KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG LÊN PHỔ PHÁT QUANG CỦA NHÓM VẬT LIỆU MO.SiO2 .B2 O3 :Mn2+

Vật liệu phát quang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong khoa học, kĩ thuật cũng như đời sống, và nó trở nên rất quen thuộc với chúng ta. Làm thế nào để tạo ra các vật liệu phát quang phù hợp cho từng mục đích sử dụng là câu hỏi luôn được các nhà nghiên cứu khoa học quan tâm. Đèn LED là một ứng dụng nổi bật của hiện tượng phát quang, với những ưu việc nổi trội thì đèn LED được cho là cuộc cách mạng lần thứ ba trong lịch sử công nghệ chiếu sáng sau đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang. Tuy nhiên, đèn LED vừa là cơ hội, vừa là thách thức đối với Việt Nam trong việc chế tạo. Với những điều kiện hiện có của phòng thí nghiệm thuộc khoa Vật Lý trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng cung cấp đủ điều kiện cho việc nghiên cứu, chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam một trong ba màu cơ bản hình thành nên đèn LED và họ vật liệu chế tạo là Borac Silicate pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mangan. Trong quá trình chế tạo vật liệu thì nhiệt độ nung được thay đổi, từ đó sẽ khảo sát cường độ phát quang, dạng phổ phát quang phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào, và ở nhiệt độ nung nào thì vật liệu cho phát quang tốt nhất, phù hợp với mục đích chế tạo. Chính vì vậy, đề tài được chọn là : “Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung lên phổ phát quang của nhóm vật liệu phát quang MO.SiO 2 .B 2 O 3 :Mn 2+ với M là Ba, Ca, Sr”.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG LÊN PHỔ PHÁT QUANG CỦA NHÓM VẬT LIỆU MO.SiO2.B2O3:Mn2+ Sinh viên thực : NGUYỄN THỊ THIỆP Lớp : 11SVL Khóa : 2011 – 2015 Ngành :SƯ PHẠM VẬT LÝ Giáo viên hướng dẫn :ThS LÊ VĂN THANH SƠN Đà Nẵng, 04/2015 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành cảm ơn Khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện tốt cho thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn q Thầy Cơ khoa tận tình giảng dạy, trang bị cho kiến thức vô quý báu suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Văn Thanh Sơn kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp động viên nhiều suốt thời gian thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Sự hiểu biết sâu sắc kinh nghiệm thầy tiền đề giúp đạt thành tựu kinh nghiệm quý báu Tôi xin cảm ơn bạn nhóm thực nghiệm giúp đỡ tơi nhiều trình chế tạo vật liệu thực đề tài Tôi xin cảm ơn gia đình bạn bè ln bên tơi, cổ vũ động viên tơi vượt qua khó khăn để hoàn thành luận văn cách tốt Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Tuy nhiên, điều kiện thực đề tài có giới hạn, hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên không tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa thấy Tôi mong nhận thông cảm góp ý q Thầy, Cơ giáo bạn để khóa luận hồn chỉnh Tơi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thiệp DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ PHỔ PHÁT QUANG Hình 1: Cơ chế phát quang cưỡng Hình 2: Phổ hấp thụ phổ phát quang chồng lên Hình 3: Quá trình phát quang tâm kích hoạt A hấp thụ xạ kích thích EXC Hình 4: Sự truyền lượng từ tâm S tới A Hình 5: So sánh cấu trúc tinh thể thủy tinh Hình 6: Hình ảnh phân bố nguyên tử Hình 7: Sự xấp ngẫu nhiên thành tứ diện bát diện cầu Hình 8: Sơ đồ đèn hình quang Hình 9: Đồng hồ phát sáng vào ban đêm Hình 10: Lân quang ứng dụng đồ vật trang trí Hình 11: Màn hình đèn CRT Hình 12: Cấu tạo nhân đèn LED Hình 13: Cấu tạo bên đèn LED Hình 14: Đèn LED dùng trang trí Hình 15: Giản đồ Tanabe-Sugano cho cấu hình d5 (Mn2+ ) Hình 16: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Hình 17: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Hình 18: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Hình 19: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13250C Hình 20: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13500C Hình 21: Phổ phát quang nhóm vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung Hình 22: Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ Hình 23: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Hình 24: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Hình 25: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Hình 26: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13250C Hình 27: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13500C Hình 28: Phổ phát quang nhóm vật CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung Hình 29: Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ Hình 30: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Hình 31: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Hình 32: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Hình 33: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13250C Hình 34: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13500C Hình 35: Phổ phát quang nhóm vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung Hình 36: Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ Hình 37: Phổ phát quang ba nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu PHẦN TỔNG QUAN LÍ THUYẾT CHƯƠNG SƠ LƯỢC VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Định nghĩa tượng phát quang 1.2 Phân loại dạng phát quang 1.2.1 Phân loại theo tính chất động học q trình xảy chất phát quang 1.2.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài 1.2.3 Phân loại theo phương pháp kích thích 1.3 Những định luật phát quang 1.3.1 Định luật không phụ thuộc phổ phát quang vào bước sóng ánh sáng kích thích 1.3.2 Định luật Stock-Lomen 1.3.3 Định luật đối xứng gương phổ hấp thụ phổ phát quang CHƯƠNG VẬT LIỆU PHÁT QUANG 10 2.1 Quá trình phát quang vật liệu 10 2.2 Vật liệu thủy tinh 11 2.3 Vật liệu phát quang tinh thể (phosphor tinh thể) 13 2.3.1 Cấu trúc phosphor tinh thể 13 2.3.2 Bản chất phát quang phosphor tinh thể 14 2.4 Một số ứng dụng vật liệu huỳnh quang 14 2.4.1 Lớp bột huỳnh quang đèn huỳnh quang 14 2.4.2 Ứng dụng vật liệu lân quang 15 2.4.3 Màn hình đèn CRT 16 2.4.4 Ứng dụng công nghệ đèn LED 17 CHƯƠNG III TÌM HIỂU VỀ ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP MANGAN 18 3.1 Sơ lược ion kim loại chuyển tiếp 19 3.2 Ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ 19 PHẦN THỰC NGHIỆM 22 Tìm hiểu tiền chất dùng để chế tạo mẫu vật liệu MO SiO2.B2O3:Mn (M: Ba, Ca, Sr) 22 1.1 Bari Cacbonat BaCO3 22 1.2 Canxi Cacbonat CaCO3 22 1.3 Stronti Cacbonat SrCO3 22 1.4 Silic Đoxit SiO2 22 1.5 Axit Boric H3BO3 22 1.6 Mangan Caconat MnCO3 23 Chế tạo mẫu vật liệu 23 Kết thực nghiệm 24 3.1 Nhóm vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn 24 3.2 Nhóm vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn 29 3.3 Nhóm vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn 34 PHẦN 3: KẾT QUẢ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 Khóa Luận Tốt Nghiệp -1- Khoa Vật Lý MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật liệu phát quang ngày ứng dụng rộng rãi khoa học, kĩ thuật đời sống, trở nên quen thuộc với Làm để tạo vật liệu phát quang phù hợp cho mục đích sử dụng câu hỏi nhà nghiên cứu khoa học quan tâm Đèn LED ứng dụng bật tượng phát quang, với ưu việc trội đèn LED cho cách mạng lần thứ ba lịch sử công nghệ chiếu sáng sau đèn sợi đốt đèn huỳnh quang Tuy nhiên, đèn LED vừa hội, vừa thách thức Việt Nam việc chế tạo Với điều kiện có phòng thí nghiệm thuộc khoa Vật Lý trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng cung cấp đủ điều kiện cho việc nghiên cứu, chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam - ba màu hình thành nên đèn LED họ vật liệu chế tạo Borac Silicate pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mangan Trong trình chế tạo vật liệu nhiệt độ nung thay đổi, từ khảo sát cường độ phát quang, dạng phổ phát quang phụ thuộc vào nhiệt độ nào, nhiệt độ nung vật liệu cho phát quang tốt nhất, phù hợp với mục đích chế tạo Chính vậy, đề tài chọn : “Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung lên phổ phát quang nhóm vật liệu phát quang MO.SiO2.B2O3:Mn2+ với M Ba, Ca, Sr” Mục đích nghiên cứu đề tài - Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung lên cường độ phổ phát quang nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ ( M: Ba, Ca, Sr) - Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung lên độ rộng phổ, đỉnh phổ nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ ( M: Ba, Ca, Sr) Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Lý thuyết phát quang; Lý thuyết kim loại chuyển tiếp; Các vật liệu Borac Silicate pha tạp ion Mn2+ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp -2- Khoa Vật Lý - Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát phát quang nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ nhiệt độ thay đổi 12500C, 12750C, 13000C, 13250C, 13500C Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan lí thuyết tượng phát quang đặc trưng quang phổ vật liệu Borac Silicate pha tạp ion Mn2+ - Khảo sát đặc trưng quang phổ vật liệu chế tạo được, từ chọn nhiệt độ nung thích hợp tương ứng với vật liệu cho cường độ phát quang dạng phổ phù hợp với mục đích chế tạo - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu phát quang Nhiệm vụ nghiên cứu Các nhiệm vụ cần thực để hoàn thành đề tài nghiên cứu là: - Đọc, tìm hiểu, tổng hợp tài liệu lí thuyết phát quang, vật liệu phát quang Borac Silicat - Nghiên cứu, tìm hiểu khả ứng dụng hướng phát triển vật liệu - Xác định phương pháp nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu - Chế tạo mẫu vật liệu - Tiến hành đo phổ phát quang hệ máy QE65000 thu thập số liệu - Xử lý, tính tốn số liệu thực nghiệm; viết bài, trao đổi, tham khảo ý kiến Thầy hướng dẫn để hoàn chỉnh đề tài Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết - Phương pháp thực nghiệm: + Tiến hành chế tạo mẫu vật liệu phương pháp phản ứng pha rắn + Sử dụng phần mềm chuyên dụng để xử lý số liệu GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp -3- Khoa Vật Lý PHẦN TỔNG QUAN LÍ THUYẾT CHƯƠNG SƠ LƯỢC VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Định nghĩa tượng phát quang Một số chất có khả hấp thụ lượng bên ngồi từ sóng điện từ ngắn (ánh sáng khả kiến, ánh sáng tử ngoại, tia X hay tia γ) xạ hạt ( tia âm cực, tia dương cực, tia β); để đưa phân tử lên trạng thái kích thích Sau chuyển trạng thái phát xạ ánh sáng Hiện tượng gọi tượng phát quang 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 1.2 Phân loại dạng phát quang 1.2.1 Phân loại theo tính chất động học trình xảy chất phát quang Sơ đồ phân loại phát quang: Phát quang Phát quang tâm bất liên tục Phát quang tự phát Phát quang cưỡng Phát quang tự phát Phát quang tái hợp Phát quang tái hợp trực tiếp Phát quang tái hợp phức tạp qua khâu trung gian Phát quang cưỡng Phát quang tự phát GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Phát quang cưỡng SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp -4- Khoa Vật Lý Trong đó:  Phát quang tâm bất liên tục Là loại phát quang mà trình diễn biến từ hấp thụ lượng đến xạ xảy tâm định Tâm phân tử, tập hợp phân tử hay ion Những trình xảy tâm bất liên tục hoàn toàn độc lập với Sự tương tác tâm liên tục ảnh hưởng mơi trường bên ngồi chúng nói chung khơng đáng kể Đặc trưng loại phát quang khả phát quang trình xảy nội tâm phát quang quy định mà khơng có tham gia tác nhân bên  Phát quang tái hợp Là loại phát quang q trình chuyển hóa lượng kích thích sang xạ quang học có tham gia tồn chất phát quang Trong trường hợp vị trí kích thích khơng trùng với vị trí xạ Sự trao đổi lượng từ vị trí kích thích đến vị trí xạ phải qua q 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 trái dấu Sau đó, thành phần dịch chuyển đoạn đường lớn cuối tái hợp lại với thành phần mang điện trái dấu, thường với thành phần khơng phải thành phần bắt đầu phân ly Trong hai loại phát quang q trình có xảy vị trí hay nhiều vị rí trung gian, giai đoạn cuối khâu chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái để phát xạ Tính chất chuyển có khác nhau, dựa vào tính chất để phân loại hẹp Có thể chia làm loại: Phát quang tự phát Phát quang cưỡng  Phát quang tự phát 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 khơng phụ thuộc vào tác dụng yếu tố bên GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 27 - Khoa Vật lý So sánh phổ phát quang nhóm vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung: Ba_1350 Ba_1250 Ba_1275 Ba_1300 Ba_1325 Insensity (cps) 6000 4000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 21: Phổ phát quang nhóm vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung Nhận xét: Khi nhiệt độ nung thay đổi, phổ phát quang nhóm vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ có thay đổi sau: - Ở hai nhiệt độ 12500C, 12750C [Nhóm 1] phổ phát quang vật liệu tương đối giống nhau; đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 618nm, độ rộng phổ khoảng 108nm - Khi nhiệt độ tăng lên 13000C, 13250C, 13500C [Nhóm 2] phổ phát quang vật liệu tương đối giống nhau; đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 612nm, độ rộng phổ khoảng 112nm Phổ phát quang vật liệu [Nhóm 1] lệch phía bước sóng dài so với [Nhóm 2], độ rộng phổ [Nhóm 1] nhỏ [Nhóm 2] Nhưng nhìn chung, mẫu vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ cho phát quang màu đỏ cam, dạng phổ đám rộng GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 28 - Khoa Vật lý Sau đường biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ BaO.SiO2.B2O3:Mn 2+ 7200 7000 6800 Insensity (cps) 6600 6400 6200 6000 5800 5600 5400 5200 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 o Temperature ( C) Hình 22: Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ Nhận xét: Đường biểu diễn cho thấy cường độ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung thay đổi - Ở khoảng nhiệt độ 12500C đến 12750C cường độ phát quang giảm, tăng nhiệt độ lên từ 12750C đến 13250C cường độ phát quang tăng cường độ nhiệt độ nung 13250C có giá trị cao hết - Tiếp tục tăng nhiệt độ nung đến 13500C mẫu vật liệu có cường độ tăng độ biến cần phải khảo sát thêm Tuy nhiên, điều kiện nghiên cứu giới hạn, nên khảo sát mẫu vật liệu nung nhiệt độ lớn 13500C Như vậy, giới hạn khảo sát mẫu vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ có cường độ phát quang lớn nung nhiệt độ 13500C GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 29 - Khoa Vật lý 3.2 Nhóm vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ Mẫu 6: Vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Ca_1250 Insensity (cps) 10000 5000 600 700 Wavelength (nm) Hình 23: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 106nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 616nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 30 - Khoa Vật lý Mẫu 7: Vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Ca_1275 Insensity (cps) 10000 5000 600 700 Wavelength (nm) Hình 24 Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 106nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 616nm Mẫu 8: Vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Ca_1300 Insensity (cps) 10000 5000 600 700 Wavelength (nm) Hình 25: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 106nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 616nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 31 - Khoa Vật lý Mẫu 9: Vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung 13250C Ca_1325 Insensity (cps) 10000 5000 600 700 Wavelength (nm) Hình 26: Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13250C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 114nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 610nm Mẫu 10: Vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13500C Ca_1350 Insensity (cps) 10000 5000 600 700 Wavelength (nm) Hình 27 Phổ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13500C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 114nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 610nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 32 - Khoa Vật lý So sánh phổ phát quang nhóm vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+khi thay đổi nhiệt độ nung: Ca_1350 Ca_1250 Ca_1275 Ca_1300 Ca_1325 Insensity (cps) 10000 5000 600 700 Wavelength (nm) Hình 28: Phổ phát quang nhóm vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung Nhận xét: Khi nhiệt độ nung thay đổi, phổ phát quang nhóm vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ có thay đổi sau: - Ở nhiệt độ 12500C, 12750C, 13000C [Nhóm 1] phổ phát quang vật liệu tương đối giống nhau; đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 616nm, độ rộng phổ khoảng 106nm - Ở nhiệt độ 13250C, 13500C [Nhóm 2] phổ phát quang vật liệu tương đối giống nhau; đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 610nm, độ rộng phổ khoảng 114nm Phổ phát quang vật liệu [Nhóm 1] lệch phía bước sóng dài so với [Nhóm 2], độ rộng phổ [Nhóm 1] nhỏ [Nhóm 2] Tuy nhiên, mẫu vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ mung nhiệt độ khác cho phát quang màu đỏ cam, dạng phổ đám rộng GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 33 - Khoa Vật lý Sau đường biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ CaO.SiO2.B2O3:Mn 2+ 13000 12000 Insensity (cps) 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 Temperature ( C) Hình 29: Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ Nhận xét: Đường biểu diễn cho thấy cường độ phát quang vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung thay đổi Khi tăng nhiệt độ nung từ 12500C đến 12750C cường độ phát quang tăng lên Tuy nhiên, tiếp tục tăng nhiệt độ nung lên đến 13500C cường độ phát quang giảm dần Như vậy, nhiệt độ nung 12750C cường độ phát quang mẫu vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ đạt giá trị lớn GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 34 - Khoa Vật lý 3.3 Nhóm vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ Mẫu 11: Vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Sr_1250 Insensity (cps) 8000 6000 4000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 30: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 106nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 620nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 35 - Khoa Vật lý Mẫu 12: Vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Sr_1275 Insensity (cps) 8000 6000 4000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 31: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 122nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 606nm Mẫu 13: Vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Sr_1300 Insensity (cps) 8000 6000 4000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 32: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 110nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 615nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 36 - Khoa Vật lý Mẫu 14: Vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13250C Sr_1325 Insensity (cps) 8000 6000 4000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 33: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13250C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 110nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 615nm Mẫu 15: Vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13500C Sr_1350 Insensity (cps) 8000 6000 4000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 34: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ nung nhiệt độ 13500C Nhận xét: Độ rộng phổ khoảng 110nm, đỉnh phổ có bước sóng khoảng 615nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 37 - Khoa Vật lý So sánh phổ phát quang nhóm vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+khi thay đổi nhiệt độ nung: Sr_1350 Sr_1250 Sr_1275 Sr_1300 Sr_1325 Insensity (cps) 8000 6000 4000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 35: Phổ phát quang nhóm vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung Nhận xét: Khi nhiệt độ nung thay đổi, phổ phát quang nhóm vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ có thay đổi sau: - Ở nhiệt độ 12500C phổ phát quang vật liệu có đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 620nm, độ rộng phổ khoảng 106nm - Ở nhiệt độ 13000C, 13250C, 13500C, phổ phát quang vật liệu gần giống nhau; đỉnh phổ có bước sóng khoảng 615nm, độ rộng phổ khoảng 110nm - Ở nhiệt độ 12750C, phổ phát quang vật liệu có đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 610nm, độ rộng phổ khoảng 114nm Tuy nhiên, nhiệt độ 12750C dạng phổ khác so với dạng phổ mẫu vật liệu nung nhiệt độ khác, nên cần khảo sát thêm Như vậy, phổ phát quang vật liệu nhệt độ nung 13000C, 13250C, 13500C lệch phía bước sóng ngắn so với 12500C độ rộng phổ lớn so với mẫu vật liệu nung 12500C GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 38 - Khoa Vật lý Sau đường biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ SrO.SiO2.B2O3:Mn 2+ 7500 Insensity (cps) 7000 6500 6000 5500 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 Temperature ( C) Hình 36: Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ nung mẫu vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ Nhận xét: Đường biểu diễn cho thấy cường độ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ thay đổi nhiệt độ nung thay đổi Khi tăng nhiệt độ nung từ 12500C đến 12750C cường độ phát quang giảm Tuy nhiên, tiếp tục tăng nhiệt độ nung lên 13000C cường độ phát quang tăng lên Tiếp tục tăng nhiệt độ nung lên mức 13250C, 13500C cường độ phát quang có chiều hướng giảm.Ở khoảng nhiệt độ nung từ 13000C đến 13250C cường độ phát quang giảm cách đột biến Như vậy, nhiệt độ nung 13000C mẫu vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ có cường độ phát quang tốt GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 39 - Khoa Vật lý So sánh phổ phát quang ba nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ ( M: Ba, Ca, Sr) nhiệt độ nung cho cường độ phát quang tốt Sr_1300 Ba_1350 Ca_1275 Insensity (cps) 10000 560 640 720 Wavelength (nm) Hình 37: Phổ phát quang ba nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ Nhận xét: - Cường độ phát quang mẫu vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Mn2+ lớn nhiều so với mẫu vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ (gấp 1.77 lần) SrO.SiO2.B2O3:Mn2+ (gấp 1.65 lần) Cường độ phát quang mẫu vật liệu BaO.SiO2.B2O3:Mn2+ thấp - Để đạt cường độ phát quang tốt mẫu vật liệu phải nung nhiệt độ khác GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 40 - Khoa Vật lý PHẦN 3: KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài, thu kết luận sau đây:  Đối với mẫu vật liệu khác liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ với M: BA, Ca, Sr, thay đổi nhiệt độ nung bước sóng độ rộng phổ có thay đổi riêng thay đổi thể nhiệt độ định thay đổi theo nhóm nhiệt độ  Khi thay đổi nhiệt độ nung, cường độ phát quang thay đổi rõ rệt Ứng với vật liệu khác có nhiệt độ nung thích hợp khác để đạt cường độ phát quang tốt  Mẫu BaO.SiO2.B2O3 nhiệt độ nung 13500C cường độ phát quang lớn  Mẫu CaO.SiO2.B2O3 nhiệt độ nung 12750C cường độ phát quang lớn  Mẫu SrO.SiO2.B2O3 nhiệt độ nung 13000C cường độ phát quang lớn  Các vật liệu MO.SiO2.B2O3:Mn2+ với M: BA, Ca, Sr nung nhiệt độ khác cho phổ phát quang có bước sóng nằm vùng đỏ cam, phù hợp cho việc chế tạo đèn LED trắng GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp Khóa Luận Tốt Nghiệp - 41 - Khoa Vật lý TÀI LIỆU THAM KHẢO Phan Văn Thích, “Hiện tượng huỳnh quang kỹ thuật phân tích huỳnh quang”, Đại học tổng hợp Hà Nội GS Phan Văn Tường, “Vật liệu vô (Phần lý thuyết sở)”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007 Đinh Thành 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 R A Liđin - V A Molosco - L L Anđreeve, “Tính chất lý hóa học chất vô cơ”, người dịch theo tiếng Nga năm 1996; người dịch: Hoàng Nhâm, NXB Khoa học kĩ thuật Hà Nội G Blasse – B.C Grabmaier, “ Luminescent Materials”, 1994, NXB Springer – Verlag B N Figgis, “ Introduction to ligand fields”, 1968, Laboratoire des terres rares GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thiệp ... 16: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B 2O3: Mn2+ nung nhiệt độ 12500C Hình 17: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B 2O3: Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Hình 18: Phổ phát quang vật liệu BaO.SiO2.B 2O3: Mn2+ nung. .. quang vật liệu SrO.SiO2.B 2O3: Mn2+ nung nhiệt độ 12750C Hình 32: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B 2O3: Mn2+ nung nhiệt độ 13000C Hình 33: Phổ phát quang vật liệu SrO.SiO2.B 2O3: Mn2+ nung nhiệt độ. .. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung lên phổ phát quang nhóm vật liệu phát quang MO.SiO2. B 2O3: Mn2+ với M Ba, Ca, Sr” Mục đích nghiên cứu đề tài - Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung lên cường độ phổ