Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)

Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)Chế tạo và tính chất quang phổ của vật liệu BaMgAl10O17 : Eu2+, Mn2+ (Luận án tiến sĩ)

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG PHỔ CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17: Eu2+, Mn2+ Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60.44.01.04 PHẠM NGUYỄN THÙY TRANG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Mạnh Sơn GS TS Nguyễn Quang Liêm Huế, 2017 i LỜI CẢM ƠN Lời xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Mạnh Sơn thầy giáo GS Nguyễn Quang Liêm nhiệt tình hướng dẫn, định hướng khoa học, truyền đạt kinh nghiệm quí báu tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, thầy cô giáo trường THPT chuyên Lê Thánh Tông tạo điều kiện thuận lợi cho tơi tham gia khóa học tất thầy cô giáo khoa Vật lý, trường Đại học khoa học, Đại học Huế tận tình bảo, giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn sẻ chia, giúp đỡ động viên tinh thần anh nghiên cứu sinh anh chị em học viên cao học suốt trình nghiên cứu thực luận án Cuối cùng, tơi xin dành tất tình cảm sâu sắc đến gia đình bạn bè quan tâm, chia sẻ,là nguồn động viên tinh thần lớn suốt thời gian nghiên cứu thực luận án Mặc dù cố gắng chắn luận án tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận bảo góp ý q thầy bạn! Huế, tháng 02 năm 2017 Phạm Nguyễn Thùy Trang ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Mạnh Sơn GS TS Nguyễn Quang Liêm Phần lớn kết trình bày luận án trích dẫn từ báo xuất thành viên nhóm nghiên cứu Các số liệu kết luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Phạm Nguyễn Thùy Trang iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Các chữ viết tắt BAM : BaMgAl10O17 (Barium magnesium aluminate) CB : Vùng dẫn (Conduction band) Đvtđ : Đơn vị tương đối PL : Quang phát quang (Photoluminescence) RE : Đất (Rare earth) RE3+ : Ion đất hóa trị SEM : Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscopy) TL : Nhiệt phát quang (Thermoluminescence) VB : Vùng hóa trị (Valence band) XRD : Giản đồ nhiễu xạ tia X VUV : Tử ngoại chân không LED : Điốt phát quang Các ký hiệu E : Năng lượng kích hoạt Tmax : Nhiệt độ cực đại k : Hằng số Bolztman Dq : Thông số tách trường tinh thể iv B : Thông số lực đẩy điện tử C : Thông số Racah em : Bước sóng xạ ex : Bước sóng kích thích g : Hệ số hình học s : Hệ số tần số p : Xác suất điện tử thoát khỏi bẫy thời gian giây 𝜏 : Thời gian sống huỳnh quang T : Nhiệt độ wt : Khối lượng E : Năng lượng dập tắt nhiệt Rc : Khoảng cách tâm tới hạn v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix DANH MỤC CÁC BẢNG xvii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Hiện tượng phát quang 1.1.1 Khái niệm, phân loại tượng phát quang 1.1.2 Các chế suy giảm cường độ xạ vật liệu phát quang 1.1.2.1 Hiện tượng dập tắt nồng độ 1.1.2.2 Sự suy giảm trình xử lý nhiệt 1.1.2.3 Sự suy giảm kích thích VUV 1.2 Hiện tượng nhiệt phát quang 10 1.2.1 Định nghĩa tượng nhiệt phát quang 10 1.2.2 Một số phương pháp phân tích động học nhiệt phát quang 11 1.2.2.1 Phương pháp vùng tăng ban đầu 12 1.2.2.2 Phương pháp làm nhiệt 13 1.2.2.3 Phương pháp dạng đỉnh (R Chen) 14 1.2.3 Xác định hệ số tần số 16 1.3 Đặc điểm cấu trúc vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+ 17 vi 1.3.1 Giới thiệu vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+ 17 1.3.2 Đặc điểm cấu trúc vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+ 18 1.4 Phát quang ion đất Europium ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ mạng 21 1.4.1 Giản đồ tọa độ cấu hình 21 1.4.2 Chuyển dời quang học Europium 23 1.4.2.1 Chuyển dời quang học ion Eu2+ 23 1.4.2.2 Chuyển dời quang học ion Eu3+ 25 1.4.2.3 Sự tách mức lượng ion Eu3+ 26 1.4.3 Giản đồ Tanabe-Sugano chuyển dời quang học ion Mn2+ 29 1.4.3.1 Giản đồ Tanabe-Sugano 29 1.4.3.2 Chuyển dời quang học Mn2+ 33 1.5 Hiện tượng truyền lượng 37 1.5.1 Hiện tượng truyền lượng tâm xạ khác 37 1.5.2 Truyền lượng tâm giống 40 1.6 Kết luận chương 42 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU BaMgAl10O17 ĐƠN VÀ ĐỒNG PHA TẠP ION Eu2+ VÀ Mn2+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ 44 2.1 Giới thiệu phương pháp nổ 44 2.2 Vai trò nhiên liệu 45 2.3 Các tính bật phương pháp nổ dung dịch 49 2.4 Khảo sát công nghệ chế tạo vật liệu BAM: Eu2+ phương pháp nổ 50 vii 2.4.1 Ảnh hưởng hàm lượng urê đến cấu trúc tính chất quang vật liệu BAM: Eu2+ 53 2.4.1.1 Khảo sát cấu trúc pha vật liệu BAM: Eu2+ 53 2.4.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng urê đến tính chất quang BAM: Eu2+ 56 2.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nổ đến tính chất quang vật liệu phát quang BAM: Eu2+ 57 2.4.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nổ đến cấu trúc pha vật liệu BAM: Eu2+ 57 2.4.2.2 Sự phụ thuộc nhiệt độ nổ đến tính chất quang vật liệu BAM: Eu2+ 60 2.4.3 Chế tạo vật BAM: Eu2+ phương pháp nổ kết hợp với vi sóng 61 2.4.3.1 Khảo sát cấu trúc vật liệu BAM: Eu2+ phương pháp nổ kết hợp vi sóng 62 2.4.3.2 Khảo sát phổ PL vật liệu BAM: Eu2+ phương pháp nổ kết hợp vi sóng 63 2.5 Quy trình chế tạo ủ nhiệt vật liệu BAM: Eu2+ phương pháp nổ dung dịch urê nitrat kết hợp vi sóng 64 2.5.1 Quy trình chế tạo vật liệu BAM: Eu2+ phương pháp nổ dung dịch urê nitrat kết hợp vi sóng 64 2.5.2 Quy trình chế tạo ủ nhiệt vật liệu BAM: Eu2+ 66 2.6 Khảo sát công nghệ chế tạo vật liệu BAM: Mn2+ phương pháp nổ 67 2.7 Các hệ vật liệu chế tạo sử dụng nghiên cứu luận án 70 viii 2.8 Kết luận chương 71 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA Q TRÌNH OXI HĨA ĐẾN HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl10O17: Eu2+ 73 3.1 Đặc trưng quang phát quang vật liệu BAM: Eu2+ trước sau ủ nhiệt môi trường khử 73 3.1.1 Khảo sát cấu trúc pha kích thước hạt vật liệu BAM: Eu2+ trước sau ủ nhiệt môi trường khử 74 3.1.1.1 Cấu trúc pha vật liệu BAM: Eu2+ thay đổi theo nồng độ Eu 74 3.1.1.2 Cấu trúc pha BAM: Eu2+ trước sau ủ nhiệt môi trường khử 75 3.1.1.3 Kích thước hạt (SEM) BAM: Eu2+ trước sau ủ theo nhiệt độ môi trường khử 77 3.1.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu BAM: Eu2+ trước sau ủ nhiệt khơng khí 79 3.2 Ảnh hưởng nồng độ ion Eu đến tính chất phát quang vật liệu BAM: Eu2+ 80 3.2.1 Phổ phát quang BAM: Eu2+ thay đổi nồng độ pha tạp ion Eu chế tạo phương pháp nổ kết hợp vi sóng 80 3.2.2 Hiện tượng dập tắt nhiệt 86 3.2.3 Đường cong suy giảm huỳnh quang BAM: Eu2+ 89 3.3 Đặc trưng quang phát quang vật liệu BAM: Eu2+ ủ nhiệt môi trường khử 90 3.3.1 Khảo sát phổ phát quang vật liệu BAM: Eu2+ thay đổi theo thời gian ủ 90 ix 3.3.2 Phổ phát quang vật liệu BAM: Eu2+ theo nhiệt độ ủ môi trường khử 91 3.3.3 Khảo sát đường cong suy giảm huỳnh quang BAM: Eu2+ theo nhiệt độ ủ môi trường khử 96 3.4 Đặc trưng quang phát quang vật liệu BAM: Eu2+ trước sau ủ nhiệt khơng khí 97 3.5 Khảo sát phổ kích thích mẫu BAM: Eu2+ 98 3.6 Đặc trưng nhiệt phát quang vật liệu BAM: Eu2+ trước sau ủ nhiệt môi trường khử 100 3.6.1 Đặc trưng nhiệt phát quang vật liệu BAM: Eu2+ ủ theo nhiệt độ môi trường khử 100 3.6.2 Các thông số động học nhiệt phát quang 102 3.7 Kết luận chương 105 CHƯƠNG TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BAM: Mn2+ VÀ CƠ CHẾ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA VẬT LIỆU BAM: Eu2+, Mn2+ 107 4.1 Đặc trưng phát quang vật liệu BaMgAl10O17 pha tạp ion Mn2+ 107 4.1.1 Khảo sát phổ phát quang vật liệu BAM: Mn2+ thay đổi nồng độ Mn2+ pha tạp 107 4.1.2 Khảo sát phổ kích thích vật liệu BAM: Mn2+ 110 4.1.3 Giải thích chế phát quang vật liệu BaMgAl10O17: Mn2+ 111 4.2 Cơ chế truyền lượng vật liệu BAM đồng pha tạp ion Eu2+ Mn2+ 115 4.2.1 Cấu trúc pha vật liệu BAM: Eu2+, Mn2+ 115 4.2.2 Cơ chế truyền lượng ion Eu2+ Mn2+ 116 x ... LIỆU BAM: Mn2+ VÀ CƠ CHẾ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA VẬT LIỆU BAM: Eu2+, Mn2+ 107 4.1 Đặc trưng phát quang vật liệu BaMgAl10O17 pha tạp ion Mn2+ 107 4.1.1 Khảo sát phổ phát quang vật liệu BAM: Mn2+ thay... Quy trình chế tạo ủ nhiệt vật liệu BAM: Eu2+ 66 2.6 Khảo sát công nghệ chế tạo vật liệu BAM: Mn2+ phương pháp nổ 67 2.7 Các hệ vật liệu chế tạo sử dụng nghiên cứu luận án 70... nồng độ Mn2+ pha tạp 107 4.1.2 Khảo sát phổ kích thích vật liệu BAM: Mn2+ 110 4.1.3 Giải thích chế phát quang vật liệu BaMgAl10O1 7: Mn2+ 111 4.2 Cơ chế truyền lượng vật liệu BAM