VAI TRÒ của các tâm, bẫy và các KHUYẾT tật TRONG vật LIỆU lân QUANG dài caal2o4 PHA tạp các ION đất HIẾM (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN NGỌC TRÁC VAI TRÒ CỦA CÁC TÂM, BẪY VÀ CÁC KHUYẾT TẬT TRONG VẬT LIỆU LÂN QUANG DÀI CaAl 2 O 4 PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62.44.01.04 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Huế, 2015 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Mạnh Sơn PGS. TS. Phan Tiến Dũng Phản biện 1: …………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… Phản biện 3: …………………………………………………… Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế, họp tại: ………………………………………………………………………… Vào hồi … giờ … ngày … tháng … năm …………. Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư viện Quốc gia Hà Nội 2. Trung tâm Học liệu – Đại học Huế 3. Thư viện trường Đại học Khoa học – Đại học Huế MỞ ĐẦU Vật liệu phát quang đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng trong kỹ thuật và đời sống như: kỹ thuật quang học, công nghệ chiếu sáng, ống tia cathode, công nghệ hiển thị tín hiệu, diode phát quang,… Bên cạnh đó, vật liệu lân quang là vật liệu phát quang kéo dài sau khi ngừng kích thích ở nhiệt độ phòng cũng luôn được quan tâm. Trong những năm gần đây, vật liệu lân quang dài và có độ chói cao trên nền aluminate kiềm thổ MAl 2 O 4 (M: Sr, Ca, Ba) pha tạp các ion đất hiếm (Eu 2+ , RE 3+ ) đã và đang được quan tâm nghiên cứu. Loại vật liệu này có nhiều ưu điểm vượt trội, đó là độ chói cao, thời gian lân quang dài, không gây độc hại cho con người và môi trường. Nhiều nghiên cứu tập trung vào vai trò của ion Eu 2+ trong các nền aluminate kiềm thổ MAl 2 O 4 , một số khác tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của ion đất hiếm hoá trị 3 đồng kích hoạt. Đồng pha tạp các nguyên tố đất hiếm vào vật liệu nền tạo ra các tâm bẫy là phương pháp phổ biến nhất trong việc chế tạo vật liệu lân quang dài. Các tâm bẫy này thường là bẫy điện tử và bẫy lỗ trống do sự thay đổi hoá trị của các ion pha tạp xảy ra trong quá trình truyền điện tích. Trong quá trình chế tạo vật liệu, các ion Eu 3+ được khử thành ion Eu 2+ và thay thế vào các vị trí của ion kim loại kiềm thổ gây nên khuyết tật mạng. Khi vật liệu được đồng pha tạp các ion đất hiếm hóa trị ba theo một tỷ lệ thích hợp sẽ hình thành mật độ bẫy và độ sâu bẫy phù hợp, làm gia tăng đáng kể hiệu suất lân quang. Nói chung, trong vật liệu MAl 2 O 4 : Eu 2+ , RE 3+ , các ion đất hiếm thay thế vị trí của các ion kiềm thổ M 2+ trong mạng gây nên sai hỏng mạng, các ion Eu 2+ đóng vai trò là tâm phát quang và các ion đất hiếm hoá trị 3+ đóng vai trò là bẫy lỗ trống. Cường độ và cực đại phổ bức xạ chịu ảnh hưởng mạnh bởi nồng độ của ion Eu 2+ và loại ion kiềm thổ trong mạng nền aluminate kiềm thổ. Các công nghệ chế tạo khác nhau cũng đã được thực hiện nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất lân quang của vật liệu. Mặc dầu vậy, các nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt, thành phần pha tạp và công nghệ chế tạo đến tính chất phát quang của vật liệu phát quang trên nền aluminate kiềm thổ, pha tạp các ion đất hiếm đang là vấn đề thời sự. Việc xác định sự ảnh hưởng của các nguyên tố kiềm thổ trong mạng nền và các ion đồng pha tạp đến việc hình thành các khuyết tật mạng, làm gia tăng hiệu suất phát quang chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng. Vì vậy, việc nghiên cứu vai trò các khuyết tật, các tâm, bẫy của vật liệu lân quang, tác động của công nghệ chế tạo vật liệu và sự ảnh hưởng của các ion pha tạp đến các khuyết tật, nhằm nâng cao hiệu suất lân quang đang là vấn đề cần thiết và có ý nghĩa khoa học rất lớn trong nghiên cứu cơ bản và ứng dụng. Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài luận án là: “Vai trò của các tâm, bẫy và các khuyết tật trong vật liệu lân quang dài CaAl 2 O 4 pha tạp các ion đất hiếm”. Mục tiêu của luận án là: - Nghiên cứu và chế tạo vật liệu phát quang hiệu suất cao trên nền CaAl 2 O 4 (CAO) đồng pha tạp các nguyên tố đất hiếm bằng phương pháp nổ. - Xác định công nghệ chế tạo và tối ưu việc pha tạp để có hiệu suất lân quang cao. - Nghiên cứu các hiện tượng phát quang và cơ chế lân quang của vật liệu CAO đồng pha tạp các nguyên tố đất hiếm. - Đánh giá sự hình thành của tâm, bẫy và các khuyết tật và vai trò của chúng để giải thích cơ chế phát quang của vật liệu. Đối tượng nghiên cứu: Các hệ vật liệu CaAl 2 O 4 pha tạp các ion đất hiếm. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thực nghiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Luận án là một đề tài nghiên cứu khoa học cơ bản có định hướng ứng dụng. Vật liệu aluminate kiềm thổ pha tạp các ion đất hiếm có cấu trúc phức tạp, các khuyết tật đa dạng và chưa được nghiên cứu nhiều. Việc pha tạp các ion đất hiếm thay thế vị trí các ion kim loại kiềm thổ trong mạng nền làm hình thành các tâm phát quang với màu bức xạ khác nhau. Trong các chất nền pha tạp các ion đất hiếm, khi chiếu bức xạ ion hóa, có sự chuyển đổi hóa trị RE 3+ - RE 2+ . Do vậy việc nghiên cứu các tính chất quang học và cơ chế phát quang được thực hiện bằng các phương pháp quang phổ học, cho phép đánh giá sâu sắc hơn về cấu trúc, thành phần và bản chất các tâm và bẫy trong các vật liệu phát quang. Bố cục của luận án: Luận án được trình bày trong bốn chương, bao gồm 115 trang. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Trình bày tổng quan về các hiện tượng phát quang và các cơ chế động học được sử dụng để giải thích các hiện tượng này. Các đặc trưng cấu trúc của mạng tinh thể calcium aluminate, đặc trưng phát quang của các ion đất hiếm và các nghiên cứu về giản đồ tọa độ cấu hình cũng được trình bày. CHƯƠNG 2. CHẾ TẠO VẬT LIỆU CaAl 2 O 4 PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ 2.1. Giới thiệu về phương pháp nổ Phương pháp nổ được biết đến như một phản ứng tỏa nhiệt giữa nitrate kim loại và nhiên liệu. Đây là một phản ứng oxi hóa - khử với nhiệt lượng tỏa ra khá cao, trong đó quá trình oxi hóa và quá trình khử xảy ra đồng thời. 2.2. Vai trò của nhiên liệu trong phương pháp nổ Việc lựa chọn loại nhiên liệu đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng đến sự hình thành cấu trúc và tính chất quang của vật liệu. 2.3. Động học của phản ứng nổ Động học của phản ứng nổ là khá phức tạp. Các thông số ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm: loại nhiên liệu, tỷ số O/F, khối lượng nhiên liệu, nhiệt độ nổ, lượng nước chứa trong hỗn hợp trước khi nổ… Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình nổ cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi các thông số này. 2.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ đến cấu trúc và tính chất phát quang của vật liệu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ 2.4.1. Chế tạo vật liệu Vật liệu CAO: Eu 2+ (1 % mol), Nd 3+ (0,5 % mol) được chế tạo bằng phương pháp nổ. Đầu tiên, các dung dịch muối nitrate của phối liệu ban đầu cùng với chất chảy B 2 O 3 , urea được pha theo tỷ lệ số mol của phản ứng. Hỗn hợp được khuấy ở nhiệt độ 70 o C đến khi tạo thành gel màu trắng đục. Gel được sấy khô và sau đó được nổ ở 580 o C trong 5 phút. 2.4.2. Khảo sát cấu trúc và vi cấu trúc của vật liệu 2.4.2.1. Khảo sát cấu trúc vật liệu theo hàm lượng urea Cấu trúc của vật liệu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ được khảo sát với nhiệt độ nổ là 580 o C và hàm lượng chất chảy B 2 O 3 là 5 % wt. Tỉ lệ mol urea (n urea ) được thay đổi từ 14 đến 20 lần số mol sản phẩm (n CAO ) (hình 2.3). Với n urea = 14n CAO , nhiên liệu không đủ để phản ứng nổ xảy ra. Khi n urea = 18n CAO , vật liệu có cấu trúc đơn pha, pha đơn tà của CaAl 2 O 4 . Trong giản đồ nhiễu xạ không xuất hiện pha của các ion đất hiếm. Với các tỷ lệ mol urea khác, trong cấu trúc vật liệu còn tồn tại pha CaAl 4 O 7 . 2.4.2.2. Khảo sát cấu trúc vật liệu theo nhiệt độ nổ Cấu trúc của vật liệu được khảo sát với n urea = 18n CAO , hàm lượng B 2 O 3 là 5 % wt. Nhiệt độ nổ được thay đổi từ 520 đến 600 o C (hình 2.4). Ở nhiệt độ nổ là 580 o C, vật liệu có cấu trúc đơn pha, pha đơn tà của CaAl 2 O 4 . Ở các nhiệt độ nổ khác, trong cấu trúc vật liệu còn tồn tại pha CaAl 4 O 7 với tỷ phần bé. 2.4.2.2. Khảo sát cấu trúc vật liệu theo hàm lượng B 2 O 3 Cấu trúc của vật liệu được khảo sát với hàm lượng urea và nhiệt độ nổ tương ứng là n urea = 18n CAO và 580 o C. Hàm lượng B 2 O 3 được thay đổi từ 2 % wt đến 5 % wt (hình 2.5). Với hàm lượng B 2 O 3 là 2 % wt, trong giản đồ XRD còn tồn tại pha CaAl 4 O 7 . Các mẫu còn lại có cấu trúc đơn pha CaAl 2 O 4 , pha đơn tà. Vi cấu trúc của vật liệu được khảo sát bằng ảnh SEM với hàm lượng B 2 O 3 thay đổi (hình 2.6). Các mẫu đều có dạng xốp, và kết đám. Bề mặt của các mẫu có nhiều kẻ hở và khoảng trống, có thể là do hiện tượng thoát khí trong quá trình nổ. Với hàm lượng B 2 O 3 bằng 4 wt, vật liệu có cấu trúc thanh tinh thể (hình 2.6c). Kích thước của các hạt vào cỡ vài trăm nm. 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 C-êng ®é (CPS) 2 ®é          580 o C 560 o C 540 o C 520 o C 600 o C  CaAl 4 O 7  CaAl 2 O 4  Hình 2.4. Giản đồ XRD của các mẫu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ nổ ở nhiệt độ khác nhau 20 30 40 50 60 70  CaAl 4 O 7  CaAl 2 O 4  2 ®é   C- êng ®é (CPS)        n = 18 n = 17 n = 16 n = 15 n = 14 n = 20 n = 19 Hình 2.3. Giản đồ XRD của các mẫu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ với nồng độ urea thay đổi 20 30 40 50 60 70 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 B 2 O 3 : 5 % wt. B 2 O 3 : 4 % wt. B 2 O 3 : 3 % wt. B 2 O 3 : 2 % wt. Lin (Cps) 2-Theta - Scale CaAl 4 O 7 Hình 2.5. Giản đồ nhiễu xạ của CAO: Eu 2+ , Nd 3+ với hàm lượng B 2 O 3 thay đổi Hình 2.6. Ảnh SEM của CaAl 2 O 4 : Eu 2+ , Nd 3+ với hàm lượng B 2 O 3 thay đổi (x % wt) - (a): 2; (b): 3; (c): 4; (d): 5 2.4.3. Tính chất phát quang của vật liệu Phổ phát quang (PL) của các mẫu với hàm lượng urea khác nhau được biểu diễn trên hình 2.7. 400 450 500 550 600 650 700 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 7 6 5 4 3 2 1 C-êng ®é PL (®vt®) B- í c sãng (nm) (1) n = 14 (2) n = 15 (3) n = 16 (4) n = 17 (5) n = 18 (6) n = 19 (7) n = 20 Hình 2.7. Phổ phát quang của CAO: Eu 2+ , Nd 3+ với nồng độ urea khác nhau 400 420 440 460 480 500 520 540 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 (1) (1) 520 0 C (2) (2) 540 0 C (3) (3) 560 0 C (4) (4) 580 0 C (5) (5) 600 0 C C-êng ®é PL (®vt®) B- í c sãng (nm) 4 5 1 2 3 Hình 2.8. Phổ phát quang của CAO: Eu 2+ , Nd 3+ nổ ở các nhiệt độ khác nhau Phổ PL của mẫu ứng với n urea = 14n CAO có dạng các vạch hẹp đặc trưng cho bức xạ của ion Eu 3+ . Khi n urea tăng, phổ PL là một dải rộng có cực đại ở bước sóng 442 nm, đặc trưng cho bức xạ của ion Eu 2+ , không xuất hiện các vạch hẹp đặc trưng của ion Eu 3+ và Nd 3+ . Cường độ bức xạ tăng khi n urea tăng và tối ưu khi n urea = 18n CAO . Chứng tỏ rằng, trong quá trình nổ với hàm lượng urea n urea = 18n CAO , ion Eu 3+ đã bị khử hoàn toàn thành ion Eu 2+ , tạo ra mật độ tâm PL thích hợp, dẫn đến cường độ PL tốt nhất. Phổ PL của CAO: Eu 2+ , Nd 3+ nổ ở các nhiệt độ khác nhau được trình bày ở hình 2.8. Các phổ PL đều có dạng dải rộng với cực đại bức xạ tại 442 nm. Cường độ PL đạt cực đại ứng với mẫu có nhiệt độ nổ là 580 o C. b c d a Phổ PL của các mẫu cũng được khảo sát theo hàm lượng B 2 O 3 ứng với bức xạ kích thích có bước sóng 365 nm (hình 2.9). Phổ PL của các mẫu với hàm lượng B 2 O 3 khác nhau đều có dạng dải rộng, đặc trưng bức xạ của ion Eu 2+ . Cường độ PL của vật liệu phụ thuộc vào hàm lượng B 2 O 3 , và đạt cực đại ứng với vật liệu có hàm lượng B 2 O 3 là 4 % wt. 2.5. Chế tạo vật liệu CaAl 2 O 4 : Eu 2+ , Nd 3+ bằng phương pháp nổ kết hợp kỹ thuật siêu âm hặc vi sóng 2.5.1. Chế tạo vật liệu Hỗn hợp phối liệu ban đầu (bao gồm cả urea và B 2 O 3 ) được kích thích bởi vi sóng hoặc siêu âm trong khoảng 20 phút, sau đó tiếp tục được khuấy gia nhiệt cho đến lúc tạo thành gel. Gel được sấy khô, sau đó nổ ở 580 o C trong 5 phút. Phương pháp nổ kết hợp siêu âm hoặc vi sóng có thời gian chế tạo vật liệu ngắn hơn hẳn so với phương pháp nổ thông thường. Trong đó, phương pháp nổ kết hợp vi sóng có thời gian chế tạo ngắn nhất. 2.5.2. Khảo sát cấu trúc của vật liệu Giản đồ XRD của vật liệu được biểu diễn trên hình 2.10. Các mẫu chế tạo bằng phương pháp nổ thông thường và phương pháp nổ kết hợp siêu âm có cấu trúc đơn pha, pha đơn tà nhưng mẫu chế tạo bằng phương pháp nổ kết hợp vi sóng còn xuất hiện một pha của CaAl 4 O 7 . Trong quá trình kích thích vi sóng, một lượng urea bị bay hơi và dẫn đến nhiệt lượng tỏa ra trong phản ứng nổ chưa đủ để tạo pha của sản phẩm. 20 30 40 50 60 0 50 100 150 200 KÕt hî p vi sãng KÕt hî p siªu ©m Ph- ¬ng ph¸p næ C-êng ®é (CPS) 2 : CaAl 4 O 7 Hình 2.10. Giản đồ XRD của CAO: Eu 2+ , Nd 3+ chế tạo bằng các phương pháp khác nhau 400 450 500 550 0 1 2 3 (1) x = 2 % (2) x = 3 % (3) x = 4 % (4) x = 5 % C-êng ®é PL (®vt®) B- í c sãng (nm) (1) (2) (3) (4) Hình 2.9. Phổ PL của vật liệu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ với B 2 O 3 x % wt. (x = 2, 3, 4, 5) 2.5.3. Khảo sát phổ phát quang của vật liệu Phổ PL của các mẫu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ được chế tạo bằng phương pháp khác nhau được khảo sát với bức xạ kích thích có bước sóng 365 nm. Các phổ đều có dạng dải rộng, có cùng cực đại ở 442 nm, đặc trưng cho bức xạ của ion Eu 2+ . Phổ PL của mẫu chế tạo bằng phương pháp nổ kết hợp vi sóng có cường độ tốt nhất (hình 2.11). 2.6. Quy trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp nổ kết hợp vi sóng Căn cứ vào các kết quả khảo sát về tác động của siêu âm hoặc vi sóng, chúng tôi chọn phương pháp nổ kết hợp với kỹ thuật vi sóng để chế tạo vật liệu vì các ưu điểm: thời gian chế tạo được rút ngắn đáng kể, vật liệu có hiệu suất phát quang cao. Nhằm chế tạo được vật liệu có cấu trúc đơn pha, chúng tôi đã điều chỉnh ở công đoạn kích thích vi sóng. Thời gian, thời điểm kích thích vi sóng cũng như các chế độ vi sóng được khảo sát một cách chi tiết. Quy trình chế tạo được mô tả ở hình 2.12. Với việc điều chỉnh các chế độ vi sóng phù hợp, sẽ tránh được việc urea bị thất thoát do bay hơi trong quá trình kích thích vi sóng. Như vậy lượng nhiên liệu sẽ được đảm bảo đủ để phản ứng nổ xảy ra hoàn toàn, tạo ra sản phẩm có cấu trúc đơn pha (hình 2.13). 400 450 500 550 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 C-êng ®é PL (®vt®) B- í c sãng (nm) (1) Ph- ¬ng ph¸p næ (2) KÕt hî p siªu ©m (3) KÕt hî p vi sãng (3) (1) (2) Hình 2.11. Phổ PL của CAO: Eu 2+ , Nd 3+ chế tạo bằng các phương pháp khác nhau Hình 2.12. Quy trình chế tạo vật liệu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ bằng phương pháp nổ kết hợp vi sóng Hình 2.13. Giản đồ XRD của CAO: Eu 2+ , Nd 3+ chế tạo bằng phương pháp nổ kết hợp vi sóng 2.7. Các hệ vật liệu đã chế tạo được sử dụng nghiên cứu trong luận án Từ các kết quả khảo sát về ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ cũng đến cấu trúc và tính chất phát quang của vật liệu CAO: Eu 2+ , Nd 3+ chế tạo bằng phương pháp nổ, các điều kiện công nghệ tối ưu được xác định như sau: hàm lượng chất chảy B 2 O 3 bằng 4 % wt, tỷ lệ mol urea bằng 18 số mol sản phẩm và nhiệt độ nổ là 580 o C. Các điều kiện công nghệ này được áp dụng vào phương pháp nổ kết hợp vi sóng để chế tạo các hệ vật liệu sử dụng nghiên cứu trong luận án, các hệ vật liệu này được liệt kê ở bảng 2.3. Bảng 2.3. Các hệ vật liệu sử dụng nghiên cứu trong luận án TT Tên vật liệu 01 CaAl 2 O 4 : Eu 2+ (x % mol) 02 CaAl 2 O 4 : Eu 2+ (1 % mol), Nd (x % mol) 03 CaAl 2 O 4 : Eu 2+ (1 % mol), Gd (x % mol) 04 CaAl 2 O 4 : Eu 2+ (1 % mol), Dy (x % mol) 05 CaAl 2 O 4 : Eu 2+ (1 % mol), Nd (0,5 % mol), Gd (x % mol) 06 CaAl 2 O 4 : Eu 2+ (1 % mol), Nd (0,5 % mol), Dy (x % mol) Với x = 0 ÷ 2,5 CHƯƠNG 3. VAI TRÒ CỦA TÂM KÍCH HOẠT VÀ BẪY TRONG VẬT LIỆU CaAl 2 O 4 ĐỒNG PHA TẠP CÁC ION Eu 2+ VÀ RE 3+ (RE: Nd, Gd, Dy) 3.1. Phát quang của vật liệu CAO: Eu 2+ 3.1.1. Phổ phát quang Phổ PL của hệ vật liệu CAO: Eu 2+ (x % mol), với x = 0 ÷ 2,0, được khảo sát ứng với bức xạ kích thích 365 nm (hình 3.1). 400 450 500 550 600 650 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 (1) x = 0 (2) x = 0,5 (3) x = 1,0 (4) x = 1,5 (5) x = 2,0 B- í c sãng (nm) C- êng ®é ph¸t quang (®vt®) (1) (2) (3) (4) (5) 400 420 440 460 480 500 520 540 560 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 438 nm B- í c sãng (nm) C-êng ®é ph¸t quang (®vt®) 463 nm 442 nm Hình 3.1. Phổ PL của CAO: Eu 2+ (x % mol) Hình 3.2. Phổ PL của CAO: Eu 2+ (1,5 % mol) làm khít với 2 đỉnh dạng Gauss Khi không có ion Eu 2+ thì vật liệu không phát quang. Phổ PL của các mẫu pha tạp ion Eu 2+ đều có dạng dải rộng hơi bất đối xứng. Cường độ PL [...]... trong tính chất phát quang của vật liệu CAO: Eu2+, RE3+ được nghiên cứu một cách có hệ thống Trong đó, ion Eu2+ tham gia vào mạng nền với vai trò là tâm phát quang Đồng thời, các ion RE3+ đóng vai trò là bẫy lỗ trống, gây ra hiện tượng lân quang của vật liệu Ngoài vai trò là bẫy lỗ trống, ion Gd 3+ đồng pha tạp còn đóng vai trò là tâm tăng nhạy và ion Dy3+ đóng vai trò là tâm phát quang - Vai trò của. .. trò của các ion RE3+ trong vật liệu đồng pha tạp ba thành phần đất hiếm CAO: Eu2+, Nd3+, RE3+ (RE: Gd, Dy) cũng được nghiên cứu Vật liệu này phát bức xạ màu xanh đặc trưng cho bức xạ của ion Eu2+ trong mạng nền CAO Các ion đất hiếm hóa trị 3 đồng pha tạp đóng vai trò là bẫy lỗ trống Các ion RE3+ ảnh hưởng rất lớn đến tính chất phát quang của vật liệu Trong các hệ vật liệu này, ion Gd3+ đóng vai trò vừa... ) trò là bẫy Các bẫy này là bẫy lỗ trống Các ion Eu2+ không những đóng vai trò là tâm PL mà còn gây ra các khuyết tật mạng dưới dạng là bẫy lỗ, các bẫy này có mật độ thấp, dẫn đến hiện tượng lân quang xảy ra trong thời ngắn Việc đồng pha tạp các ion RE3+ sẽ làm gia tăng mật độ bẫy và độ sâu bẫy, dẫn đến làm tăng hiệu suất lân quang của vật liệu Hiện tượng lân quang kéo dài xảy ra là do quá trình bẫy. .. bẫy lỗ trống Trong khi đó, ion Dy3+ không những đóng vai trò bẫy lỗ mà còn là tâm phát quang - Trong các hệ vật liệu đồng pha tạp được chế tạo và nghiên cứu, vật liệu CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+ (0,5 % mol) có tính chất lân quang tốt nhất với độ chói cao và thời gian lân quang kéo dài vài giờ Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để tìm hiểu sâu hơn về cấu trúc, bản chất của hiện tượng phát quang của vật liệu. .. Cường độ lân quang ban đầu của vật liệu đồng pha tạp thêm ion Gd3+ khá cao so với với CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+ (0,5 % mol) Điều này có thể được giải thích là do đóng góp của ion Gd3+ với vai trò là tâm tăng nhạy Bên cạnh đó, các ion Gd3+ cũng tham gia vào tính chất lân quang của vật liệu với vai trò là bẫy lỗ trống 4.2.4 Đường cong nhiệt phát quang tích phân Đường cong nhiệt phát quang của hệ vật liệu. .. thấy rằng Hình 3.21 Phổ PL, lân quang và TL của các bức xạ đều do đóng góp của ion CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+ (0,5 % mol) (1): Phổ lân quang, (2): Phổ PL, Eu2+ với vai trò là tâm phát quang (3): Phổ TL 3.4 Cơ chế lân quang của vật liệu CAO: Eu2+, RE3+ Cơ chế lân quang của vật liệu CAO: Eu2+, RE3+ được mô tả ở hình 3.22 Khi được chiếu xạ bằng bức xạ ion hóa, các điện tử của ion Eu2+ ở trạng thái cơ bản... 1,26105 Từ các kết quả trên, có thể khẳng định rằng, các ion đất hiếm đã gây ra khuyết tật mạng dưới dạng là các bẫy Các bẫy do ion Eu2+ gây ra có mật độ rất thấp so với mật độ bẫy hình thành bởi các ion RE3+ đồng pha tạp 3.2.4 Đường cong suy giảm lân quang Đường cong suy giảm lân quang của các mẫu CAO: Eu2+, RE3+ với nồng độ RE3+ khác nhau được khảo sát sau khi kích thích bởi bức xạ 365 nm trong 2 phút... các điều kiện công nghệ tối ưu hóa quy trình chế tạo: tỷ lệ mol nhiên liệu (urea) bằng 18 lần số mol sản phẩm, nhiệt độ nổ là 580oC và hàm lượng chất chảy (B2O3) là 4 % khối lượng sản phẩm - Các kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ rằng bức xạ của vật liệu CAO: Eu2+ là do đóng góp của ion Eu2+ Các ion Eu2+ có thể thay thế vào các vị trí của ion Ca2+ và đóng vai trò là tâm phát quang - Vai trò của các ion. .. sát sau khi kích thích bởi bức xạ 365 nm trong 2 phút ở nhiệt độ phòng (hình 3.20) Các mẫu đều có tính chất lân quang Mẫu CAO: Eu2+ có thời gian lân quang rất ngắn, các mẫu đồng pha tạp ion RE3+ đều có thời gian lân quang kéo dài Khi pha tạp các ion đất hiếm, trong mạng nền CaAl2O4 đã hình thành các khuyết tật mạng với vai (1) (2) (3) (4) (5) (6) (2) (3) (4) (5) (6) 1 (1) (2) (3) (4) (5) 1,4 x=0 x =... nền CaAl2O4 (hình 4.1) Các ion Eu2+ đóng vai trò là tâm PL Bên cạnh bức xạ của ion Eu2+, phổ PL của vật liệu còn tồn tại thêm một đỉnh với cường độ rất thấp tại bước sóng 575 nm, đặc trưng cho chuyển dời 4 F9/2  6H13/2 của ion Dy3+ (hình 4.3) Như vậy, với hệ vật liệu này, các ion Dy3+ cũng có vai trò là tâm phát quang Ngoài bức xạ của các ion Eu 2+, Dy3+, trong thành phần phổ không tồn tại bức xạ của . án là: Vai trò của các tâm, bẫy và các khuyết tật trong vật liệu lân quang dài CaAl 2 O 4 pha tạp các ion đất hiếm . Mục tiêu của luận án là: - Nghiên cứu và chế tạo vật liệu phát quang hiệu. chế lân quang của vật liệu CAO đồng pha tạp các nguyên tố đất hiếm. - Đánh giá sự hình thành của tâm, bẫy và các khuyết tật và vai trò của chúng để giải thích cơ chế phát quang của vật liệu. . DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN NGỌC TRÁC VAI TRÒ CỦA CÁC TÂM, BẪY VÀ CÁC KHUYẾT TẬT TRONG VẬT LIỆU LÂN QUANG DÀI CaAl 2 O 4 PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM