Phân tích ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên phổ màu bức xạ của thuỷ tinh barate kim loại kiềm pha tạp ion đất hiếm sm3+, tb3+

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - PHẠM THỊ QUỲNH GIANG PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHÓA: 2013 – 2017 NGÀNH: SƢ PHẠM VẬT LÝ Quảng Bình, năm 2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - PHẠM THỊ QUỲNH GIANG PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHÓA: 2013 – 2017 NGÀNH: SƢ PHẠM VẬT LÝ GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN NGỌC Quảng Bình, năm 2017 Lời cảm ơn Hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo Trường Đại học Quảng Bình, khoa Khoa học Tự nhiên tận tình truyền đạt kiến thức, giúp đỡ suốt trình học tập Với kiến thức kó tiếp thu không vận dụng vào trình làm khóa luận mà tảng, hành trang quý báu cho nghiệp giảng dạy nghiên cứu khoa học sau Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo – PGS.TS Trần Ngọc, người cố vấn tận tình hướng dẫn, người truyền cho đam mê khoa học, tinh thần học hỏi, tự tin, người có công to lớn cho hoàn thành khóa luận Tôi xin tỏ lòng biết ơn đến Thầy giáo Hoàng Sỹ Tài Thạc sỹ Vật lý, Phụ trách phòng thí nghiệm Vật lý; đến quý thầy cô giáo phụ trách phòng thí nghiệm Hóa học hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu làm khóa luận Và sau xin chân thành cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè tập thể lớp Đại học Sư phạm Vật lý K55 – Trường Đại học Quảng Bình quan tâm, cổ vũ, động viên giúp đỡ để nhiều suốt thời gian học tập hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Kính chúc tất quý thầy cô, gia đình, bạn bè sức khỏe thành công! Quảng Bình, tháng 05 năm 2017 Sinh viên Phạm Thò Quỳnh Giang LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu khóa luận trung thực, chƣa công bố cơng trình khác Quảng Bình, tháng năm 2017 Tác giả khóa luận Phạm Thị Quỳnh Giang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC BẢNG KÍ HIỆU HOẶC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG KHĨA LUẬN DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG KHĨA LUẬN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài M c tiêu nghiên cứu Đối tƣ ng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận NỘI DUNG PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 LÝ THUYẾT VỀ SỰ PHÁT QUANG 1.1.1 Hiện tƣ ng phát quang 1 1 Định nghĩa 1.1.1.2 Tính chất xạ phát quang 1.1.1.3 Phân loại tƣ ng phát quang 1 Các đặc trƣng phổ phát quang 1.1.2 Tâm quang học 1.1.2.1 Các chuyển dời hấp th xạ tâm quang học 1.1.2.2 Quá trình truyền lƣ ng tâm khác 11 1.1.2.3 Quá trình truyền lƣ ng tâm giống 15 1 Ảnh hƣởng nồng độ pha tạp đến trình phát quang 16 1.2 SỰ PHÁT QUANG CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM 18 1.2.1 Thủy tinh từ nguyên liệu borate kim loại kiềm 18 1.2.2 Các nguyên tố pha tạp ion đất 21 2 Lý thuyết đất 21 2 Đặc trƣng nguyên tố đất Sm 26 2 Đặc trƣng nguyên tố đất Tb 27 1.3 SỰ PHÁT QUANG CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM ĐƠN PHA TẠP Sm3+, Tb3+ VÀ ĐỒNG PHA TẠP Sm3+, Tb3+ 29 1.3.1 Sự phát quang thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Sm3+ 29 1.3.2 Sự phát quang thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Tb3+ 31 1.3.3 Sự phát quang thủy tinh borate kim loại kiềm đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ 33 Phần II PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 35 2.1 PHỔ MÀU CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 35 2.1.1 Phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Sm3+ 35 2.1.2 Phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Tb3+ 36 2.1.3 Phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ 37 2.2 ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 38 2.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ Sm3+ lên phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Sm3+ 38 2.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ Tb3+ lên phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Tb3+ 38 2.2.3 Ảnh hƣởng nồng độ Sm3+, Tb3+ lên phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ 39 PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 3.1 KẾT LUẬN 45 3.2 KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 BẢNG KÍ HIỆU HOẶC CHỮ VIẾT TẮT RE Rare - Earth (Nguyên tố đất hiếm) BLN B2O3 - Li2O - Na2O UV Vùng tử ngoại IR Vùng hồng ngoại CIE Commission Internationle Eclairage R Red (Đỏ) G Green (Xanh cây) B Blue (Xanh da trời) DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG KHĨA LUẬN Hình Hình 1.1.a Chú thích Trang Q trình phát quang tâm bất liên t c Hình 1.1.b Quá trình phát quang tâm bất tái h p Hình Sơ đồ lƣ ng q trình kích thích phát quang vật liệu Hình Sơ đồ vùng lƣ ng điện môi bán dẫn 10 Hình 1.4 Sơ đồ chuyển dời quang học 11 Hình 1.5 Q trình kích thích 12 Hình 1.6 Sự truyền lƣ ng tâm S A có khoảng cách R 13 Hình 1.7 Giản đồ chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ 17 Hình Vị trí ngun tố đất bảng tuần hồn Menđêlêép 21 Hình Giản đồ mức lƣ ng ion RE3+ - Giản đồ Dieke 24 Hình 1.10 Các vòng tròn cấu hình điện tử Sm 26 Hình 1.11 Sự phân bố điện tử Tb 28 Hình 1.12 Các chuyển dời xạ (a) phổ PL tâm ion Tb3+trong vật 29 liệu TbPO4 (b) Hình 1.13 Phổ phát quang ion Sm3+ thuỷ tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ 30 Hình 1.14 Sơ đồ lƣ ng ion Sm3+ chuyển dời xạ 31 Hình 1.15 Phổ phát quang ion Tb3+ thuỷ tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ 32 Hình 1.16 Phổ phát quang hệ thủy tinh BLN đồng pha tạp Tb3+,Sm3+ 33 với nồng độ 0,75Tb3+xSm3+ (x = 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75) Phổ phát quang hệ thủy tinh BLN đồng pha tạp Tb3+, Sm3+ Hình 1.17 với nồng độ 1Sm3+yTb3+ (y = 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5) 34 Hình 2.1 Giản đồ tọa độ màu CIE 1931 35 Hình 2.2 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp 1Sm3+ 36 Hình 2.3 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp 0,75Tb3+ 36 Hình 2.4 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1Sm3+ 37 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp xSm3+ Hình 2.5 (x = 0,25; 0,5; 0,75; 1) 38 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp yTb3+ Hình 2.6 Hình 2.7 (y = 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+xSm3+ (x = 0,75; 39 40 1; 1,25; 1,5; 1,75) Hình 2.8 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+yTb3+ (y = 0,5; 0,75; 1; 1,25) 42 DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG KHÓA LUẬN Bảng Chú thích Trang Bảng 1 Cấu hình điện tử trạng thái ion RE3+ 22 Bảng Tọa độ màu (x,y,z) tỉ lệ R/G/B thủy tinh BLN 43 đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ Phần II PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 2.1 PHỔ MÀU CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 2.1.1 Phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Sm3+ Nhằm để phân tích ảnh hƣởng nồng độ pha tạp lên phổ màu xạ định hƣớng ứng d ng vật liệu chế tạo nguồn sáng trắng Chúng sử d ng phần mềm xác định toạ độ màu CIE (Commission Internationle Eclairage 1931) cách lọc số liệu khoảng bƣớc sóng 400nm đến 760nm trộn màu [12] Phổ tọa độ màu ánh sáng vùng nhìn thấy (vùng quang học) đƣ c phân tích nhƣ hình Hình 2.1 Giản đồ tọa độ màu CIE 1931 Hình 2.2 tọa độ màu ánh sáng phát quang từ thủy tinh BLN đơn pha tạp 1Sm3+ Ta thấy giá trị tọa độ x, y z xạ cho giá trị x = 0,5770903; y = 0,4164099 z = 0,0064997 tƣơng ứng với nồng độ tạp % mol thành phần Sm3+ có mẫu phổ nằm vùng ánh sáng màu vùng đỏ cam 35 Hình 2.2 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp 1Sm3+ Ta có tỉ lệ R/G/B 255/97/3 hay 85/32/1, từ ta rút nhận xét : Vùng đỏ (Red) chiếm ƣu lớn phổ màu có phần nhỏ vùng xanh (Green), vùng xanh da trời (Blue) khơng đáng kể nên tọa độ màu thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ nằm vùng biên sƣờn phải vùng bƣớc sóng từ 590nm đến 600nm 2.1.2 Phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Tb3+ Hình 2.3 tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp 0,75Tb3+ Hình 2.3 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp 0,75Tb3+ Toạ độ màu xạ đƣ c tính tốn cho giá trị x = 0,2859743; y = 0,5906626 z = 0,1233632 tƣơng ứng với nồng độ tạp 0,75 % mol thành phần Tb3+ có mẫu 36 Ta có tỉ lệ R/G/B 48/255/61 hay 1/5/1, từ ta rút nhận xét : Vùng xanh (Green) chiếm ƣu phổ màu vùng lại khơng đáng kể nên phổ màu thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ nằm bên vùng ánh sáng màu vàng xanh (yellowish – green) 2.1.3 Phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ Hình 2.4 mơ tả tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đồng pha tạp 0,75Tb3+; 1Sm3+ Hình 2.4 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN:0,75Tb3+1Sm3+ Toạ độ màu xạ đƣ c tính tốn cho giá trị x = 0,4289773; y= 0,5041797 z = 0,0668430 tƣơng ứng với nồng độ tạp 0,75 % mol thành phần Tb3+ 1% mol thành phần Sm3+ có mẫu Ta có tỉ lệ R/G/B 255/244/46 hay 6/5/1, từ ta rút nhận xét : Vùng đỏ vùng xanh chiếm ƣu phổ màu so với vùng xanh da trời nên phổ màu thủy tinh BLN đồng pha tạp 0,75Tb3+1Sm3+ nằm bên vùng ánh sáng greenish – yellow Vậy phổ tọa độ màu thủy tinh BLN đồng pha tạp Sm3+,Tb3+ có thay đổi so với thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+, Tb3+ c thể ta pha tạp đồng thời ion phổ màu xạ dịch chuyển nằm vị trí vùng ánh sáng màu đỏ cam màu vàng xanh 37 2.2 ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 2.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ Sm3+ lên phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Sm3+ Hình 2.5 tọa độ màu ánh sáng phát quang từ thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ ph thuộc nồng độ tạp Sm3+ có mặt mẫu Toạ độ màu xạ đƣ c tính tốn cho giá trị tƣơng ứng với nồng độ tạp 0,25; 0,50; 0,75 1,0%mol thành phần Sm3+ có mẫu đƣ c biểu diễn hình 2.5 Ta thấy tọa độ màu có thay đổi theo nồng độ tạp Sm3+ có mặt mẫu phổ màu nằm vùng ánh sáng màu vùng đỏ - cam ph thuộc lớn vào cƣờng độ dải phát quang 600 nm Hình 2.5 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp xSm3+ (x = 0,25;0,5;0,75;1) Kết cho thấy vật liệu thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ phát quang màu đỏ cam ứng d ng làm vật liệu chế tạo LED phát quang ánh sáng màu đỏ cam, màu để tạo nên LED trắng 2.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ Tb3+ lên phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp Tb3+ Hình 2.6 tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ ph thuộc nồng độ tạp Tb3+ có mặt mẫu 38 Hình 2.6 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN đơn pha tạp yTb3+ (y = 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25) Ta thấy toạ độ x y màu xạ đƣ c tính tốn cho giá trị tƣơng ứng với nồng độ tạp 0,25; 0,75; 1,0; 1,25 1,5 % mol thành phần Tb3+ có mẫu, tọa độ màu có thay đổi theo nồng độ tạp Tb3+ có mặt mẫu phổ nằm vùng ánh sáng màu vàng xanh (yellowish – green) ph thuộc lớn vào cƣờng độ dải phát quang 541 nm Kết cho thấy vật liệu thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ phát quang màu vàng xanh ứng d ng làm vật liệu chế tạo LED phát quang ánh sáng màu vàng xanh cây, màu để tạo nên LED trắng 2.2.3 Ảnh hƣởng nồng độ Sm3+, Tb3+ lên phổ màu thủy tinh borate kim loại kiềm đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ + Theo nồng độ Sm3+ Hình 2.7 mơ tả tọa độ màu CIE thủy tinh BLN:0.75Tb3+; xSm3+ (x = 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75) ph thuộc nồng độ tạp Sm3+ có mặt mẫu 39 b a d c e Hình 2.7 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+xSm3+ (x = 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75) phụ thuộc nồng độ tạp Sm3+ (a) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+0,75Sm3+ (b) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1Sm3+ (c) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1,25Sm3+ (d) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1,5Sm3+ (e) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1,75Sm3+ 40 Từ kết ta có nhận xét: + Hình 2.7a tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+0,75Sm3+ ta có tỉ lệ R/G/B 243/255/50 hay 5/5/1, vùng đỏ vùng xanh chiếm ƣu phổ màu vùng xanh da trời khơng đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng xanh (yellow - green) + Hình 2.7b tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1Sm3+ ta có tỉ lệ R/G/B 255/244/46 hay 6/5/1, vùng đỏ vùng xanh chiếm ƣu phổ màu vùng xanh da trời không đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng xanh (yellow - green) + Hình 2.7c tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1,25Sm3+ ta có tỉ lệ R/G/B 220/255/51 hay 4/5/1, vùng đỏ vùng xanh chiếm ƣu phổ màu vùng xanh da trời không đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng xanh (yellow - green) + Hình 2.7d tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1,5Sm3+ ta có tỉ lệ R/G/B 200/255/52 hay 4/5/1, vùng đỏ vùng xanh chiếm ƣu phổ màu vùng xanh da trời không đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng xanh (yellow - green) + Hình 2.7e tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 0,75Tb3+1,75Sm3+ ta có tỉ lệ R/G/B 181/255/54 hay 3/5/1, vùng đỏ vùng xanh chiếm ƣu phổ màu vùng xanh da trời khơng đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng xanh (yellow - green) Vậy thay đổi nồng độ Sm3+ giữ ngun nồng độ Tb3+ phổ tọa độ màu có thay đổi, c thể là: nồng độ Sm3+ tăng từ 0,75 %mol đến %mol tọa độ màu đến gần vị trí tối ƣu, nồng độ Sm3+ tiếp t c tăng từ %mol đến 1,75 %mol tọa độ màu xa vị trí tối ƣu Có thể thấy hình 2.7b tối ƣu ứng với nồng độ Sm3+ 1%mol + Theo nồng độ Tb3+ Hình 2.8 mơ tả tọa độ màu CIE thủy tinh BLN:1Sm3+yTb3+ (y = 0,5; 0,75; 1; 1,25) ph thuộc nồng độ tạp Tb3+ có mặt mẫu 41 a b c d Hình 2.8 Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN:1Sm3+yTb3+ (y = 0,5; 0,75; 1; 1,25) phụ thuộc nồng độ tạp Tb3+ (a) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+0,5Tb3+ (b) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+0,75Tb3+ (c) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+1Tb3+ (d) Tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+1,25Tb3+ Từ kết ta có nhận xét: + Hình 2.8a tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+0,5Tb3+ ta có tỉ lệ R/G/B 255/194/33 hay 8/6/1, vùng đỏ chiếm ƣu phổ màu có đóng góp phần vùng xanh vùng xanh da trời chiếm phần không đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng xanh (greenish – yellow) + Hình 2.8b tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+0,75Tb3+ ta có tỉ lệ R/G/B 255/215/38 hay 7/6/1 vùng đỏ chiếm ƣu phổ màu có đóng góp phần vùng xanh vùng xanh da trời chiếm phần 42 không đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng xanh (greenish – yellow) + Hình 2.8c tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+1Tb3+ ta có tỉ lệ R/G/B 255/180/29 hay 8/6/1 vùng đỏ chiếm ƣu phổ màu có đóng góp phần nhỏ vùng xanh lại vùng xanh da trời không đáng kể nên tọa độ màu nằm vùng vàng (yellow) + Hình 2.8d tọa độ màu CIE thủy tinh BLN: 1Sm3+1,25Tb3+ ta có tỉ lệ R/G/B 255/158/23 hay 8/6/1 vùng đỏ chiếm ƣu phổ màu vùng xanh cây, vùng xanh da trời chiếm phần không đáng kể so với vùng đỏ nên tọa độ màu nằm vùng vàng cam (yellowish – orange) Ta thấy thay đổi nồng độ Tb3+ giữ nguyên nồng độ Sm3+ phổ tọa độ màu có thay đổi, c thể: nồng độ Tb3+ tăng từ 0,5 %mol đến 0,75 %mol tọa độ màu đến gần vị trí tối ƣu, nồng độ Tb3+ tiếp t c tăng từ 0,75 %mol đến 1,25 %mol tọa độ màu xa vị trí tối ƣu Có thể thấy hình 2.8b tối ƣu ứng với Tb3+ có nồng độ 0,75%mol Bảng 2.1 Tọa độ màu (x,y,z) tỉ lệ R/G/B thủy tinh BLN đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ Kí hiệu mẫu x BLN: 0,75Tb3+;0,75Sm3+ 0,4158147 BLN: 0,75Tb3+ ;1Sm3+ y z R G B R/G/B 0,5121400 0,0720453 243 255 50 5/5/1 0,4289773 0,5041797 0,0668430 255 244 46 6/5/1 BLN: 0,75Tb3+;1,25Sm3+ 0,4028999 0,5199504 0,0771497 220 255 51 4/5/1 BLN: 0,75Tb3+;1,5Sm3+ 0,3904318 0,5274906 0,0820776 200 255 52 4/5/1 BLN: 0,75Tb3+;1,75Sm3+ 0,3785819 0,5346570 0,0867611 181 255 54 3/5/1 BLN: 1Sm3+;0,5Tb3+ 0,4636074 0,4832368 0,0531559 255 194 33 8/6/1 BLN: 1Sm3+;0,75Tb3+ 0,4479204 0,4927236 0,0593559 255 215 BLN: 1Sm3+;1Tb3+ 0,4758702 0,4758207 0,0483091 255 180 29 9/6/1 BLN: 1Sm3+;1,25Tb3+ 0,4966470 0,4632557 0,0400973 255 158 23 11/7/1 38 7/6/1 Từ kết ta nhận thấy rằng, xạ thủy tinh BLN đồng pha tạp Sm3+ Tb3+ tổng h p hai xạ nằm vùng ánh sáng từ màu đỏ - cam đến màu vàng - xanh Nhƣ phổ phát xạ thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ nằm vùng đỏ cam, phổ phát xạ thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ nằm vùng vàng xanh Tuy nhiên pha tạp đồng thời hai ion phổ phát xạ dịch chuyển vùng ánh sáng màu đỏ cam màu vàng xanh cây, ảnh hƣởng nồng độ pha tạp ion đất Sm3+ Tb3+ thủy tinh borate kim loại kiềm 43 nên phổ màu xạ dịch chuyển sang vùng ánh sáng màu đỏ cam màu vàng xanh nhiều Do vật liệu đồng pha tạp Tb3+ Sm3+ xạ ánh sáng kép (hai màu) đƣ c kích thích cách hiệu ánh sáng tử ngoại tử ngoại gần, thích h p để chế tạo đèn LED trắng sử d ng kỹ thuật chiếu sáng hiển thị, đặc biệt nguồn ánh sáng màu trắng 44 Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 KẾT LUẬN Thực m c tiêu đề tài là: Phân tích ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên phổ màu xạ thủy tinh borate kim loại kiềm pha tạp ion đất Sm3+ , Tb3+ Sau thời gian thực nghiên cứu, nội dung mà tơi thực đạt đƣ c kết nhƣ sau: Đã hệ thống đƣ c sở lý thuyết liên quan đến lý thuyết phát quang bao gồm tƣ ng phát quang, tâm quang học, phân tích q trình chuyển dời hấp th xạ tâm quang học, trình truyền lƣ ng tâm khác nhau, trình truyền lƣ ng tâm giống ảnh hƣởng nồng độ pha tạp đến trình phát quang Đã thực nghiên cứu phổ phát quang vật liệu thủy tinh borate kim loại kiềm pha tạp ion đất Sm3+ ,Tb3+ rút đƣ c nhận xét sau : Khi đồng pha tạp Sm3+ Tb3+ cƣờng độ phát quang đỉnh đặc trƣng cho ion Sm3+ Tb3+ mẫu đồng pha tạp Sm3+ Tb3+ khơng có thay đổi so với mẫu đơn pha tạp Sm3+ đơn pha tạp Tb3+ Thay đổi nồng độ Tb3+ giữ nguyên nồng độ Sm3+ mẫu cƣờng độ phát quang tăng theo tăng nồng độ Sm3+ có mẫu từ 0,75 %mol đến %mol Cƣờng độ phát quang dải 598 nm mạnh ứng với nồng độ Sm3+ %mol Sau cƣờng độ phát quang giảm nhanh ta tiếp t c tăng nồng độ Sm từ %mol đến 1,75%mol Ở xảy dập tắt phát quang nồng độ ngƣỡng cho nồng độ tối ƣu %mol Thay đổi nồng độ Sm3+ giữ nguyên nồng độ Tb3+ mẫu cƣờng độ phát quang tăng tuyến tính theo tăng nồng độ Tb3+ có mẫu từ 0,5 %mol đến 0,75 %mol Cƣờng độ phát quang dải 542 nm mạnh ứng với nồng độ Tb3+ 0,75 %mol Sau cƣờng độ phát quang giảm nhanh ta tiếp t c tăng nồng độ Sm từ 0,75 %mol đến 1,75%mol Ở xảy dập tắt phát quang nồng độ ngƣỡng cho nồng độ tối ƣu 0,75 % mol Ta thấy tâm quang học độc lập với khơng có truyền lƣ ng tâm quang học Việc pha tạp đồng thời hai loại đất mạng với m c đích 45 tăng hiệu suất q trình phát quang Ngoài ra, cách điều chỉnh nồng độ tâm quang học, điều chỉnh đƣ c tỷ lệ cƣờng độ dải phổ tạo vật liệu phát quang có màu sắc theo ý muốn Xác định đƣ c tọa độ màu CIE xạ huỳnh quang vật liệu thủy tinh borate kim loại kiềm pha tạp ion đất Sm3+ ,Tb3+ rút đƣ c nhận xét c thể là: Tọa độ màu CIE ánh sáng phát quang từ thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ ph thuộc nồng độ tạp Sm3+ có mặt mẫu, phổ màu xạ nằm vùng ánh sáng màu đỏ cam Tọa độ màu CIE ánh sáng phát quang từ thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ ph thuộc nồng độ tạp Tb3+ có mặt mẫu, phổ màu xạ nằm vùng ánh sáng màu vàng xanh Tọa độ màu thủy tinh BLN đồng pha tạp Sm3+,Tb3+ có thay đổi so với thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+,Tb3+ c thể ta pha tạp đồng thời ion phổ màu xạ dịch chuyển vùng ánh sáng đỏ cam vùng ánh sáng vàng xanh Phân tích đƣ c ảnh hƣởng nồng độ Sm3+, Tb3+ lên phổ màu xạ thủy tinh borate kim loại kiềm đơn pha tạp đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ c thể là: Phổ màu xạ thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ có thay đổi theo nồng độ tạp Sm3+ có mặt mẫu phổ màu nằm vùng ánh sáng màu vùng đỏ cam, ứng d ng vật liệu thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ làm vật liệu chế tạo LED phát quang ánh sáng màu đỏ cam, màu để tạo nên LED trắng Phổ màu xạ thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ có thay đổi theo nồng độ tạp Tb3+ có mặt mẫu phổ màu nằm vùng ánh sáng màu vùng vàng xanh cây, ứng d ng vật liệu thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ làm vật liệu chế tạo LED phát quang ánh sáng màu vàng xanh cây, màu để tạo nên LED trắng Khi thay đổi nồng độ Sm3+ giữ nguyên nồng độ Tb3+ mẫu thủy tinh BLN đồng pha tạp Sm3+ Tb3+ phổ tọa độ màu có thay đổi, c thể là: nồng độ Sm3+ tăng từ 0,75 %mol đến %mol tọa độ màu đến gần vị trí tối ƣu, nồng độ Sm3+ tiếp t c tăng từ %mol đến 1,75 %mol tọa độ màu xa vị trí tối ƣu vị trí tối ƣu ứng với nồng độ Sm3+ 1%mol Khi thay đổi nồng độ Tb3+ giữ nguyên nồng độ Sm3+ + mẫu thủy tinh BLN 46 đồng pha tạp Sm3+ Tb3+ phổ tọa độ màu có thay đổi, c thể: nồng độ Tb3+ tăng từ 0,5 %mol đến 0,75 %mol tọa độ màu đến gần vị trí tối ƣu, nồng độ Tb3+ tiếp t c tăng từ 0,75 %mol đến 1,25 %mol tọa độ màu xa vị trí tối ƣu vị trí tối ƣu ứng với nồng độ Tb3+ 0,75%mol Nhƣ ta nhận thấy rằng, xạ thủy tinh BLN đồng pha tạp Sm3+ Tb3+ tổng h p hai xạ nằm vùng ánh sáng từ màu đỏ - cam đến màu vàng - xanh Phổ phát xạ thủy tinh BLN đơn pha tạp Sm3+ nằm vùng đỏ cam, phổ phát xạ thủy tinh BLN đơn pha tạp Tb3+ nằm vùng vàng xanh Tuy nhiên pha tạp đồng thời hai ion phổ phát xạ dịch chuyển vùng ánh sáng màu đỏ cam màu vàng xanh cây, ảnh hƣởng nồng độ pha tạp ion đất Sm3+ Tb3+ thủy tinh borate kim loại kiềm nên phổ màu xạ dịch chuyển sang vùng ánh sáng màu đỏ cam màu vàng xanh nhiều Do vật liệu đồng pha tạp Tb3+ Sm3+ xạ ánh sáng kép (hai màu) đƣ c kích thích cách hiệu ánh sáng tử ngoại tử ngoại gần, thích h p để chế tạo đèn LED trắng sử d ng kỹ thuật chiếu sáng hiển thị, đặc biệt nguồn ánh sáng màu trắng Từ kết phân tích ảnh hƣởng nồng độ pha tạp đến trình phát quang thủy tinh borate kim loại kiềm pha tạp ion đất Sm3+, Tb3+ giúp ta điều chỉnh tỉ lệ thành phần tạp mẫu để đạt đƣ c vật liệu nhƣ mong muốn Thông qua trình làm khóa luận giúp tơi nắm vững hiểu cách sâu sắc kiến thức đƣ c học tìm hiểu học phần đƣ c học nhƣ: phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, quang học, vật lý chất rắn, học lƣ ng tử, vật lý thống kê, ; bên cạnh giúp tơi rèn luyện học hỏi thêm kĩ trình thực tiến hành chế tạo mẫu nhóm đề tài trƣờng Đại học Quảng Bình 3.2 KIẾN NGHỊ Vật liệu thủy tinh cao cấp pha tạp đất ngày khẳng định vị trí qua ứng d ng khoa học công nghệ nhƣ đời sống Vì đề tài có ý nghĩa khoa học công nghệ nhƣ đào tạo Theo tơi để có đƣ c sản phẩm tốt cần có nghiên cứu có tính hệ thống theo hƣớng: nhiều tạp 47 khác loại nền; loại khác cho loại tạp đề xuất hƣớng phát triển khóa luận Trong q trình làm khóa luận tơi khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Tơi mong nhận góp ý nhận xét q thầy giáo để khóa luận hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lin H, Pun EYB, Wang X, Lin X (2005), “Intense visible fluorescence and energy transfer in Dy3+, Tb3+, Sm3+ and Eu3+ doped rare - earth borate glasses”, J Alloys Compd, p197 – p201 [2] Karunakaran R.T., Marimuthu K., Babu S.S., Arumugam S., (2010), Dysprosium doped alkali fluoroborate glasses-Thermal, structural and optical investigations, J Lumin.130, 1067-1072 [3] Trần Ngọc (2012), Bài giảng lý thuyết thủy tinh, Trƣờng Đại học Quảng Bình [4] Tran Ngoc, Phan Van Do (2013), Energy transfer studies of Sm3+ ions doped borate glass, International conference Spectrocopy and applications, p287 - p292 [5] Trần Ngọc, Bài giảng Nhiệt phát quang lí thuyết thủy tinh; Trƣờng Đại học Quảng Bình [6] Vũ Xuân Quang (1999), Quang phổ tâm điện tử vật rắn, Viện khoa học vật liệu, Hà Nội [7] Christane Gorller, Walrand, K Binnemans (1999), Spectral intensities of f-f transition, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, Vol.26, p101-p252 [8] Vũ Xuân Quang (2008), Lý thuyết Judd - Ofelt Quang phổ vật liệu chứa đất hiếm, proceedings of the 2nd international Workshop on Spectroscopy and its application - Da Nang, Viet Nam [9] Lê Văn Tuất (2004), Bài giảng chuyên đề Vật liệu phát quang, Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học Huế [10] Trần Ngọc; Trần Thị Hoài Giang, Nguyễn Thị Hải Yến, Nghiên cứu phổ quang học ion Ce3+ Tb3+ đồng pha tạp thủy tinh Borate kim loại kiềm; Tạp chí khoa học cơng nghệ trƣờng Đại học Khoa học Huế, ISSN: 2354-0842 (2016) [11] Phan Minh Tuấn (2016), Phân tích phổ quang học ion đất thủy tinh borate kim loại kiềm đồng pha tạp Ce3+, Sm3+, Luận văn Thạc sĩ Vật lý, Viện Vật lý, Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam [12] Phan Văn Độ (2016), Nghiên cứu tính chất quang ion đất Dy3+, Sm3+trong số vật liệu quang học họ Florua Oxit, Luận văn Tiến sĩ Vật lý, Viện Vật lý, Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam 49 ... 2.2 ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 38 2.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ Sm3+ lên phổ màu thủy tinh. .. borate kim loại kiềm đơn pha tạp Tb3+ 31 1.3.3 Sự phát quang thủy tinh borate kim loại kiềm đồng pha tạp Sm3+, Tb3+ 33 Phần II PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ PHA TẠP LÊN PHỔ MÀU BỨC XẠ CỦA THỦY... THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 35 2.1 PHỔ MÀU CỦA THỦY TINH BORATE KIM LOẠI KIỀM PHA TẠP CÁC ION ĐẤT HIẾM Sm3+, Tb3+ 35 2.1.1 Phổ màu