Nghiên cứu các đặc trưng phát quang của nhóm vật liệu MO al2o3,sio2 đồng pha tạp eu2+, mn2+”

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÍ NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG PHÁT QUANG CỦA NHÓM VẬT LIỆU MO.Al2O3,SiO2 ĐỒNG PHA TẠP Eu2+, Mn2+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2018 I ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÍ NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG PHÁT QUANG CỦA NHÓM VẬT LIỆU MO.Al2O3,SiO2 ĐỒNG PHA TẠP Eu2+, Mn2+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí Khóa học: 2014-2018 Người hướng dẫn: ThS Lê Văn Thanh Sơn Đà Nẵng, 2018 II GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập nghiên cứu, với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả khóa luận xin chân thành cám ơn thầy Lê Văn Thanh Sơn thầy Đinh Thanh Khẩn tận tâm dạy, định hướng đồng hành, giúp tác giả tháo gỡ vướng mắc suốt trình nghiên cứu Tác giả biết ơn Ban Chủ nhiệm, thầy giáo, cô giáo Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Tác giả chân thành cám ơn em sinh viên hỗ trợ tác giả suốt trình nghiên cứu Cuối cùng, tác giả xin tri ân gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp, hồn cảnh ln giúp đỡ, động viên để tác giả hồn thành đề tài khóa luận Đà Nẵng, ngày 26 tháng 04 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Thị Hằng SVTH: Nguyễn Thị Hằng I GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu lí thuyết 5.2 Nghiên cứu thực nghiệm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 1.1 Tổng quan tượng phát quang 1.1.1 Định nghĩa tượng phát quang 1.1.2 Phân loại dạng phát quang .3 1.1.3 Sự khác tính chất phát quang tâm bất liên tục phát quang tái hợp 1.1.4 Cơ chế tượng phát quang 1.1.5 Những định luật phát quang 1.1.6 Định luật đối xứng gương phổ hấp thụ phổ phát quang 1.2 Sự phát quang phosphor tinh thể .9 1.2.1 Thành phần cấu trúc phosphor tinh thể 1.2.2 Phổ hấp thụ phosphor tinh thể .10 1.2.3 Phổ xạ phosphor tinh thể 10 1.2.4 Sự liên hệ phổ hấp thụ phổ xạ 10 1.2.5 Ảnh hưởng tác nhân bên vào thành phần phổ xạ .10 1.2.6 Bản chất chế phát quang phosphor tinh thể .11 1.2.6.2 Cơ sở thuyết vùng để giải thích phát quang phosphor tinh thể 12 1.3 Hiện tượng lân quang 14 1.3.1 Khái niệm phân loại tượng lân quang 14 1.3.2 Cơ chế tăng thời gian phát quang vật liệu lân quang 16 1.4 Tổng quan ion đất hiếm, ion kim loại chuyển tiếp 17 SVTH: Nguyễn Thị Hằng II Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn 1.4.1 Sơ lược ion nguyên tố đất 17 1.4.2 Sơ lược ion kim loại chuyển tiếp 21 CHƯƠNG CHẾ TẠO MẪU .24 2.1 Phương pháp chế tạo 24 2.2 Dụng cụ thí nghiệm 24 2.3 Quy trình chế tạo mẫu 24 2.4 Tiền chất sử dụng mẫu tạo thành 24 2.5 Các kĩ thuật thực nghiệm 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 27 3.1 Phổ kích thích Mn2+ Eu2+ 27 3.1.1 Phổ kích thích Eu2+ 27 3.1.2 Phổ kích thích Mn2+ 27 3.2 Phổ phát quang Mn2+ Eu2+ nung vật liệu 1300ºC 28 3.2.1 Phổ phát quang ion Mn2+ Eu2+ vật liệu BaAl2O4 28 3.2.2 Phổ phát quang ion Mn2+ Eu2+ vật liệu SrAl2O4 31 3.2.3 Phổ phát quang ion Mn2+ Eu2+ vật liệu CaAl2O4 32 3.2.4 Phổ phát quang Eu2+ Mn2+ MAl2O4 34 3.3 Phổ phát quang Mn2+ Eu2+ nung vật liệu 1300ºC 38 3.3.1 Phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ 38 3.3.2 Phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ 38 3.3.3 Phổ phát quang Eu2+ Mn2+ mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,5%Eu2+ 39 3.3.4 Phổ phát quang Eu2+, Mn2+ mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 SVTH: Nguyễn Thị Hằng III Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Cụm từ viết tắt M: Kim loại kiềm thổ Phổ PL: Phổ phát quang Phổ PLE: Phổ kích thích Các kí hiệu λEm: Bước sóng xạ λEx: Bước sóng kích thích SVTH: Nguyễn Thị Hằng IV GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Tên bảng biểu Bảng Danh sách mẫu chế tạo SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 25 V GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Tên hình ảnh STT Trang Hình 1.1 Cơ chế phát quang nguyên tử Hình 1.2 Cơ chế phát quang phân tử Hình 1.3 Giản đồ lượng phosphor tinh thể 12 Hình 1.4a Mơ hình chế phát quang vật liệu 17 Hình 1.4b Giản đồ chế phát quang vật liệu 17 Hình 1.5 Giản đồ tách mức lượng Dieke 19 Hình 1.6 Sơ đồ cấu hình điện tử Europi 20 Hình 1.7a Sơ đồ tách mức lượng 4f7 4f65d1 20 Hình 1.7b Sơ đồ tách mức lượng Eu2+ mạng 21 10 Hình 1.8 Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d5 22 11 Hình 3.1 Phổ PLE Eu2+ (λEm = 490nm) 27 12 Hình 3.2 Phổ PLE Mn2+ (λEm = 510nm) 27 13 Hình 3.3 Phổ PL BaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ (λEx=365nm) 28 14 15 16 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn liên hệ cường độ phát quang Eu2+ với nồng độ Mn2+ vật liệu BaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ Hình 3.5 Phổ PL BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ (λEx=365nm) Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn liên hệ cường độ phát quang Eu2+ với nồng độ Mn2+ vật liệu BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ 29 29 30 17 Hình 3.7 Phổ PL SrAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ (λEx=365nm) 31 18 Hình 3.8 Phổ PL SrAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ (λEx=365nm) 31 19 Hình 3.9 Phổ PL CaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ (λEx=365nm) 32 20 Hình 3.10 Phổ PL CaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ (λEx=365nm) 32 SVTH: Nguyễn Thị Hằng VI GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp 21 Hình 3.11 Q trình truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ Hình 22 3.12 Phổ PL 33 MAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ (λEx=365nm); phổ PL CaAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ 34 phóng đại 10 lần Hình 23 3.13 Phổ PL MAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ (λEx=365nm); phổ PL CaAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ 35 SrAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ phóng đại 60 lần Hình 3.14 Phổ PL MAl2O4.1%Eu2+.0,5%Mn2+ (λEx=365nm); 24 phổ PL CaAl2O4.1%Eu2+.0,5%Mn2+ phóng đại 36 1000 lần Hình 25 3.15 Phổ PL MAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ (λEx=365nm); phổ PL CaAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ 37 SrAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ phóng đại 300 lần 26 27 28 29 Hình 3.16 Phổ PL BaAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ nung (λEx=365nm) Hình 3.17 Phổ PL BaAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ nung (λEx=365nm) Hình 3.18 Phổ PL BaAl2O4.1%Mn2+.0,5%Eu2+ nung (λEx=365nm) Hình 3.19 Phổ PL BaAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ nung (λEx=365nm) SVTH: Nguyễn Thị Hằng 38 38 39 40 VII GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Từ đầu kỉ 17, từ lúc BaS phát quang bóng tối phục hồi cho tiếp xúc với ánh nắng mặt trời phát mở đầu cho nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang nói chung lân quang nói riêng; sau người ta phát ngồi vật liệu có, chất phát quang có thêm thành phần khác mà quan trọng chất kích hoạt Đầu kỉ 18, nhiều loại vật liệu lân quang sunfua nghiên cứu sử dụng mà đặc trưng ZnS đồng pha tạp Cu+ Co2+, sau người ta pha thêm Cd tạo thành Zn1-xCdxS, sử dụng chất phóng xạ để kích thích cho vật liệu gây ung thư nên sau bị cấm sử dụng Tiếp đó, chất lân quang cải tiến thành sunfua kim loại kiềm thổ pha tạp Bi+, Eu2+, Ce+, khơng phù hợp với điều kiện khí hậu, dễ biến tính hóa học nên hạn chế việc ứng dụng Điều kích thích người tìm vật liệu lân quang thân thiện với môi trường sức khỏe người, có tính ổn định cao, hiệu suất phát quang lớn, thời gian lân quang kéo dài chúng có ứng dụng rộng rãi ngày khẳng định tầm quan trọng khoa học đời sống Đến cuối năm 1996, vật liệu SrAl2O4: Eu2+, Dy3+ chế tạo thành công với thời gian lân quang 16 bước sóng 520nm, sau đến CaAl2O4: Eu2+, Nd3+ chế tạo thành công, mở hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu lân quang aluminat kiềm thổ, silicate pha tạp Ce3+, Mn2+, Tb3+, Dy3+, Các nghiên cứu cho thấy vật liệu phát quang aluminat silicat pha tạp nguyên tố đất vượt bậc độ đồng cấu trúc vật liệu đạt số trả màu cao Ngoài ra, kim loại chuyển tiếp mà đặc biệt Mn có đặc trưng tạo thành nhiều ion phức chất có màu phát quang khác tùy thuộc vào vật liệu, đáp ứng tốt yêu cầu điều chỉnh màu sắc chế tạo vật liệu phát quang Sự kết hợp hai chất kích hoạt vào vật liệu nghiên cứu trước có số kết bước đầu BaAl2O4, với ion đất khác, nhiên kết chưa triệt để Trên tảng có, kết hợp với điều kiện phòng thí nghiệm chun đề Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng nên tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu đặc trưng phát quang nhóm vật liệu MO.Al2O3,SiO2 đồng pha tạp Eu2+, Mn2+” SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn bước sóng 490nm Eu2+ ứng với chuyển dời lượng 4f65d1-4f7 cường độ phát quang bước sóng 510nm Mn2+ ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang ion Eu2+ vào nồng độ Mn2+ vật liệu BaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ Hình 3.4 biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang Eu2+ vào nồng độ Mn2+ mẫu BaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ cho ta thấy giữ nguyên nồng độ Eu2+ nồng độ Mn2+ tăng, cường độ phát quang Eu2+ giảm xuống, chứng tỏ xuất Mn2+ ảnh hưởng đến phát quang Eu2+ b Phổ phát quang Mn2+ Eu2+ vật liệu BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ Hình 3.5 Phổ PL mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ (λEx=365nm) SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 29 GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.5 mơ tả phát quang mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ với nồng độ Eu2+ thay đổi từ 0% đến 1% bước sóng kích thích 365nm cho ta thấy: Dưới bước sóng kích thích 365nm, phổ phát quang mẫu vật liệu BaAl2O4 pha tạp Eu2+ Mn2+ với nồng độ Mn2+ thay đổi có dạng phổ đám rộng tương đồng đỉnh phổ dịch từ 510nm sang 500nm chồng phủ phát quang Eu2+, Mn2+ thay đổi tỉ đối cường độ phát quang bước sóng 490nm Eu2+ ứng với chuyển dời lượng 4f65d1-4f7 cường độ phát quang bước sóng 510nm Mn2+ ứng với chuyển dời T1g(G)-6A1(S) Đặc biệt, mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ có nồng độ 0,25%Eu2+, cường độ phổ cao vượt bậc đỉnh phổ kéo dài từ khoảng 490nm đến 510nm, tức cường độ phát quang Eu2+ với Mn2+ Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang Mn2+ vào nồng độ Eu2+ vật liệu BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ Hình 3.6 mơ tả phụ thuộc cường độ phát quang Mn2+ vào nồng độ Eu2+ mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ cho thấy nồng độ Eu2+ tăng, cường độ phát quang Mn2+ thay đổi nồng độ Mn2+ không đổi Đặc biệt, nồng độ 0,25%Eu2+ cường độ phát quang Mn2+ tăng vượt trội đồng thời phát quang Eu2+ đạt cực đại SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 30 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn 3.2.2 Phổ phát quang ion Mn2+ Eu2+ vật liệu SrAl2O4 a Phổ phát quang mẫu SrAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ Hình 3.7 Phổ PL mẫu SrAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ (λEx=365nm) Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang mẫu SrAl2O4 0,75%Mn2+.1%Eu2+ có dạng phổ đám rộng với đỉnh phổ khoảng 505nm chồng chập phổ phổ phát quang Eu2+ tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát quang Mn2+ tương ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) b Phổ phát quang mẫu SrAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ Hình 3.8 Phổ PL mẫu SrAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ (λEx=365nm) Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang mẫu SrAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ có dạng phổ đám rộng với đỉnh phổ khoảng 505nm kết chồng chập phổ phổ phát quang Eu2+ tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7và phổ phát quang Mn2+ tương ứng chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 31 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn 3.2.3 Phổ phát quang ion Mn2+ Eu2+ vật liệu CaAl2O4 3.2.3.1 Phổ phát quang Mn2+ Eu2+ vật liệu CaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ Hình 3.9 Phổ PL mẫu CaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ (λEx=365nm) Khi kích thích bước sóng 365nm, dạng phổ phát quang hai mẫu CaAl2O4.1%Eu2+.x%Mn2+ giống Đồng thời cường độ phát quang đỉnh 450nm Eu2+ tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 cường độ phát quang đỉnh 540nm tương ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) mẫu có nồng độ Mn2+ 0,25% cao mẫu có nồng độ Mn2+ 0,75% Điều tương đồng với phát quang Eu2+ Mn2+ vật liệu BaAl2O4 thay đổi nồng độ Mn2+ 3.2.3.2 Phổ phát quang Mn2+ Eu2+ vật liệu CaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ Hình 3.10 Phổ PL mẫu CaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ (λEx=365nm) SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 32 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khi kích thích bước sóng 365nm, dạng phổ phát quang hai mẫu CaAl2O4.1%Mn2+.y%Eu2+ giống Cường độ phát quang đỉnh phổ 540nm đặc trưng Mn2+ tương ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) mẫu có nồng độ Eu2+ 0,75% cao mẫu có nồng độ Mn2+ 0,5% Điều tương đồng với phát quang Eu2+ Mn2+ vật liệu BaAl2O4 thay đổi nồng độ ion Eu2+ Qua so sánh ta thấy với điều kiện chế tạo, nền, thay đổi nồng độ Mn2+ cường độ phát quang Eu2+ giảm, ngược lại thay đổi nồng độ Eu2+ cường độ phát quang Mn2+ thay đổi đáng kể Điều giải thích nhờ vào trình truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+, chế giải thích sau: Hình 3.11 Quá trình truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ Ion Eu2+ nhận lượng kích thích chuyển từ trạng thái lên trạng thái kích thích ứng với chuyển dời 8S7/2 - 4f65d1 Khi đó, có khả xảy ra: (1) ion Eu2+ từ trạng thái kích thích trạng thái phát lượng dạng xạ photon; (2) mức 4f65d1 Eu2+ nằm gần mức 4T2g(D) Mn2+ nên Eu2+ truyền lượng sang cho mức 4T2g(D) Mn2+, sau đó, Mn2+ từ trạng thái kích thích 4T2g(D) phát xạ nhiệt dạng phonon để chuyển trạng thái kích thích thấp 4T1g(G) Tại trạng thái kích thích thấp 4T1g(D), Mn2+ chuyển mức 6A1(S) xạ lượng dạng photon SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 33 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn 3.2.4 Phổ phát quang Eu2+ Mn2+ vật liệu khác 3.2.4.1 Phổ phát quang mẫu MAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ Hình 3.12 Phổ PL mẫu MAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ (λEx=365nm); phổ PL CaAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ phóng đại 10 lần Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang Eu2+ Mn2+ hai vật liệu có dạng đám rộng; cường độ phát quang Eu2+ Mn2+ BaAl2O4 lớn so với CaAl2O4 Đồng thời, phổ phát quang Eu2+ Mn2+ CaAl2O4 xuất đỉnh phổ khoảng 455nm đặc trưng cho xạ Eu2+ tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 đỉnh phổ khoảng 540nm đặc trưng cho xạ Mn2+ tương ứng chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S), phổ phát quang Eu2+ Mn2+ BaAl2O4 có đỉnh phổ khoảng 500nm kết chồng chập phổ phát quang Eu2+ Mn2+ (tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 Eu2+ 4T1g(G)-6A1(S) Mn2+) Sở dĩ chuyển dời Eu2+ Mn2+ khác trường tinh thể khác SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 34 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn 3.2.4.2 Phổ phát quang mẫu MAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ Hình 3.13 Phổ PL mẫu MAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ (λEx=365nm); phổ PL CaAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ SrAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ phóng đại 60 lần Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang Eu2+ Mn2+ có dạng đám rộng có cường độ yếu dần theo thứ tự từ BaAl2O4 đến SrAl2O4 cuối CaAl2O4 Mặc khác, đỉnh phổ phát quang chúng BaAl2O4, SrAl2O4 khoảng 500nm, 505nm chồng chập phổ phát quang Eu2+ tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát quang Mn2+ tương ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S); CaAl2O4 đỉnh phổ phát quang khoảng 450nm đặc trưng cho Eu2+ ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7, phổ phát quang Mn2+ chưa biểu rõ Sở dĩ có chênh lệch chuyển dời Eu2+ Mn2+ khác trường tinh thể khác SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 35 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn 3.2.4.3 Phổ phát quang mẫu MAl2O4.1%Mn2+.0,5%Eu2+ Hình 3.14 Phổ PL mẫu MAl2O4.1%Eu2+.0,5%Mn2+ (λEx=365nm); phổ PL CaAl2O4.1%Eu2+.0,5%Mn2+ phóng đại 1000 lần Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang Eu2+ Mn2+ hai có dạng đám rộng cường độ phát quang BaAl2O4 mạnh nhiều lần so với CaAl2O4 Mặc khác BaAl2O4, đỉnh phổ phát quang khoảng 500nm chồng chập phổ phát quang Eu2+ tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát quang Mn2+ tương ứng với chuyển dời T1g(G)-6A1(S); CaAl2O4 đỉnh phổ phát quang khoảng 450nm đặc trưng cho Eu2+ ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7, đỉnh phổ phát quang 540nm đặc trưng cho Mn2+ yếu Sở dĩ có chênh lệch chuyển dời Eu2+ Mn2+ khác trường tinh thể khác SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 36 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn 3.2.4.4 Phổ phát quang mẫu MAl2O4 1%Mn2+.0,75%Eu2+ Hình 3.15 Phổ PL mẫu MAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ (λEx=365nm); phổ PL CaAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ SrAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ phóng đại 300 lần Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang Eu2+ Mn2+ có dạng đám rộng, cường độ phát quang yếu dần theo thứ tự từ BaAl2O4 đến SrAl2O4 cuối CaAl2O4 Mặc khác BaAl2O4, đỉnh phổ phát quang khoảng 500nm SrAl2O4 khoảng 505nm chồng chập phổ phát quang Eu2+ tương ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát quang Mn2+ tương ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S); CaAl2O4 đỉnh phổ phát quang khoảng 445nm đặc trưng cho Eu2+ ứng với chuyển dời 4f65d14f7, đỉnh 540nm đặc trưng cho Mn2+ yếu Sở dĩ có chênh lệch chuyển dời Eu2+ Mn2+ khác trường tinh thể khác Qua so sánh ta thấy điều kiện chế tạo, khác nhau, cường độ phát quang ion Eu2+ ion Mn2+ phát quang cực đại BaAl2O4 giảm dần theo thứ tự: BaAl2O4; SrAl2O4; CaAl2O4 bán kính ion Ba2+ phù hợp với bán kính ion Eu2+ Mn2+ Ngồi ra, đỉnh phổ phát quang Eu2+ Mn2+ thay đổi tùy vào chuyển dời Eu2+ Mn2+ khác trường tinh thể khác SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 37 GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp 3.3 Phổ phát quang Mn2+ Eu2+ nung vật liệu 1300ºC 3.3.1 Phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ Hình 3.16 Phổ PL mẫu BaAl2O4.1%Eu2+.0,25%Mn2+ nung (λEx=365nm) Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Eu2+ 0,25%Mn2+ nung nung có dạng đám rộng tương đồng nhau, cường độ phát quang mẫu nung cao nhiều so với mẫu nung Ngoài ra, đỉnh phổ phát quang mẫu nung khoảng 500nm, đỉnh phổ phát quang mẫu nung khoảng 510nm (bức xạ đặc trưng Mn2+) dù có chồng chập phổ phát xạ ion Eu2+ ứng với bước chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát xạ ion Mn2+ ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) 3.3.2 Phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ Hình 3.17 Phổ PL mẫu BaAl2O4.1%Eu2+.0,75%Mn2+ nung (λEx=365nm) SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 38 GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Eu2+ 0,75%Mn2+ nung có dạng đám rộng tương đồng nhau, mẫu nung có cường độ phát quang lớn mẫu nung Tuy nhiên, mẫu nung có đỉnh phổ phát quang khoảng 505nm (dịch đỉnh đặc trưng Mn2+), đỉnh phổ phát quang mẫu nung vào khoảng 500nm dù hai có chồng chập phổ phát xạ Eu2+ ứng với chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát xạ Mn2+ ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) 3.3.3 Phổ phát quang Eu2+ Mn2+ mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,5%Eu2+ Hình 3.18 Phổ PL mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,5%Eu2+ nung (λEx=365nm) Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,5%Eu2+ nung có dạng đám rộng tương đồng cường độ phát quang mẫu nung lớn cường độ phát quang mẫu nung Tuy nhiên, đỉnh phổ phát quang mẫu nung khoảng 510nm đặc trưng cho xạ Mn2+, đỉnh phổ phát quang mẫu nung lại vào khoảng 500nm dù hai có chồng chập phổ phát xạ ion Eu2+ ứng với bước chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát xạ ion Mn2+ ứng với chuyển dời 4T1g(G)-6A1(S) SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 39 GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp 3.3.4 Phổ phát quang Eu2+, Mn2+ mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ Hình 3.19 Phổ PL mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ nung (λEx=365nm) Khi kích thích bước sóng 365nm, phổ phát quang mẫu BaAl2O4.1%Mn2+.0,75%Eu2+ nung có dạng đám rộng tương đồng cường độ phát quang mẫu nung lớn cường độ phát quang mẫu nung Ngoài ra, đỉnh phổ phát quang hai mẫu vào khoảng 500nm có chồng chập phổ phát xạ ion Eu2+ ứng với bước chuyển dời 4f65d1-4f7 phổ phát xạ ion Mn2+ ứng với chuyển dời T1g(G)-6A1(S) Từ so sánh trên, ta thấy: mẫu vật liệu chế tạo điều kiện nung cho kết tốt mẫu điều kiện nung cường độ phát quang ảnh hưởng bước sóng đỉnh phổ phát xạ mẫu kéo dài thời gian nung thích hợp, vật liệu ổn định đồng mặt cấu trúc, từ tăng hiệu suất cường độ phát quang SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 40 GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết ta đến kết luận sau: - Chế tạo thành cơng, hồn thiện mẫu vật liệu phát quang BaAl2O4 đồng pha tạp Eu2+ Mn2+ bước đầu chế tạo thành công mẫu vật liệu CaAl2O4; SrAl2O4 đồng pha tạp Eu2+ Mn2+ - Phổ phát quang mẫu vật liệu MAl2O4 pha tạp Eu2+ Mn2+ xuất dải phổ rộng chồng phủ phát quang Eu2+ phát quang Mn2+ - Khẳng định lại ảnh hưởng trường tinh thể đến phổ phát quang Eu2+ Mn2+ - Kiểm chứng lại truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ vật liệu BaAl2O4 đồng pha tạp Eu2+ Mn2+ mở rộng khảo sát, khái quát với vật liệu MAl2O4 đồng pha tạp Eu2+ Mn2+ Đây chế giúp tăng thời gian sống điện tử bẫy tăng cường độ phát quang Mn2+, cách chế tạo vật liệu lân quang dài - Tìm điều kiện chế tạo hiệu quả, tăng hiệu suất cường độ phát quang mẫu vật liệu BaAl2O4 đồng pha tạp Eu2+ Mn2+ Vì điều kiện thời gian hạn chế nên đề tài chưa đưa vào hết kết chế tạo nhóm vật liệu MO.Al2O3,SiO2 hẳn khơng tránh khỏi thiếu sót, khai thác chưa triệt để vấn đề Đây hướng mở đề tài để nghiên cứu sâu phát triển thời gian tới SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 41 GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Phan Văn Thích (1973), Hiện tượng huỳnh quang kĩ thuật phân tích huỳnh quang, NXB Đại học tổng hợp Hà Nội [2] Nguyễn Ngọc Trác (2015), Luận án tiến sĩ vật lí chất rắn: “Vai trò tâm, bẫy khuyết tật vật liệu lân quang dài CaAl2O4 pha tạp ion đất hiếm”, Đại học Huế [3] Phạm Nguyễn Thùy Trang (2017), Luận án tiến sĩ vật lí chất rắn: “Chế tạo tính chất phổ phát quang vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+, Mn2+”, Đại học Huế Tài liệu tiếng anh [4] G Blasse., B C Grabmaier (1994) Luminescent Material Springer-Verlag Berlin [5] Gerhard Heinrich Dieke, Spectra and Energy levels of Rare Earth Ion in Crystals, The Johns Hopkins University Baltimore, Maryland [6] Journal of Applied Physics, Energy transfer between Eu2+ and Mn2+ in longafterglow phosphor CaAl2O4: Eu2+, Nd3+ and Mn2+ SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 42 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét: (Về chất lượng khóa luận cần) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ý kiến: Đánh dấu (X) vào ô lựa chọn Đồng ý thông qua báo cáo Không đồng ý thông qua báo cáo Đà Nẵng, ngày tháng năm NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang 43 ... Nghiên cứu kiến thức phát quang vật liệu phát quang - Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu ion đất Eu2+ kim loại chuyển tiếp Mn2+ - Nhiệm vụ 3: Nghiên cứu chế tạo vật liệu lân quang đồng pha tạp Mn2+ Eu2+ vật liệu. .. HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÍ NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG PHÁT QUANG CỦA NHÓM VẬT LIỆU MO.Al2O3,SiO2 ĐỒNG PHA TẠP Eu2+, Mn2+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí Khóa học:... đề tài: Nghiên cứu đặc trưng phát quang nhóm vật liệu MO.Al2O3,SiO2 đồng pha tạp Eu2+, Mn2+” SVTH: Nguyễn Thị Hằng Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Thanh Sơn Mục tiêu nghiên cứu - Chế