Nâng cao chất lượng giáo dục luôn là đề tài được sự quan tâm của toàn xã hội. Trong những năm gần đây, vấn đề này càng trở thành vấn đề cấp bách cần được giải quyết. Chính vì thế mà nhiều cuộc hội thảo, hội nghị đã được diễn ra với mục đích chính là tìm một hướng đi mới cho giáo dục nước nhà. Mục tiêu của việc đổi mới chương trình giáo dục phổ thông là xây dựng nội dung chương trình, phương pháp giáo dục, sách giáo khoa phổ thông mới nhằm nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện cũng như đáp ứng được mục tiêu giáo dục mà UNESCO đưa ra. Đó là: “học để biết, học để làm, học để sống chung và học để khẳng định”. Hiện nay, đất nước đang trong thời kì công nghiệp hóa – hiện đại hóa, mở cửa và hội nhập quốc tế. Bối cảnh lịch sử đặt ra những yêu cầu mới về nhân tố con người về tư duy năng động, sáng tạo, khả năng tự học, khả năng thích ứng,... và đặt ra những thách thức mới cho ngành giáo dục. Hòa chung xu thế phát triển của thế giới và đất nước, ngành Giáo dục và Đào tạo nước ta đã và đang đổi mới về mục tiêu, chương trình, sách giáo khoa và đặc biệt là đổi mới phương pháp dạy học. Với mục tiêu học sinh không chỉ được cung cấp những kiến thức cơ bản ở nhà trường mà còn được trang bị phương pháp, cách thức, tự học ngay từ bậc phổ thông để HS có thể chủ động trong việc học, khám phá, tìm tòi cập nhật những kiến thức mới của nhân loại để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Đổi mới PPDH là một vấn đề cần thiết và không thể thiếu được. Bởi chỉ có đổi mới phương pháp dạy học, chúng ta mới góp phần khắc phục những biểu hiện trì trệ nghiêm trọng trong giáo dục hiện nay, chỉ có đổi mới PPDH chúng ta mới tham gia vào sân chơi quốc tế trong việc nâng cao chất lượng giáo dục và tiếp cận phương pháp giáo dục mới theo quan điểm hiện đại.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG Đỗ Thị Phúc Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ lên phổ phát quang nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÍ ĐÀ NẴNG, NĂM 2015 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong thời đại phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ, ngành vật liệu phát quang có nhiều thành tựu đáng kể với nhiều ứng dụng rộng rãi sống chế tạo đèn LED, hình plasma, đồ trang trí, điều trị ung thư, xác định độ tuổi gốm,…Những ứng dụng đóng góp lớn vào việc nâng cao chất lượng sống người Hiện nay, ngành vật liệu phát quang giữ vai trò quan trọng trở thành số ngành mũi nhọn điện tử với hình oscilloscope, hình phẳng điện huỳnh quang mới, nhiều phần liên quan tới điện tử hàng không Để đáp ứng nhu cầu ngày cao sống, ngành vật liệu phát quang không ngừng phát triển để đưa nhiều vật liệu khác với đặc tính tốt đáp ứng nhu cầu nhiều lĩnh vực sống Đây lĩnh vực nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu Từ đặc tính phát quang vật liệu, đặc biệt vật liệu phát màu sáng bản: xanh lục, xanh lam, đỏ Lợi dụng đặc tính phát quang vật liệu borate pha tạp Mn vùng ánh sáng đỏ, tiến hành nghiên cứu phổ phát quang thay đổi thời gian ủ vật liệu Với lý trên, đề tài chọn : “ Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ lên phổ phát quang nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn“ Mục đích, đối tƣợng, nội dung, nhiệm vụ phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu đề tài Khảo sát phổ phát quang vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn thay đổi thời gian ủ 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu - Lý thuyết phát quang, lý thuyết kim loại chuyển tiếp - Các vật liệu pha tạp Mn 2.3 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan lý thuyết tượng phát quang đặc trưng phổ phát quang Mn2+ khác - Nghiên cứu lý thuyết trường tinh thể, giản đồ Tanabe - Sugano SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn - Tìm hiểu hệ đo quang phổ QE6500 - Khảo sát đặc trưng quang phổ vật liệu chế tạo thông qua phép đo để đưa kết luận ảnh hưởng thời gian ủ đến phổ phát quang vật liệu 2.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục đích nội dung nghiên cứu trên, đề nhiệm vụ cần thực sau: - Nghiên cứu tài liệu lý thuyết phát quang, lý thuyết kim loại chuyển tiếp - Xác định phương pháp xây dựng quy trình chế tạo vật liệu - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng thiết bị phục vụ cho trình chế tạo, ủ vật liệu thực phép đo phổ phát quang - Xử lý số liệu thực nghiệm, viết hoàn chỉnh đề tài 2.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Tiến hành chế tạo vật liệu phương pháp pha rắn - Tiến hành ủ lò nung - Đo phổ phát quang - Sử dụng phần mềm Orgin chuyên dụng để xử lý số liệu 2.6 Cấu trúc đề tài - Phần mở đầu: Gồm trang giới thiệu chung khóa luận - Phần nội dung: Gồm phần Phần A: Tổng quan lý thuyết Chương I: Hiện tượng phát quang Chương II: Một số ứng dụng vật liệu phát quang Chương III: Tìm hiểu số hợp chất, ion kim loại chuyển tiếp Phần B: Thực nghiệm Phần C: Kết luận SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn PHẦN A: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƢƠNG I: HIỆN TƢỢNG PHÁT QUANG 1.1.Vật liệu phát quang Trong tự nhiên nhân tạo, nhiều chất có khả hấp thụ lượng bên để đưa phân tử lên trạng thái kích thích chuyển trạng thái với xạ ánh sáng Các chất có khả biến đổi dạng lượng khác (quang năng, điện năng, nhiệt năng…) thành quang gọi chất phát quang Dưới dạng tinh thể hay thủy tinh, vật liệu phát quang chuyển đổi dạng lượng thành xạ điện từ xạ nhiệt Mỗi vật liệu phát quang khác có phổ phát quang khác nhau, phát quang kích thích nhiều loại lượng Vật liệu phát quang hệ gồm mạng chủ, ion kích hoạt ion tăng nhậy (nếu có) Các trình hệ xảy sau: xạ kích thích hấp thụ ion kích hoạt, ion tăng nhậy mạng chủ; trường hợp hấp thụ ion kích hoạt ion nâng lên trạng thái kích thích sau quay trạng thái phát xạ xạ; trường hợp hấp thụ ion tăng nhạy hay mạng chủ xảy trình truyền lượng đến ion kích hoạt, sau kích thích ion kích hoạt phát xạ Thực tế, trình phát xạ xạ cạnh tranh với trình chuyển dời không xạ, để tạo vật liệu phát quang hiệu phải loại bỏ trình không xạ Hầu hết nhà nghiên cứu vật liệu phát quang tập trung đến xạ vùng khả kiến, nhiên có trường hợp nghiên cứu phổ quay, phổ dao động phân tử với xạ vùng hồng ngoại (IR) tử ngoại (UV) 1.2 Định nghĩa tƣợng phát quang Sự xạ quang học chất phát quang gọi tượng phát quang Thông thường phát quang nằm vùng quang học, nghĩa vùng tử ngoại đến hồng ngoại Tuy nhiên, dùng xạ hạt để kích thích phát quang xạ nằm vùng tử ngoại SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn Trong thiên nhiên, xạ quang học, có xạ nhiệt vật đen tuyệt đối, ánh sáng phản xạ khuếch tán Các ánh sáng nằm vùng quang học Phát quang dạng xạ riêng để phân biệt với ánh sáng khuếch tán phản xạ Theo Vavilôp, tượng phát quang tượng chất phát quang phát xạ dư xạ nhiệt trường hợp mà xạ dư kéo dài khoảng thời gian 10-16(s) lớn Định nghĩa giúp phân biệt phát quang với dạng xạ khác Ở nhiệt độ phòng, xạ quang học nhiều chất phát quang phát ánh sáng vùng khả kiến vùng tử ngoại; vật đen tuyệt đối xạ nhiệt nhiệt độ phòng thực tế không chứa ánh sáng khả kiến hay tử ngoại 1.3 Phân loại dạng phát quang 1.3.1 Phân loại theo tính chất động học xảy chất phát quang Gồm hai loại: - Phát quang tâm bất liên tục: + Định nghĩa: trình từ hấp thụ lượng đến xạ xảy tâm định Tâm phân tử, tập hợp phân tử hay ion X M A H Hình Quá trình phát quang tâm bất liên tục A; X kích thích; M xạ H dao động nhiệt + Đặc điểm phát quang: trình xảy tâm bất liên tục hoàn toàn độc lập với nhau; tương tác tâm liên tục ảnh hưởng môi trường bên chúng nói chung không đáng kể Do đó, khả phát quang trình xảy nội tâm phát quang quy định mà tham gia tá nhân bên Tác nhân bên nhiều trường hợp có tác dụng làm tắt ánh sáng phát quang SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn - Phát quang tái hợp: + Định nghĩa: loại phát quang trình chuyển hóa lượng kích thích sang xạ quang học có tham gia toàn chất phát quang X M A S T Hình Quá trình phát quang tâm tái hợp A; X kích thích tâm S; truyền lƣợng T M xạ tâm A + Đặc điểm: Vị trí kích thích không trùng với vị trí xạ Sự trao đổi lượng từ vị trí kích thích đến vị trí xạ phải qua trình trung gian Những trình liên quan đến dịch chuyển hạt mang điện (điện tử, lỗ trống hay ion) tiến triển qua số giai đoạn Đầu tiên, kích thích chất phát quang xảy trình phân ly thành thành phần mang điện tích trái dấu Sau đó, thành phần dịch chuyển đoạn đường lớn cuối tái hợp lại với thành phần mang dấu ngược, thường với thành phần thành phần bắt đầu phân ly Trong hai loại phát quang trên, trình xảy tạo vị trí hay qua nhiều vị trí trung gian cuối chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái để phát ánh sáng phát quang Dựa vào tính chất khác chuyển trạng thái bản, Vavilop phân loại sau: - Phát quang tự phát: xảy phân tử trạng thái kích thích chuyển trạng thái tác dụng trường nội phân tử Đặc điểm phát quang tự phát không phụ thuộc vào tác dụng yếu tố bên - Phát quang cưỡng bức: phát quang xảy tâm xạ chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái nhờ tác động từ bên (ví dụ ánh sáng, nhiệt độ,…) Gồm hai giai đoạn: Giai đoạn một: chuyển điện tử từ mức siêu bền III lên mức II tác dụng bên SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn Giai đoạn hai: chuyển điện tử từ mức II mức I II (1) III (2) I Hình Cơ chế phát quang cƣỡng Trong hai loại phát quang tâm bất liên tục phát quang tái hợp bao gồm phát quang tự phát phát quang cưỡng Chúng ta tóm tắt phân loại theo sơ đồ sau: Phát quang Phát quang tâm bất liên tục Phát quang tự phát Phát quang cưỡng Phát quang tái hợp Phát quang tái hợp trực tiếp Phát quang tự phát Phát quang tái hợp phức tạp qua khâu trung gian Phát quang cưỡng Phát quang tự phát SVTH: Đỗ Thị Phúc Phát quang cưỡng Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 1.3.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau ngừng kích thích - Huỳnh quang: tượng phát quang tắt sau ngừng kích thích Thời gian sống 10-8(s) Bản chất huỳnh quang hấp thụ diễn tâm hấp thụ xạ xảy tâm hấp thụ - Lân quang: tượng phát quang quan sát sau ngừng kích thích Thời gian sống 10-8(s) Bản chất lân quang hấp thụ xảy tâm lại xạ tâm khác 1.3.3 Phân loại theo phƣơng pháp kích thích - Quang phát quang: phát quang kích thích ánh sáng vùng quang học - Cathod phát quang: phát quang kích thích chùm điện tử Cathod phát quang chia làm hai loại: Âm cực phát quang dương cực phát quang - Ma sát phát quang: phát quang kích thích lượng học (có nghĩa bị chà sát hay xay nghiền) - Tia X phát quang: phát quang kích thích tia X - Hóa phát quang: phát quang phản ứng hóa học - Điện phát quang: kích thích vật liệu phát quang tác dụng dòng điện - Sinh phát quang: phát ánh sáng từ thể sống - Phóng xạ phát quang: phát quang kích thích phóng xạ hạt nhân tia γ , tia β , tia X,… 1.3.4 Sự khác phổ phát quang tâm bất liên tục phát quang tái hợp 1.3.4.1 Phổ hấp thụ phổ xạ - Phát quang tâm bất liên tục: Sự hấp thụ ánh sáng kích thích xạ ánh sáng phát quang xảy tâm phát quang Do đó, phổ hấp thụ phổ xạ có liên hệ chặt chẽ cấu trúc - Phát quang tái hợp: Sự hấp thụ ánh sáng kích thích xạ ánh sáng phát quang xảy hai nơi khác Do đó, phổ hấp thụ phổ xạ liên quan với SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 1.3.4.2 Thời gian kéo dài trạng thái kích thích - Tâm bất liên tục: Thời gian kéo dài phát quang tâm bất liên tục tùy thuộc vào tính chất trạng thái kích thích: thời gian kéo dài trạng thái kích thích bé thời gian phát quang bé Bước chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái bước chuyển cho phép thời gian kéo dài trạng thái kích thích vào khoảng vài phần triệu giây ; trường hợp bước chuyển bị cấm, điện tử trạng thái kích thích lâu khoảng thời gian từ vài phần nghìn giây đến vài giây – thường ứng với mức siêu bền III, sau điện tử giải phóng khỏi mức siêu bền tác dụng tác nhân bên (ví dụ hấp thụ nhiệt) Nếu tác động tác nhân bên ngoài, điện tử phát quang tự phát từ mức siêu bền III mức I xác suất dịch chuyển thấp Do đó, thời gian phát quang kéo dài bước chuyển tự phát khỏi mức siêu bền lớn nhiều so với phát quang kéo dài bước chuyển cưỡng II III I Hình Mức siêu bền ảnh hƣởng đến thời gian kéo dài trạng thái kích thích Tóm lại, phát quang tâm bất liên tục trường hợp có thời gian kéo dài từ vài phần triệu giây đến vài giây - Phát quang tái hợp: Sự phát quang tái hợp có thời gian kéo dài vào khoảng 10-7 đến 10-5 (s) Tuy nhiên, đa số trường hợp thường lớn 10-3 (s) 1.3.4.3 Định luật tắt dần phát quang - Tâm bất liên tục + Phát quang tự phát: Gọi xác suất bước chuyển từ mức kích thích mức bản; n0 số điện tử mức kích thích thời điểm ban đầu (khi bắt đầu tắt dần); n số điện tử mức kích thích thời điểm t kể từ thời điểm ban đầu Ta có: dn = - αndt Từ lấy tích phân, ta có: SVTH: Đỗ Thị Phúc (1.1) n = n 0e - t (1.2) Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn Với J0 J cường độ ánh sáng phát quang thời điểm ban đầu thời điểm t kể từ thời điểm ban đầu Ta có: J= - dn = n 0αe - t = αn dt (1.3) Khi t = J = n α= J Do đó: J = J 0e- t (1.4) Như vậy, phát quang tâm bất liên tục (trường hợp tự phát) tắt dần theo định luật hàm số mũ + Phát xạ cưỡng bức: Quá trình phát quang tiến triển theo hai giai đoạn Đầu tiên, điện tử tác dụng tác nhân bên từ mức siêu bền III nhảy lên mức kích thích II, sau từ mức kích thích II chuyển tự phát mức Trường hợp này, thời gian kéo dài phát quang trình (III → II) quy định xác suất chuyển dời từ mức II mức I lớn nên thời gian kéo dài thấp hơn, hay nói cách khác điện tử sau chuyển lên mức II nhảy mức I Sự thay đổi số điện tử mức siêu bền III tuân theo phương trình (1.2) nên định luật tắt dần định luật hàm số mũ II III I Hình Phát xạ cƣỡng Tuy nhiên bước chuyển từ mức III lên mức II phải có tác nhân bên (ở nhiệt độ) nên xác suất giải phóng điện tử khỏi mức siêu bền phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ lớn lớn - Phát quang tái hợp: + Tái hợp trực tiếp: Gọi n số ion dương tạo nên kích thích, n số điện tử hay số ion âm Số lần tái hợp đơn vị thời gian rõ ràng phải phụ thuộc vào số ion dương số ion âm, tức phụ thuộc vào n2 Do ta có: dn = - pn dt SVTH: Đỗ Thị Phúc (1.5) Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.2.2 Kết 24 2+ BaO.SiO2.B2O3.Mn 7000 2+ CaO.SiO2.B2O3.Mn 2+ SrO.SiO2.B2O3.Mn Insensity (cps) 6000 5000 4000 560 630 Wavelength (nm) Hình 14 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 24 Nhận xét: - Đỉnh phổ phát quang ba vật liệu không đổi so với ủ 12 giờ, đỉnh phổ khoảng 605 nm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 28 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.2.3 Kết 36 2+ BaO.SiO2.B2O3.Mn 2+ CaO.SiO2.B2O3.Mn 8000 Insensity (cps) 2+ SrO.SiO2.B2O3.Mn 6000 4000 560 Wavelength (nm) 640 Hình 15 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 36 Nhận xét: - Vật liệu vật liệu ủ 36 đỉnh phổ khoảng 605 nm, không thay đổi so với ủ 12 – 24 - Vật liệu ủ 36 giờ, đỉnh phổ dịch chuyển không đáng kể khoảng 611 nm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 29 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.2.4 Kết 48 2+ BaO.SiO2.B2O3.Mn 8000 2+ CaO.SiO2.B2O3.Mn 2+ Insensity (cps) SrO.SiO2.B2O3.Mn 6000 4000 560 630 Wavelength (nm) Hình 16 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 48 Nhận xét: - Vật liệu ủ 48 giờ, đỉnh phổ khoảng 605 nm, không thay đổi so với ủ 12 – 24 - 36 - Vật liệu ủ 48 giờ, phổ dịch chuyển so với ủ 36 giờ, đỉnh phổ khoảng 605 nm - Vật liệu ủ 48 giờ, phổ dịch chuyển so với ủ 36 giờ, đỉnh phổ khoảng 611 nm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 30 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.2.5 Kết 60 2+ BaO.SiO2.B2O3.Mn 2+ CaO.SiO2.B2O3.Mn 10000 2+ Insensity (cps) SrO.SiO2.B2O3.Mn 560 630 700 Wavelength (nm) Hình 17 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 60 Nhận xét: - Vật liệu vật liệu ủ 60 đỉnh phổ khoảng 605 nm, không thay đổi so với ủ 48 - Vật liệu 3, đỉnh phổ dịch chuyển so với ủ 48 khoảng 614 nm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 31 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.3 Kết phổ phát quang thay đổi thời gian ủ 2.3.1 Vật liệu 1_BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ Insensity (cps) 0h 12h 24h 36h 48h 60h 4000 600 700 Wavelength (nm) Hình 18 Phổ phát quang vật liệu 1_BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ Nhận xét: Khi thay đổi thời gian ủ từ 12 đến 60 giờ, phổ phát quang vật liệu thay đổi - Đỉnh phổ dịch chuyển so với chưa tiến hành ủ, từ 618 nm 605 nm với ủ 12 Khi thay đổi thời gian ủ đỉnh phổ không thay đổi, giữ khoảng 605 nm ứng với bước sóng vùng đỏ cam - Độ rộng phổ thay đổi so với chưa tiến hành ủ, từ 106 lên 120 nm ủ 12 Khi thay đổi thời gian ủ độ rộng phổ không thay đổi, giữ khoảng 120 nm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 32 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 6000 5800 5600 Insensity (cps) 5400 5200 5000 4800 4600 4400 4200 12h 24h 36h 48h 60h Time (h) Hình 19 Đƣờng biễu diễn phụ thuộc cƣờng độ phát quang vật liệu 1_BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ Nhận xét: Khi thay đổi thời gian ủ, cường độ phát quang vật liệu thay đổi Khi tăng thời gian ủ từ 12 đến 48 cường độ phát quang đạt giá trị cao ủ 36 thấp cường độ phổ phát quang chưa tiến hành ủ Tăng thời gian ủ lên 60 cường độ phát quang tăng mạnh, cao so với vật liệu chưa tiến hành ủ SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 33 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.3.2 Vật liệu 2_CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ Insensity (cps) 0h 12h 24h 36h 48h 60h 6000 600 Wavelength (nm) Hình 20 Phổ phát quang vật liệu 2_CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ Nhận xét: Khi thay đổi thời gian ủ từ 12 đến 60 giờ, phổ phát quang vật liệu thay đổi - Đỉnh phổ dịch chuyển so với chưa tiến hành, từ 618 605 nm với ủ 12 Khi thay đổi thời gian ủ đỉnh phổ dịch chuyển Đỉnh phổ 611 nm ứng với ủ 36 giờ, với thời gian ủ lại đỉnh phổ giống khoảng 605 nm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 34 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn - Độ rộng phổ thay đổi so với chưa tiến hành ủ, từ 106 lên 120 nm Khi thay đổi thời gian ủ độ rộng phổ không thay đổi, giữ khoảng 120 nm 7000 Insensity (cps) 6500 6000 5500 5000 4500 12h 24h 36h 48h 60h Time (h) Hình 21 Đƣờng biễu diễn phụ thuộc cƣờng độ phát quang vật liệu 2_CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ Nhận xét: Khi thay đổi thời gian ủ, cường độ phát quang vật liệu thay đổi Khi tăng thời gian ủ từ 12 đến 60 cường độ phát quang đạt giá trị cao với vật liệu ủ 48 lớn cường độ phổ phát quang chưa tiến hành ủ SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 35 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.3.3 Vật liệu 3_SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ 0h 12h 24h 36h 48h 60h Insensity (cps) 6000 4000 630 720 Wavelength (nm) Hình 22 Phổ phát quang vật liệu 3_SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ Nhận xét: Khi thay đổi thời gian ủ từ 12 đến 60 giờ, phổ phát quang vật liệu thay đổi Đỉnh phổ độ rộng phổ thay đổi so với phổ phát quang chưa tiến hành ủ đỉnh phổ khoảng 605 nm với 12 giờ, độ rộng 120 nm Khi thay đổi từ 12 đến 36 đỉnh phổ độ rộng phổ không đổi; từ 48 - 60 đỉnh phổ dịch chyển, khoảng 611 nm với 48 giờ, khoảng 614 nm với 60 độ rộng phổ giảm khoảng 100 nm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 36 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 5800 5600 5400 Insensity (cps) 5200 5000 4800 4600 4400 4200 4000 12h 24h 36h 48h 60h Time (h) Hình 23 Đƣờng biễu diễn phụ thuộc cƣờng độ phát quang vật liệu 3_SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ Nhận xét: Khi thay đổi thời gian ủ, cường độ phát quang vật liệu thay đổi Khi tăng thời gian ủ từ 12 đến 60 cường độ phát quang đạt giá trị cao với thời gian ủ 36 giờ, cao so với cường độ phát quang vật liệu chưa tiến hành ủ SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 37 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn PHẦN C: KẾT LUẬN Thực theo mục tiêu đề tài, sau thời gian nghiên cứu rút số kết sau: - Tổng quan tượng phát quang - Tìm hiểu phương pháp chế tạo mẫu, nung mẫu phương pháp đo phổ phát quang - Trình bày trình chế tạo mẫu vật liệu phương pháp phản ứng pha rắn - Từ kết thực nghiệm đo ba vật liệu, rút kết luận: Khi tiến hành ủ ba vật liệu phổ phát quang ba vật liệu thay đổi giống so với phổ phát quang chưa tiến hành ủ : Khi ủ 12 giờ, đỉnh phổ dịch chuyển từ 618 nm 605 nm, độ rộng phổ tăng từ 106 nm lên 120 nm Khi thay đổi thời gian ủ: độ rộng phổ, đỉnh phổ cường độ phát quang thay đổi khác tùy vào vật liệu Vật liệu 1_BaO.SiO2.B2O3.Mn2+: Đỉnh phổ không thay đổi khoảng 605 nm, độ rộng phổ không thay đổi khoảng 120 nm Trong phạm vi nghiên cứu, thời gian ủ từ 12 đến 60 vật liệu ủ 60 có cường độ phát quang tốt nhất, cao cường độ phát quang vật liệu chưa tiến hành ủ, vấn đề cần nghiên cứu thêm Vật liệu 2_CaO.SiO2.B2O3.Mn2+: Độ rộng phổ không thay đổi khoảng 120 nm, đỉnh phổ thay đổi với mẫu ủ 36 không đáng kể Cường độ phát quang tốt với mẫu ủ 48 Vật liệu 3_SrO.SiO2.B2O3.Mn2+: Đỉnh phổ độ rộng phổ thay đổi, tương ứng với mẫu ủ 48 : 611nm_100nm 60 giờ: 614 nm_100 nm Cường độ phát quang tốt với mẫu ủ 36 Do hạn chế thời gian điều kiện phòng thí nghiệm, chưa thể nghiên cứu thêm phổ phát quang tăng thời gian ủ vật liệu 60 Do đó, hi vọng đề tài tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên khảo sát thêm SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 38 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Văn Thích, Hiện tượng huỳnh quang kỹ thuật phân tích huỳnh quang, Đại học tổng hợp Hà Nội [2] GS Phan Văn Tường(2007), Vật liệu vô , Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội [3] B.N.Figgis (1996), Introduction to Ligand Fields [4] Đinh Thanh Khẩn (2008), Ảnh hưởng ion Mn2+ lên phổ phát quang vật liệu CaAl2O4, Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học thành phố Đà Nẵng lần thứ SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 39 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích, đối tượng, nội dung, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu đề tài 2.2 Đối tượng nghiên cứu 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2.5 Phương pháp nghiên cứu 2.6 Cấu trúc đề tài CHƢƠNG I: HIỆN TƢỢNG PHÁT QUANG 1.1.Vật liệu phát quang 1.2 Định nghĩa tượng phát quang 1.3 Phân loại dạng phát quang 1.3.1 Phân loại theo tính chất động học xảy chất phát quang 1.3.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau ngừng kích thích 1.3.3 Phân loại theo phương pháp kích thích 1.3.4 Sự khác phổ phát quang tâm bất liên tục phát quang tái hợp 1.3.4.1 Phổ hấp thụ phổ xạ 1.3.4.2 Thời gian kéo dài trạng thái kích thích 1.3.4.3 Định luật tắt dần phát quang 1.3.4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 11 1.3.4.5 Tính chất điện chất phát quang 12 1.4 Những tính chất quang học chất phát quang 12 1.4.1 Phổ hấp thụ phổ phát quang 12 1.4.2 Hiệu suất phát quang 13 1.4.3 Sự tắt dần ánh sáng phát quang 13 1.5 Những định luật phát quang 14 1.5.1 Định luật không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích 14 1.5.2 Định luật Stock-Lomen 14 1.5.3 Định luật đối xứng gương phổ hấp thụ phổ phát quang 15 CHƢƠNG II: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG 16 2.1 Đèn huỳnh quang 16 2.2 Đèn LED ( Light Emitting Diod) 17 2.3 Ống tia Cathode 18 SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 40 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn 2.4 Tấm tăng quang chụp phim X - quang 19 CHƢƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỢP CHẤT, ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP 21 3.1 Một số hợp chất Canxi (Ca) 21 3.1.1 Canxi cacbonat (CaCO3) 21 3.1.2 Canxi Oxit (CaO) 21 3.2 Một số hợp chất Bari (Ba) 21 3.2.1 Bari cacbonat (BaCO3) 21 3.2.2 Bari oxit (BaO) 21 3.3 Một số hợp chất Stronti (Sr) 22 3.3.1 Stronti cacbonat (SrCO3) 22 3.3.2 Stronti oxit (SrO) 22 3.4 Một số hợp chất Bo (Bo) 22 3.4.1 Axít Boric (H3BO3) 22 3.4.2 Bo oxit (B2O3) 22 3.5 Sơ lược kim loại chuyển tiếp 22 3.5.1 Lý thuyết mangan (Mn) 23 3.5.2 Lý thuyết ion Mn2+ 23 PHẦN B: THỰC NGHIỆM 25 1.Chế tạo mẫu 25 1.1.Các bước chế tạo 25 1.2.Các vật liệu chế tạo 25 2.Kết 26 2.1.Phổ phát quang vật liệu chưa tiến hành ủ 26 2.2 Kết phổ phát quang thời gian ủ 27 2.2.1 Kết 12 27 2.2.2 Kết 24 28 2.2.3 Kết 36 29 2.2.4 Kết 48 30 2.2.5 Kết 60 31 2.3 Kết phổ phát quang thay đổi thời gian ủ 32 2.3.1 Vật liệu 1_BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ 32 2.3.2 Vật liệu 2_CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ 34 2.3.3 Vật liệu 3_SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ 36 PHẦN C: KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 41 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Thanh Sơn DANH MỤC HÌNH Hình Quá trình phát quang tâm bất liên tục A; X kích thích; M xạ H dao động nhiệt Hình Quá trình phát quang tâm tái hợp A; X kích thích tâm S; truyền lượng T M xạ tâm A Hình Cơ chế phát quang cưỡng Hình Phát xạ cưỡng Hình Cấu tạo đèn huỳnh quang 16 Hình Cấu tạo đèn LED 17 Hình Tivi hình LED 18 Hình Màn hình CRT (Cathode Ray Tube) chiếu sáng 19 Hình 10 Quá trình chụp phim X quang 20 Hình 11 Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d5 24 Hình 12 Phổ phát quang vật liệu chưa tiến hành ủ 26 Hình 13 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 12 27 Hình 14 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 24 28 Hình 15 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 36 29 Hình 16 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 48 giờ………… …….30 Hình 17 Phổ phát quang vật liệu tiến hành ủ 60 ………………31 Hình 18 Phổ phát quang vật liệu 1_BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ 32 Hình 19 Đường biễu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vật liệu 1_BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ 33 Hình 20 Phổ phát quang vật liệu 2_CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ 34 Hình 21 Đường biễu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vật liệu 2_CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ 35 Hình 22 Phổ phát quang vật liệu 3_SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ 36 Hình 23 Đường biễu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vật liệu 3_SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi thời gian ủ 37 SVTH: Đỗ Thị Phúc Trang 42 ... cứu phổ phát quang thay đổi thời gian ủ vật liệu Với lý trên, đề tài chọn : “ Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ lên phổ phát quang nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn Mục đích, đối tƣợng, nội... đề tài Khảo sát phổ phát quang vật liệu MO.SiO2.B2O3 pha tạp Mn thay đổi thời gian ủ 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu - Lý thuyết phát quang, lý thuyết kim loại chuyển tiếp - Các vật liệu pha tạp Mn 2.3... tục Phát quang tự phát Phát quang cưỡng Phát quang tái hợp Phát quang tái hợp trực tiếp Phát quang tự phát Phát quang tái hợp phức tạp qua khâu trung gian Phát quang cưỡng Phát quang tự phát