diễn sự thay đổi cường độ xạ đỏ của Eu3+ xạ màu xanh của Tb3+ mẫu đồng pha tạp được kích thích bước sóng 378 nm Hình 3.9 Sự thay đổi cường độ xạ đỏ Eu3+ xạ xanh Tb3+ thủy tinh đồng pha tạp xạ kích thích 378 nm Hình 3.9 cho thấy sự gia tăng cường độ xạ màu xanh của Tb3+ từ 13 đến 39%, ngược lại thì cường độ màu đỏ của Eu3+ giảm từ 87 x́ng 61% được kích thích 378 nm, nồng độ 1,0 % mol Eu3+ không đổi hệ mẫu thủy tinh đồng pha tạp nên sự giải thích cho hiện tượng chứng cho trình truyền lượng từ ion Eu3+ sang Tb3+.7 31 Để giúp hình dung sự truyền lượng này, sơ đồ mức lượng của Eu3+, Tb3+ trình truyền lượng chúng được minh họa Hình 3.10 Khi mẫu được kích thích xạ 378 nm ion Tb3+ kích thích lên mức cao 5D3 từ hồi phục không phát xạ về mức kích thích thấp nhất 5D4 sinh phát xạ từ mức về mức bản (5D4 → 7F5, 5D4 → 7F6) đặc trưng cho Tb3+ Bức xạ 378 nm cũng đồng thời kích thích Eu3+ lên trạng thái 5G2, từ hồi phục về mức D0 để sinh phát xạ đỏ về mức bản (5D0 → 7FJ) Tuy nhiên sự cộng hưởng lượng kích thích, phần lượng hấp thụ Eu3+ truyền sang mức 5D3 của Tb3+ từ mức hồi phục và làm tăng mật độ điện tử mức 5D4 của Tb3+ kích thích 378 nm cuối sinh chuyển dời 5D4 → 7F5 (543 nm), D4 → 7F6 (489 nm) của Tb3+ Hình 3.10 Sơ đồ mức lượng Tb3+, Eu3+ trình truyền lượng thủy tinh đồng pha tạp Eu3+/ Tb3+ 32 3.2.3 Tọa độ màu Hình 3.11 Tọa độ màu mẫu M-Eu1.0 (λex=394 nm) Hình 3.12 Tọa độ màu mẫu M-Tb1.0 (λex=378 nm) Hình 3.13 Tọa độ màu mẫu M-Eu1.0Tb0.1 (λex=378 nm) 33 Hình 3.14 Tọa độ màu mẫu M-Eu1.0Tb0.5 (λex=378 nm) Hình 3.15 Tọa độ màu mẫu M-Eu1.0Tb1.0 (λex=378 nm) Hình 3.16 Tọa độ màu mẫu M-Eu1.0Tb2.0 (λex=378 nm) 34 Tọa độ màu CIE được sử dụng để đánh giá màu sắc của xạ tổng hợp của mẫu thủy tinh, kết quả được thể hiện từ hình 3.11 đến hình 3.16 Tọa độ màu của mẫu thay đổi theo nồng độ khác của tạp Tb3+ và theo bước sóng kích thích được trình bày dưới bảng 3.1 Bảng 3.1 Tọa độ màu mẫu thay đổi theo nồng độ khác tạp Tb3+ theo bước sóng kích thích Bước sóng kích Tọa độ màu thích (R,G,B) M-Eu1.0 394 nm 255, 0, Màu đỏ M-Tb1.0 378 nm 67, 255, 51 Màu xanh M-Eu1.0Tb0.1 378 nm 255, 88, 36 Màu đỏ cam M-Eu1.0Tb0.5 378 nm 255, 121, 37 Màu đỏ cam M-Eu1.0Tb1.0 378 nm 255, 150, 48 Màu cam M-Eu1.0Tb2.0 378 nm 255, 181, 80 Màu cam STT Tên mẫu Màu sắc Như vậy thấy đối với mẫu đồng pha tạp Eu3+/ Tb3+ giữ nguyên nồng độ Eu3+ % mol và thay đổi hàm lượng pha tạp Tb3+ từ 0,1 đến 2% mol xạ thay đổi từ màu đỏ cam sang màu cam trình truyền lượng từ Eu3+ sang Tb3+ chúng cho thấy khả điều chỉnh xạ dưới sự thay đổi của nồng độ pha tạp Tb3+ Từ có thể mở hướng nghiên cứu mới ta có thể thay đổi nồng độ pha tạp để cho tọa độ màu có thể dịch chuyển về vùng ánh sáng theo mong ḿn Vì vậy vật liệu có triển vọng dùng để chế tạo LED màu hay LED trắng 35 PHẦN KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu chúng đã hoàn thành được các mục tiêu của đề tài đặt Các kết quả đã đạt được của đề tài sau: - Đã chế tạo thành công mẫu thủy tinh oxit pha tạp Eu3+; pha tạp Tb3+; đồng pha tạp Eu3+ - Tb3+ phương pháp nóng chảy Các phép phân tích nhiễu xạ tia X và ảnh SEM đã đánh giá được cấu trúc cũng hình thái bề mặt của vật liệu chế tạo - Đã khảo sát được tính chất quang của các mẫu đã chế tạo thông qua phổ kích thích phát quang và phổ phát quang Từ các khảo sát này cho thấy có sự tăng cường xạ màu xanh các mẫu đồng pha tạp Eu3+/ Tb3+ là có sự truyền lượng từ ion Eu3+ sang ion Tb3+ - Đã xác định được tọa độ màu của tất cả các mẫu đã chế tạo Từ cho thấy cách thay đổi bước sóng kích thích hay nồng độ pha tạp mà chúng ta có thể điều chỉnh được xạ phát của vật liệu về vùng ánh sáng theo mong muốn Do sự hạn chế về thời gian nghiên cứu nên chúng tơi chưa có điều kiện nghiên cứu sâu về chế truyền lượng từ Eu3+ sang Tb3+ cũng tìm điều kiện tối ưu chế tạo vật liệu để hiệu suất phát quang cao nhất và sớm được đưa vào ứng dụng thực tế 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] X Zheng, M Yang, G Wang, W Zhou, J Zhang, L Yu, P Wang, Z Qiu, C Li, S Lian, Luminescence tuning of Tb/Eu Co-doped zinc aluminoborosilicate glasses for white LED applications, Ceram Int 46 (2020) 26608–26615 [2] Natalia Pawlik, Barbara Szpikowska-Sroka, W.A Pisarski, Energy transfer study on Tb3+/Eu3+ co-activated sol-gel glass-ceramic materials containing MF3 (M = Y, La) nanocrystals for NUV optoelectronic devices, Materials 13 (2020) 2522 [3] M.E Alvarez-Ramos, J Alvarado-Rivera, F Felix-Dominguez, R.C CarrilloTorres, R Sanchez-Zeferino, G Saavedra-Rodriguez, Multicolor green to orange-red emission of Tb3+ and Eu3+ -codoped tellurite glasses: Eu3+ concentration and Tb3+→ Eu3+ energy transfer, Appl Phys A 129 (2022) 75 [4] Tran Thi Hong, Phan Tien Dung and Vu Xuan Quang (2019), Luminescence studies of Eu3+ions in tellurite glass ceramics, International Journal of Modern Physics B, Vol.33 No.17, 1950179-1950191 [5] C Zhu, S Chaussedent, S Liu, Y Zhang, A Monteil, N Gaumer, Y Yue, Composition dependence of luminescence of Eu and Eu/Tb doped silicate glasses for LED applications, J Alloys Compd 555 (2013) 232–236 [6] R Bajaj, A.S Rao, G Vijaya Prakash, Photoluminescence down-shifting studies of thermally stable Eu3+ ions doped borosilicate glasses for visible red photonic device applications, J Non-Cryst Solids 575 (2022), 121184 [7] R Boda, G Srinivas, D Komaraiah, Md Shareefuddin, M.N Chary, R Sayanna, Structural and UV-vis absorption studies of alkaline earth zinc bismuth borate glasses doped with Eu3 + ions, IOSR J Appl Phys (2015) 27 – 34 [8] Phan văn Thích (1973), Hiện tượng huỳnh quang và kĩ thuật phân tích huỳnh quang (Giáo trình chuyên đề) Đại học tổng hợp Hà Nội [9] Vũ Xuân Quang (2001), Quang phổ của các tâm điện tử vật rắn, Viện khoa học vật liệu, Viện Khoa học công nghệ Việt Nam [10] G Blasses, B.C Grabmair, Luminescence materials, Stringer_Verlag, Berlin Heidelberg, 1994 37 [11] K.J.Rao, (2002), Structural Chemistry of Glasses Elsevier Science Ltd.: Oxford [12] E Le Bourhis, (2008), Glass: Mechanics and Technology, Wiley-VCH: Weinheim, Germany [13] C.G Walrand, K Binnemans, (1998), Spectral intensities of f - f transitions, Handbook on the physics and chemistry of Rare Earths, Vol 25 [14] G.H Dieke, H.M Crosswhite, H Crosswhite, (1968), Spetra and energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals, Interscience, New York [15] Phạm Thị Ngọc Lan (2018), Nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác CuS/ ZnS cấu trúc lõi/ vỏ dạng tinh thể nano hoạt động vùng phổ khả kiến nhằm ứng dụng xử lí nhiễm môi trường (Luận văn thạc sĩ Vật Lí), Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên [16] Trần Thị Hồng (2020), Nghiên cứu chế tạo tính chất quang của thủy tinh pha tạp nguyên tố đất hiếm nhằm ứng dụng lĩnh vực thông tin quang vật liệu chiếu sáng rắn (Đề tài khoa học công nghệ cấp bộ), Đại học Đà Nẵng 38