Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của vật liệu Aluminoborate - Kiềm pha tạp Tb3+ và Sm3+” theo định hướng làm vật liệu cho chế tạo điốt phát quang ánh sáng trắng sử dụng trong lĩnh vực chiếu sáng. Mời các bạn cùng tham khảo.
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Hồi Thương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU ALUMINOBORATE – KIỀM PHA TẠP Tb3+ VÀ Sm3+ LUẬN VĂN THẠC SĨ: VẬT LÝ CHẤT RẮN Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Hoài Thương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU ALUMINOBORATE – KIỀM PHA TẠP Tb3+ VÀ Sm3+ Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8.44.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: PGS.TS Trần Ngọc Hướng dẫn 2: TS Nguyễn Trọng Thành Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu hướng dẫn nghiên cứu khoa học TS Trần Ngọc Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực Tác giả luận văn Phan Thị Hoài Thương Phan Thị Hoài Thương Phan Minh Tuấn LỜI CẢM ƠN Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo tính chất quang vật liệu Aluminoborate - Kiềm đồng pha tạp Tb3+ Sm3+ ” đề tài tơi chọn làm luận văn tốt nghiệp Trước hết tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Ngọc – người thầy tận tình hướng dẫn, đạo, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Trọng Thành tận tình dẫn, góp ý cụ thể cho tơi nghiên cứu khoa học Tôi xin cảm ơn tới Thạc sỹ Hồng Sỹ Tài phụ trách phịng thí nghiệm Vật lý Trường Đại học Quảng Bình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi nhất, đóng góp ý kiến cho tơi nghiên cứu khoa học Xin chân thành cảm ơn nhiệt tình giúp đỡ Trường Đại học Duy Tân - Đà Nẵng; Viện Khoa học Vật liệu - Hà Nội giúp đỡ việc thực phép đo sử dụng khóa luận Xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè cổ vũ, động viên giúp đỡ nhiều suốt thời gian học tập, hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Phan Thị Hoài Thương MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 12 1.1 LÝ THUYẾT VỀ SỰ PHÁT QUANG 12 1.1.1 Hiện tượng phát quang 12 1.1.1.1 Định nghĩa 12 1.1.1.2 Tính chất 12 1.1.1.3 Phân loại 13 1.1.2 Tâm quang học 16 1.1.2.1 Phân loại tính chất tâm quang học 16 1.1.2.2 Chuyển dời hấp thụ xạ tâm quang học 24 1.1.2.3 Lý thuyết truyền lượng 30 1.2 SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT VỀ THỦY TINH 40 1.2.1 Khái niệm chung thủy tinh 40 1.2.2 Phân loại cấu trúc thủy tinh 41 CHƯƠNG CÁC KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM 43 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO THỦY TINH 43 2.1.1 Phương pháp nóng chảy 43 2.1.2 Phương pháp Sol - gel 44 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU 45 2.2.1 Nhiễu xạ tia X 45 2.2.2 Phân tích nhiệt vi sai 46 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 48 2.3.1 Phương pháp phổ hấp thụ 48 2.3.2 Phương pháp phổ kích thích 49 2.3.3 Phương pháp phổ phát quang 50 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 CHẾ TẠO MẪU 52 3.1.1 Thủy tinh từ nguyên liệu Borate kim loại kiềm 52 3.1.1.1 Nguyên liệu cung cấp B2O3 52 3.1.1.2 Nguyên liệu cung cấp Li2O 52 3.1.1.3 Nguyên liệu cung cấp Al2O3 53 3.1.2 Các bước chế tạo mẫu 53 3.1.2.1 Cân nghiền hóa chất 53 3.1.2.2 Chuẩn bị khuôn 53 3.1.2.3 Nung mẫu 54 3.1.2.4 Cắt, mài đánh bóng 55 3.1.3 Phép phân tích nhiệt vi sai DTA 57 3.1.4 Phổ nhiễu xạ tia X 58 3.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 59 3.2.1 Tính chất quang thủy tinh aluminoborate – kiềm đơn pha tạp Sm3+59 3.2.2 Tính chất quang thủy tinh aluminoborate – kiềm đơn pha tạp Tb3+60 3.2.3 Tính chất quang thủy tinh aluminoborate – kiềm đồng pha tạp Tb3+, Sm3+ 61 3.2.3.1 Theo nồng độ Sm3+ 61 3.2.3.2 Theo nồng độ Tb3+ 63 3.2.4 Cơ chế truyền lượng thủy tinh aluminoborate – kiềm đồng pha tạp Sm3+ , Tb3+ 66 3.2.5 Phân tích phổ tọa độ màu ánh sáng phát quang thủy tinh aluminoborate – kiềm pha tạp 71 3.2.5.1 Sự dịch chuyển phổ màu theo nồng độ Sm3+ 71 3.2.5.2 Sự dịch chuyển phổ màu theo nồng độ Tb3+ 73 KẾT LUẬN 76 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt RE Rate Earth Đất ABL Aluminoborate-Kiềm Al2O3-B2O3-Li2O Tb3+ Terbium Terbium Sm3+ Samarium Samarium CIE Commission Internationle Eclairage Giản đồ tọa độ màu RE3+ Trivalent rare earth ions Ion đất hóa trị DD Dipole – dipole Lưỡng cực - lưỡng cực DQ Dipole – quadrupole Lưỡng cực - tứ cực QQ Quadrupole – quadrupole Tứ cực - tứ cực CR Cross-Relaxation Phục hồi chéo ED Electric dipole Lưỡng cực điện LED Light emitting diode Điốt phát quang W-LED White - light emitting diode Điốt phát ánh sáng trắng FD Fluorecensce decay Suy giảm huỳnh quang IH Inokuti – Hirayama Inokuti – Hirayama UV Ultraviolet Tử ngoại DTA Diferential thermal analysis Phân tích nhiệt vi sai DANH CÁC MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1.a Quá trình phát quang tâm bất liên tục A; X kích thích; M xạ H dao động nhiệt 15 Hình 1.1.b Quá trình phát quang tâm bất tái hợp A; X kích thích tâm S; truyền lượng T M xạ tâm A 15 Hình 1.2 Sự tương tác nguyên tử tách mức lượng ion đất 21 Hình 1.3 Giản đồ mức lượng Dieke [6] 23 Hình 1.4 Sự thiếu vắng ion mạng tạo nên tâm F [6] 24 Hình 1.5 Các chuyển dời quang học 25 Hình 1.6 Các chuyển dời tâm quang học 28 Hình 1.7 Q trình kích thích: kích thích trực tiếp lên tâm phát quang A (a) 31 Hình 1.8 Quá trình truyền lượng kích thích xạ xảy tâm vật liệu phát quang 31 Hình 1.9 Sơ đồ chuyển mức lượng hai tâm S A (a) chồng lấn phổ xạ tâm S phổ hấp thụ tâm A (b) .32 Hình 1.10 Giản đồ cho chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ 38 Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động máy nhiễu xạ tia X 45 Hình 2.2 Máy nhiễu xạ tia X 46 Hình 2.3 Sơ đồ hệ đo 48 Hình 2.4 Hiện tượng hấp thụ chiếu sáng qua mẫu có bề dày d 48 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ kích thích phát quang 49 Hình 2.6 Thiết bị đo phổ quang phát quang .50 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ quang phát quang 50 Hình 3.1 Quy trình chế tạo mẫu .52 Hình 3.2 Cân dùng để cân hố chất 53 Hình 3.3 Khn than dùng để chế tạo mẫu 54 Hình 3.4 a) Lị nung b)Quy trình nung mẫu 55 Hình 3.5 Đưa khn khỏi lò (cách 1) 55 Hình 3.6.(a) Mẫu sau lấy từ khuôn than 56 Hình 3.7 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai (DTA) mẫu thủy tinh 57 Hình 3.8 Giản đồ phép nhiễu xạ tia X mẫu thủy tinh ABL 58 Hình 3.9 Phổ kích thích phổ xạ ion Sm3+ thủy tinh ABL:Sm 59 Hình 3.10 Phổ kích thích phổ xạ ion Tb3+ thủy tinh ABL:Tb 60 Hình 3.11 Phổ kích thích thủy tinh ABL đồng pha tạp Tb3+, Sm3+ với nồng độ 0,75Tb3+xSm3+ (x = 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75) 60 Hình 3.12 Phổ phát quang hệ thủy tinh ABL đồng pha tạpTb3+, Sm3+với nồng độ 0,75Tb3+xSm3+(x = 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75) 60 Hình 3.13 Phổ kích thích thủy tinh ABL đồng pha tạp Tb3+, Sm3+ với nồng độ 1Sm3+yTb3+ (y = 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5) 61 Hình 3.14 Phổ phát quang hệ thủy tinh ABL đồng pha tạp Tb3+, Sm3+ với nồng độ 1Sm3+yTb3+(y = 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5) .65 Hình 3.15 Các kênh phục hồi chéo ion Sm3+ thủy tinh ABL: Sm, Tb .67 Hình 3.16 Đường cong FD Sm3+ thủy tinh ABL:Sm,Tb 69 Hình 3.17 Các chuyển dời điện tử trình truyền lượng hai ion Tb3+ liền kề 70 Hình 3.18 Tọa độ màu CIE thuỷ tinh ABL: 0,75Tb3+xSm3+Error! Bookmark not defined Hình 3.19 Tọa độ màu CIE thủy tinh ABL: 1Sm3+yTb3+ 73 ... Kiềm pha tạp Tb3+ Sm3+ - Đánh giá chất lượng mẫu vật liệu thủy tinh Aluminoborate Kiềm pha tạp Tb3+ Sm3+ sau chế tạo - Nghiên cứu tính chất quang học vật liệu thủy tinh Aluminoborate - Kiềm đồng. .. ? ?Nghiên cứu chế tạo tính chất quang vật liệu Aluminoborate - Kiềm pha tạp Tb3+ Sm3+? ?? làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu - Tối ưu hóa công nghệ chế tạo vật liệu thủy tinh Aluminoborate. .. HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Hồi Thương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU ALUMINOBORATE – KIỀM PHA TẠP Tb3+ VÀ Sm3+