Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 368 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ION MN 2+ LÊN PHỔ PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU NỀN ALUMINATE SURVEY THE INFLUENCE OF ION MN 2+ TO LUMINESCENT SPECTRA OF ALUMINATE MATERIALS GVHD: NGUYỄN VĂN CƯỜNG, Khoa Vật Lý, Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng SVTH: VŨ THỊ CHUNG THUỶ, Lớp 04VL,Khoa Vật Lý, Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng TÓM TẮT: Trong báo cáo này, tác giả giới thiệu một số kết quả khảo sát phổ phát quang của vật liệu aluminate kiềm thổ có pha tạp ion Mn 2+ . Từ các kết quả thu được tác giả rút ra một số kết luận về ảnh hưởng của ion này lên phổ phát quang của các vật liệu aluminate kiềm thổ. ABSTRACT: In this paper, author present some the result was studied about the Aluminate material spectra have droped ion Mn 2+ . Due to the result was obtained, the author was drawn some conclusion about the influence of this one to luminescent spectra of the Aluminate alkali earth material. 1. MỞ ĐẦU: Các chất phát quang nói chung và chất lân quang dài nói riêng đã được phát hiện và chú ý nghiên cứu từ hàng trăm năm nay với nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học như: Antonop, Clemen, Lepsin… Và hiện tượng phát quang của các chất này có rất nhiều ứng dụng trong khoa học, kỹ thuật và đời sống. Người ta nhận thấy rằng một số chất lân quang của ZnS như: ZnS:Cu + có thể tạo ra hiện tượng phát quang trong khoảng thời gian phát quang có thể kéo dài đến 40 phút, hay ZnS:Cu + , Co 2+ có thời gian phát quang có thể lên đến 1,5 tiếng. Người ta cũng tìm và phát triển một số chất lân quang có thời gian phát quang tương tự nhưng có đặc tính nổi trội hơn đó là có thể bị kích thích dưới ánh sáng khả kiến như CaS, SrS… Đến trước những năm 90, các chất lân quang được chế tạo đều có thời gian phát quang cỡ vài giờ đồng hồ. Điều này làm hạn chế các ứng dụng các chất lân quang trong thực tế. Năm 1996, Matsarawa đã tạo ra chất lân quang mới SrAl 2 O 4: Eu 2+ , Dy 3+ dựa trên chất lân quang đã biết đó là SrAl 2 O 4: Eu 2+ được tìm thấy vào năm 1971 có thể phát quang ở bước sóng 520 nm (xanh lục) trong thời gian 16 giờ. Sau đó, người ta đã tạo ra CaAl 2 O 4 : Eu 2+ , Nd 3+ có khả năng phát quang ở bước sóng 450 nm trong khoảng thời gian tương tự như SrAl 2 O 4: Eu 2+ , Dy 3+ . Thời gian phát quang khá dài của những chất lân quang mới đã thu hút được nhiều sự chú ý của giới khoa học và mở ra nhiều ứng dụng trong thực tế của các chẩt lân quang mới này. Với điều kiện hiện có của phòng thí nghiệm trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng, các tác giả đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của việc pha ion Mn 2+ vào trong vật liệu nền aluminate kiềm thổ, để từ đó rút ra một số nhận xét cần thiết cho việc chế tạo chất lân quang dài từ vật liệu aluminate kiềm thổ. Đó là lý do chúng tôi chọn đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của ion Mn 2+ lên phổ phát quang của vật liệu nền Aluminate”. 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU: Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 369 Phương pháp đo phổ phát quang là một trong những phương pháp hiện đại được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, phương pháp này dựa trên phép phân tích phổ phát quang của các chất được khảo sát. Phổ phát quang được biểu diễn dưới dạng đường cong, mỗi đường cong được đặc trưng bởi bước sóng max mà tại đó sự phát quang xảy ra mạnh nhất. Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Mn 2+ lên phổ phát quang của vật liệu nền, ta tiến hành đo phổ phát quang của vật liệu nền khi có pha tạp ion Mn 2+ với những nồng độ khác nhau, sau đó so sánh sự thay đổi cường độ phát quang của các đỉnh phổ để rút ra những kết luận cần thiết. Vật liệu khảo sát trong báo cáo này là các vật liệu aluminate kiềm thổ, là một trong những chất lân quang đang được quan tâm nghiên cứu bởi khả năng tạo ra sự phát quang kéo dài khi được pha thêm vào các ion kim loại chuyển tiếp (Mn), nhiều ion có khả năng phát quang dài trong Aluminate mà không cần đồng kích hoạt. Để có thể khảo sát được sự phát quang chúng ta cần tạo được vật liệu mẫu. Với điều kiện hiện có của phòng thí nghiệm, tác giả tiến hành nghiền trộn hỗn hợp gồm các muối cacbonat của các ion kim loại kiềm (Ca,Ba,Mg), oxit nhôm (Al 2 O 3 ), hợp chất clorua ngậm nước của ion Mn 2+ với các nồng độ 0,1% , 0,2% , 0,5% , 0,7% , 1%. Sau đó hỗn hợp được nung trong lò nung nhiệt độ cao ở các nhiệt độ khác nhau (1200, 1225, 1250, 1275, 1300 o C). Sau khi nung các mẫu được để nguội tự nhiên trong vài giờ. Sau đó lấy mẫu ra và tiến hành rửa lại bằng cồn tuyệt đối để loại bỏ tạp chất. Các mẫu sau khi đã hoàn chỉnh được gởi đi đo phổ phát quang của mẫu. Các mẫu được nung ở các nhiệt độ khác nhau nhưng tác giả chỉ xét các mẫu nung ở nhiệt độ 1275 là chủ yếu. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: Phổ phát quang của các vật liệu Aluminate kiềm thổ: o Phổ phát quang của CaAl 2 O 4 :Mn 2+ : 500 550 600 650 700 0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 7000000 a. 0,2%Mn b. 0,5%Mn c. 0,7%Mn d. 1,0%Mn d c b a Intensity Wavelength (nm) Hình 1:Đường cong phát quang của CaAl 2 O 4 :Mn 2+ a: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,2% Mn b: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,5% Mn c: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,7% Mn d: Đường cong phát quang ở nồng độ 1% Mn Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 370 Nhận xét: Đường cong phát quang là một dải phổ rộng, ta thấy đỉnh phổ có bước sóng max = 550 nm nằm trong khoảng từ 540 nm - 550 nm phù hợp với số liệu về đỉnh phát quang của Mn. Khi pha ion Mn 2+ vào vật liệu CaAl 2 O 4 trong khoảng pha tạp từ 0,2% - 1% thì xuất hiện sự phát quang và cường độ phát quang mạnh nhất khi nồng độ pha tạp là 0,7% Mn. o Phổ phát quang của BaAl 2 O 4 : Mn 2+ 400 500 600 700 800 -100000 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 1000000 1100000 a. 0,1%Mn b. 0,2%Mn c. 0,5%Mn d. 0,7%Mn e. 1,0%Mn e d c b a Intensity Wavelength(nm) Hình 2: Đường cong phát quang của BaAl 2 O 4 : Mn 2+ a: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,1%Mn b: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,2% Mn c: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,5% Mn d: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,7% Mn e: Đường cong phát quang ở nồng độ 1% Mn Nhận xét: Ta thấy các đường cong phát quang là các dải phổ rộng rất đối xứng có đỉnh phổ có bước sóng max = 543nm phù hợp với số liệu về đỉnh phát quang của Mn. Tuy nhiên với nồng độ 0,1% Mn thì cường độ phát quang rất thấp, còn cường độ phát quang mạnh nhất khi nồng độ pha tạp là 0,5% Mn. Ngoài ra, còn có đỉnh thấp khác là đỉnh của các tạp chất, hay của các khuyết tật trong mạng nhưng với nồng độ thấp. o Phổ phát quang của MgAl 2 O 4 : Mn 2+ Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 371 400 450 500 550 600 650 700 750 0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 a. 0,2%Mn b. 0,5%Mn c. 0,7%Mn d. 1,0%Mn d c b a Intensity Wavelength (nm) Hình 3: Đường cong phát quang của MgAl 2 O 4 : Mn 2+ a: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,2% Mn b: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,5% Mn c: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,7% Mn d: Đường cong phát quang ở nồng độ 1% Mn Nhận xét: Đường cong phát quang là dải phổ rộng rất đối xứng có đỉnh phổ nằm trong khoảng bước sóng 540 nm - 555 nm, max cỡ 540 nm. Khi pha ion Mn 2+ vào vật liệu MgAl 2 O 4 thì xuất hiện sự phát quang với cường độ phát quang mạnh nhất khi nồng độ pha tạp là 0,7% Mn. Có kết quả như vậy là do các mẫu nung ở nhiệt độ 1275 o C nồng độ magie aluminate lớn. KẾT LUẬN Với kết quả thu được sau khi khảo sát phổ phát quang của các vật liệu nhóm Aluminate kiềm thổ: CaAl 2 O 4 , BaAl 2 O 4 , MgAl 2 O 4 và so sánh các đường cong phát quang của chúng, ta thấy các đỉnh phổ phát quang của đường cong phát quang đều nằm trong khoảng bước sóng phù hợp với các số liệu về đỉnh phát quang của Mn (520 – 550 nm). Đồng thời ta có thể xác định được pha tạp Mn phù hợp với vật liệu nào nhất trong nhóm vật liệu Aluminate. Từ những nhận xét đó tác giả đã rút ra một số kết luận sau: - Sự dịch chuyển vị trí cực đại phổ của Mn nằm trong khoảng bước sóng từ 540 nm đến 550 nm, đây chính là bước chuyển của Mn trong trường tinh thể của vật liệu nền Aluminate. - Với pha tạp Mn thì nồng độ pha tạp nằm trong khoảng 0,5 % - 0,7% tạo ra sự phát quang tốt nhất. - Đối với nhóm vật liệu aluminate thì chất pha tạp Mn phù hợp nhất với vật liệu nền là CaAl 2 O 4 với cường độ phát quang lớn nhất nằm ở bước sóng 550 nm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Văn Thích, Hiện tượng huỳnh quang và kỹ thuật phân tích huỳnh quang, Đại học tổng hợp Hà Nội. [2] Nguyễn Mạnh Sơn, Lên Văn Tuất (2007), “Các nghiên cứu phát quang của vật liệu laluminate pha tạp nguyên tố đất hiếm”, Đại học Huế. [3] Vũ Xuân Quang (1999), Quang phổ của các tâm điện tử trong vật rắn, Viện khoa học vật liệu. [4] “Long persistent phosphor”(2006), Journal of Luminescence. . tại đó sự phát quang xảy ra mạnh nhất. Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Mn 2+ lên phổ phát quang của vật liệu nền, ta tiến hành đo phổ phát quang của vật liệu nền khi có pha tạp ion Mn 2+ . sát phổ phát quang của vật liệu aluminate kiềm thổ có pha tạp ion Mn 2+ . Từ các kết quả thu được tác giả rút ra một số kết luận về ảnh hưởng của ion này lên phổ phát quang của các vật liệu aluminate. Đà Nẵng - 2008 368 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ION MN 2+ LÊN PHỔ PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU NỀN ALUMINATE SURVEY THE INFLUENCE OF ION MN 2+ TO LUMINESCENT SPECTRA OF ALUMINATE MATERIALS GVHD: