Luận văn thạc sĩ Tính chất quang, Vật lý chất rắn, Cường độ Judd-Ofelt, Vật lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -o0o Phạm Thị Thanh Hiền Phạm Thị Thanh Hiền NGHIÊN NGHIÊNCỨU CỨUTÍNH TÍNHCHẤT CHẤTQUANG QUANGVÀ VÀCÁC CÁCTHƠNG THƠNGSỐ SỐ 3+ CƢỜNG CƢỜNGĐỘ ĐỘJUDD-OFELT JUDD-OFELTCỦA CỦAION IONSm Sm3+TRONG TRONGLaPO LaPO 44 LUẬN VĂN THẠCSĨ SĨKHOA KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC HỌC Hà Nội - 2016 HÀ NỘI - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o0o Phạm Thị Thanh Hiền NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG VÀ CÁC THÔNG SỐ CƢỜNG ĐỘ JUDD-OFELT CỦA ION Sm3+ TRONG LaPO4 Chuyên ngành: Vật Lý Chất Rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Thị Thanh Bình HÀ NỘI - 2016 Lời cảm ơn Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Lê Thị Thanh Bình – định hướng trực tiếp hướng dẫn em suốt q trình hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn PGS.TS Nguyễn Ngọc Long, PGS.TS Lê Văn Vũ, ThS Dương Mai Hương ThS Hoàng Mạnh Hà hướng dẫn giúp đỡ em nhiều trình thực nghiệm chế tạo mẫu hoàn thiện luận văn Em xin gửi lời cảm tới thầy cô Trung tâm Khoa Học Vật Liệu thầy cô khoa Vật lý có dẫn giải đáp quý báu, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thiện để tơi hồn thành luận văn Cuối em xin gửi lịng biết ơn tới gia đình bạn bè bên cạnh, quan tâm, động viên, cho em điều kiện để em có kết ngày hôm Luận văn thực Trung tâm Khoa Học Vật Liệu – Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Phần thực nghiệm luận văn hoàn thành sở sử dụng thiết bị: Nhiễu xạ kế tia X D5005, hệ LabRam HR800, phổ kế huỳnh quang FL3-22, thiết bị Carry 5000 Khoa Vật lý hỗ trợ đề tài QGTD 13 04 Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016 Học viên Phạm Thị Thanh Hiền Mục lục MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN 1.1 Một số khái niệm …………………… ……………… 1.1.1 Hiện tượng phát quang ………….………………………… 1.1.2 Các đặc trưng phát quang……………………………… .4 1.1.3 Phân loại phát quang ………… … ………… ….………… 1.2 Các tính chất quang tâm đất hiếm……………….… ……………… 1.2.1 Đặc trưng quang phổ tâm phát quang loại ion đất 1.2.2 Đặc trưng quang phổ tâm phát quang Sm3+ ………… …….12 1.3 Vật liệu huỳnh quang LaPO4…………… ………………………… 13 1.4 Các phương pháp chế tạo………………… … ………………….….14 1.4.1 Phương pháp sol-gel ………………………… … ………….14 1.4.2 Phương pháp vi sóng ……………………………… … ……….14 1.4.3 Phương pháp đồng kết tủa ………………………………… ….15 1.4.4 Phương pháp thủy nhiệt……………………………… .….… 15 1.5 Lý thuyết Judd- Ofelt……………………………………… 17 1.5.1 Nguyên lý………………………………………… ……… …….17 1.5.2.Q trình phân tích Judd- Ofelt……………………………… .19 1.5.3 Ưu điểm hạn chế lý thuyết Judd-Ofelt……………… …22 1.6 Quá trình truyền lượng…………………… ………………… 23 Chương - Thực Nghiệm 2.1 Phương pháp chế tạo bột LaPO4: Sm3+…………………….………… 27 2.1.1 Tiền chất dụng cụ …………………………… .………… 27 2.1.2 Quy trình thí nghiệm……………………… ….………… … 28 2.2 Các phương pháp ngiên cứu …………………………………… ……29 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X…………….………………… .…29 2.2.2 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ………………………… … 30 2.2.3 Phổ tán sắc lượng tia X ( EDS) ……………………….… 30 2.2.4 Phép đo tán xạ Raman …………………………….… …………31 2.2.5 Phép đo huỳnh quang kích thích huỳnh quang ……… .… 31 2.2.6 Phép đo hấp thụ quang học ……………………… … …………32 2.2.7 Phép đo thời gian sống ………………………… … ………… 32 Chương - Kết thảo luận 3.1 Tính chất cấu trúc…………………………… … ………….………….33 3.1.1 Cấu trúc vật liệu LaPO4 phụ thuộc độ pH….……………… 33 3.1.2 Sự phụ thuộc cấu trúc vật liệu vào nhiệt độ chế tạo ………… .36 3.1.3 Sự phụ thuộc vào nồng độ pha tạp cấu trúc vật liệu …… 39 3.2 Hình thái học thành phần hóa học…………… … …… ……… 41 3.2.1 Ảnh TEM…… ……… ……….………………….… .…… 41 3.2.2 Thành phần hóa học (phổ EDS) ………………….………………41 3.3 Tính chất huỳnh quang bột nano LaPO4: Sm3+ …… …………… 42 3.3.1 Phổ PL phụ thuộc nồng độ pha tạp Sm3+…………….……… ….43 3.3.2 Phổ PL phụ thuộc thời gian chế tạo.………………….……… 44 3.3.3 Phổ PL phụ thuộc nhiệt độ chế tạo ………….……… ……… …45 3.3.4 Giải thích phổ PL-PLE LaPO4:Sm3+…….……….… … 46 3.3.5 Phổ huỳnh quang nhiệt độ thấp …….………………….…… … 48 3.4 Tính chất hấp thụ…………………….…… … ………………….….50 3.4.1 Phổ hấp thụ quang học……… ………………… ………….… 50 3.4.2 Hiệu ứng Nephelauxetic thông số liên kết metal-ligand……… 54 3.5 Áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt……………… .…………………….…55 3.5.1 Thông số cường độ Judd- Ofelt ……………… … ……… ……55 3.5.2 Tiên đoán thông số phát xạ ion Sm3+ ….……………… 58 3.5.3 Quá trình truyền lượng ion Sm3+… ………… ….62 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục hình ảnh luận văn Chƣơng Hình 1.1 Các trình tái hợp xạ Hình 1.2 Sơ đồ mức lượng số ion lantan Hình 1.3 Sơ đồ tách mức lượng Hình 1.4 Sự phụ thuộc áp suất vào nhiệt độ điều kiện đẳng tích 10 16 Chƣơng Hình 2.1 Quy trình chế tạo LaPO4:Sm3+ phương pháp thủy nhiệt 28 Chƣơng Hình 3.1 Phổ XRD mẫu LaPO4:0 mol% Sm3+ chế tạo 220 oC h với pH =1, 6, 33 Hình 3.2 Phổ XRD mẫu LaPO4:0 mol% Sm 220 oC h với pH = Hình 3.3 Phổ XRD mẫu LaPO4:0 mol% Sm 220 oC h với pH = pH = Hình 3.4a Phổ Raman mẫu LaPO4: mol% Sm3+ với pH = 1, 6, dải số sóng 100-700 cm-1 34 Hình 3.4b Phổ Raman mẫu LaPO4: mol% Sm3+ với pH = 1, 6, dải số sóng 900-1100 cm-1 35 Hình 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu LaPO4 chế tạo nhiệt độ khác Hình 3.6 Phổ XRD mẫu LaPO4 chế tạo 120 oC 140 oC Hình 3.7 Phổ XRD mẫu LaPO4 chế tạo 170 oC Hình 3.8 Phổ XRD mẫu LaPO4 chế tạo 180 oC 220 oC Hình 3.9 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu LaPO4 pha tạp Sm3+ nồng độ 0; 6; 10; 15 mol% Hình 3.10a Phổ Raman mẫu LaPO4: 0, 6, 10, 15 mol% Sm3+ dải số sóng 100-650 cm-1 36 Hình 3.10b Phổ Raman mẫu LaPO4: , 6, 10, 15 mol% Sm3+ dải số sóng 900-1100 cm-1 40 34 35 37 41 37 41 37 41 39 40 Hình 3.11 Ảnh TEM mẫu LaPO4 chế tạo 220 oC-6 h 41 Hình 3.12 Phổ EDS mẫu LaPO4: mol% Sm3+ chế tạo 220 o C h Hình 3.13 Phổ PL ex  401nm PLE em  596nm mẫu LaPO4:2 41 mol% Sm3+ Hình 3.14 Phổ PL mẫu LaPO4 pha tạp Sm3+ với nồng độ khác nhau, đo nhiệt độ phịng Hình 3.15 Giản đồ phụ thuộc cường độ huỳnh quang vào nồng độ pha tạp Sm3+ Hình 3.16 Phổ PL LaPO4:2 mol% Sm3+chế tạo thời gian khác 42 43 44 44 Hình 3.17 Phổ PL mẫu LaPO4:2 mol% Sm3+trong 6h nhiệt độ khác 45 Hình 3.18 Phổ huỳnh quang mẫu LaPO4:2 mol%Sm3+ chế tạo 220 oC h Hình 3.19 Phổ kích thích huỳnh quang LaPO4:2 mol%Sm3+ chế tạo 220 o C h Hình 3.20 Sơ đồ mức lượng ion Sm3+ chuyển dời kích thích phát xạ LaPO4:Sm3+ Hình 3.21 Phổ huỳnh quang vật liệu LaPO4: 15 mol% Sm3+ A) đo nhiệt độ T=10 K B) đo nhiệt độ phịng Hình 3.22 Dải huỳnh quang mẫu LaPO4: 15 mol% Sm3+ với đỉnh đặc trưng A) đỉnh 560 nm, B) đỉnh 596 nm, C) đỉnh 640 nm D) 701 nm Hình 3.23a Phổ hấp thụ LaPO4:0, 10, 15 mol% Sm3+ vùng 300500 nm Hình 3.23b Phổ hấp thụ LaPO4:0, 10, 15 mol% Sm3+ vùng 8001600 nm Hình 3.24 Phổ hấp thụ phổ kích thích huỳnh quang LaPO4:10 mol% Sm3+ Hình 3.25 Phổ hấp thụ phổ kích thích huỳnh quang LaPO4:15 mol% Sm3+ Hình 3.26 Đường cong suy giảm huỳnh quang đo đỉnh 594 nm (chuyển dời 4G5/2 → 6H7/2) ion Sm3+ LaPO4:10 mol% 15 mol% Sm3+ Hình 3.27 Đường cong FD mức 4G5/2 ion Sm3+trong LaPO4:10 mol% Sm3+ 46 47 48 49 49 50 51 53 53 63 65 Hình 3.28 Đường cong FD mức 4G5/2 ion Sm3+trong LaPO4:15 mol% Sm3+ 66 Danh mục bảng luận văn Chƣơng Bảng 2.1 Khoảng cách dhkl mặt phẳng mạng hệ tinh thể Chƣơng Bảng 3.1 Hằng số mạng mẫu nhiệt độ chế tạo khác Bảng 3.2 Năng lượng đỉnh hấp thụ Sm3+ LaPO4với nồng độ pha tạp khác Bảng 3.3 Thông số nephelauxetic β thông số liên kết mẫu LaPO4 pha tạp Sm3+ Bảng 3.4 Cường độ dao động tử thực nghiệm ( 30 38 52 54 10-6) lý thuyết ( 10-6) cho chuyển dời hấp thụ ion Sm3+ LaPO4:10 mol% Sm3+ Bảng 3.5 Cường độ dao dộng tử thực nghiệm ( 10-6) lý thuyết ( 10-6) cho chuyển dời hấp thụ ion Sm3+ LaPO4:15 mol% Sm3+ Bảng 3.6 Các thông số ( 10-20 cm2) hệ số chất lượng quang phổ χ = / ion Sm3+ LaPO4:10mol% 15 mol% Sm3+ Bảng 3.7 Tiên đoán xác suất chuyển dời lưỡng cực điện (Aed), lưỡng cực từ (Amd), xác suất chuyển dời phát xạ (AR) thời gian sống (τ) cho mức 4G5/2 ion Sm3+ LaPO4:10 mol% Sm3+ 56 57 58 59 Bảng 3.8 Tiên đoán xác suất chuyển dời lưỡng cực điện (Aed), lưỡng cực từ (Amd), xác suất chuyển dời phát xạ (AR) thời gian sống (τ) cho mức 4G5/2 ion Sm3+ LaPO4:15 mol% Sm3+ 60 Bảng 3.9 Các thông số xạ ion Sm3+ mẫu LaPO4:10 mol% Sm3+ 61 Bảng 3.10 Các thông số xạ ion Sm3+ mẫu LaPO4:15 mol% Sm3+ Bảng 3.11 Thời gian sống tính tốn J-O (τ , ms), thời gian sống thực nghiệm (τ , ms), hiệu suất lượng tử (η, %) xác suất truyền lượng ( , s-1) ion Sm3+ LaPO4:10 mol% 15 mol% Sm3+ Bảng 3.12 Thông số truyền lượng Q, thông số tương tác CDA, (cm8/s), khoảng cách ion R (Å), khoảng cách ngưỡng R0 (Å), 62 64 64 66 Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền Bảng 3.7 Tiên đoán xác suất chuyển dời lưỡng cực điện (Aed), lưỡng cực từ (Amd), xác suất chuyển dời phát xạ (AR) thời gian sống (τ) cho mức 4G5/2 ion Sm3+ LaPO4:10 mol% Sm3+ Yếu tố ma trận rút gọn G5/2→ νc (cm-1) U2 U4 U6 Amd Aed AR 0,0001 0,0005 0,41 0,41 0,0018 0,0003 0,0002 1,17 1,17 F11/2 6906 F9/2 8354 F7/2 9578 0,0017 0,0002 1,62 5,42 7,04 F5/2 10482 0,0072 0,0017 5,28 9,54 14,82 F3/2 10989 0,0011 0,0001 7,77 0,96 8,73 H15/2 11086 0 0,0002 0,5 0,5 F1/2 11236 0,001 0 0,49 0,49 H13/2 12579 0,0002 0,0018 7,91 7,91 H11/2 14184 0,0053 0,0021 62,57 62,57 H9/2 15649 0,0112 0,0067 0,002 116,45 116,45 H7/2 16835 0,0001 0,0086 0,0089 18,58 217,89 236,47 H5/2 17857 0,0003 0,0006 22,35 12,25 34,6 AT= ∑ Khoa Vật lý = 491,16 59 τ= = ms Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền Bảng 3.8 Tiên đoán xác suất chuyển dời lưỡng cực điện (Aed), lưỡng cực từ (Amd), xác suất chuyển dời phát xạ (AR) thời gian sống (τ) cho mức 4G5/2 ion Sm3+ LaPO4:15 mol% Sm3+ Yếu tố ma trận rút gọn G5/2→ νc (cm-1) U2 U4 U6 Amd Aed AR 0,0001 0,0005 0,39 0,39 0,0018 0,0003 0,0002 0,94 0,94 F11/2 6906 F9/2 8354 F7/2 9578 0,0017 0,0002 1,62 4,19 5,81 F5/2 10482 0,0072 0,0017 5,28 7,23 12,51 F3/2 10989 0,0011 0,0001 7,77 0,72 8,49 H15/2 11086 0 0,0002 0,5 0,5 F1/2 11236 0,001 0 0,37 0,37 H13/2 12579 0,0002 0,0018 7,61 7,61 H11/2 14184 0,0053 0,0021 50,2 50,2 H9/2 15649 0,0112 0,0067 0,002 91,8 91,8 H7/2 16835 0,0001 0,0086 0,0089 18,58 184,45 203,03 H5/2 17857 0,0003 0,0006 22,35 9,3 31,65 τ = 2,4 ms AT = 413,3 Ngoài từ phổ huỳnh quang lý thuyết J-O ta cịn tiên đốn khả xạ laser ion đất hiếm, bao gồm: tỉ số phân nhánh xạ βR chuyển dời xạ (1.10); tiết diện ngang cho chuyển dời xạ (1.12); độ rộng vạch hiệu dụng (nm) (1.12) Bảng 3.9 bảng 3.10 trình bày thơng số xạ ion Sm3+ mẫu LaPO4:10 15 mol% Sm3+ Có thể Khoa Vật lý 60 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền thấy tỉ số phân nhánh thực nghiệm lý thuyết có phù hợp tốt chuyển dời có cường độ lớn chuyển dời 4G5/2→ 6H7/2 4G5/2→ 6H9/2 Bảng 3.9 Các thông số xạ ion Sm3+ mẫu LaPO4:10mol% Sm3+ G5/2→ (nm) (nm) F11/2 1448 - 8.35E-04 - - F9/2 1197 - 0,00238 - - F7/2 1044 - 0,01433 - - F5/2 954 - 0,03017 - - F3/2 910 - 0,01777 - - H15/2 902 - 0,00102 - - F1/2 890 - 9,98E-04 - - H13/2 795 - 0,0161 - - H11/2 705 17,97109 0,12739 0,0488 3,5382 H9/2 639 16,7774 0,23709 0,2031 16,3206 H7/2 594 11,8797 0,48145 0,603 6,0012 H5/2 560 8,0175 0,07045 0,1451 2,5473 Khoa Vật lý 61 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền Bảng 3.10 Các thông số xạ ion Sm3+ mẫu LaPO4:15mol% Sm3+ G5/2→ (nm) (nm) F11/2 1448 - 0,00094 - - F9/2 1197 - 0,00227 - - F7/2 1044 - 0,01406 - - F5/2 954 - 0,03027 - - F3/2 910 - 0,02054 - - H15/2 902 - 0,00121 - - F1/2 890 - 0,00089 - - H13/2 795 - 0,01841 - - H11/2 705 17,9224 0,12146 0,048 3,2366 H9/2 639 16,6431 0,22211 0,2026 14,0126 H7/2 594 11,9609 0,49124 0,6022 4,7309 H5/2 560 8,2553 0,07658 0,1471 2,0437 3.5.3 Quá trình truyền lƣợng ion Sm3+ Như trình bày phần 3.2.1 ta thấy có dập tắt huỳnh quang nồng độ pha tạp Sm3+ vượt mol% Sự dập tắt huỳnh quang theo nồng độ thể rõ nét qua giảm thời gian sống, tiến hành đo đường cong đường cong suy giảm huỳnh quang (fluorescence decay – FD) theo thời gian để thu thời gian sống mức 4G5/2 ion Sm3+ vật liệu LaPO4 Hình 3.26 biểu diễn đường cong suy giảm huỳnh quang mức 4G5/2→ 6H7/2 ion Sm3+ mẫu LaPO4:10 mol% 15 mol% Sm3+ Từ đường cong FD thực nghiệm này, thời gian sống trung bình mẫu tính tốn theo cơng thức τexp = Khoa Vật lý 62 ∫ ∫ (3.2) Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền Hiệu suất lượng tử tính theo cơng thức: η= (3.3) thời gian sống trình phát xạ theo lý thuyết J-0 Lg [c-êng ®é huúnh quang chuÈn hãa] 3+ a: 10 mol% Sm 3+ b: 15 mol% Sm 0.1 a 0.01 b Thêi gian (ms) Hình 3.26 Đường cong suy giảm huỳnh quang đo đỉnh 594 nm (chuyển dời 4G5/2 → 6H7/2) ion Sm3+ LaPO4:10 mol% 15 mol% Sm3+ Sự dập tắt huỳnh quang theo nồng độ có liên quan đến chuyển dời không phát xạ , bao gồm phục hồi đa phonon trình truyền lượng Xác suất phục hồi khơng phát xạ tính theo cơng thức = đó: + = - (3.4) : xác suất phục hồi đa phonon : xác suất truyền lượng Đối với ion Sm3+ LaPO4, khoảng cách lượng trạng thái đầu trạng thái cuối lớn so với lượng phonon, xác suất phục hồi đa phonon Khoa Vật lý 63 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền ion Sm3+ nhỏ, nên bỏ qua Như q trình phục hồi khơng phát xạ chủ yếu truyền lượng Nên công thức 3.4 viết gần là: = - (3.5) Giá trị thời gian sống thực nghiệm, thời gian sống theo lý thuyết J-O hiệu suất lượng tử xác suất phục hồi khơng phát xạ trình bày bảng 3.11 Bảng 3.11 Thời gian sống tính tốn J-O ( ( , ms), thời gian sống thực nghiệm , ms), hiệu suất lượng tử (η, %) xác suất truyền lượng ( , s-1) ion Sm3+ LaPO4:10 mol% 15 mol% Sm3+ Η Mẫu 10 mol% Sm3+ 1,54 77 149 15 mol% Sm3+ 2,4 0,56 23 1369 Từ bảng 3.11 nhận thấy hiệu suất lượng tử giảm từ 77% xuống 23% xác suất truyền lượng tăng từ 149 lên 1369 s-1 Có thể thấy nồng tạp tăng lên xác suất truyền lượng tăng làm cho hiệu suất lượng tử giảm Trong luận văn để nghiên cứu trình truyền lượng ion Sm3+ LaPO4 chúng tơi áp dụng mơ hình Yokota-Tanimoto Khi nồng độ pha tạp nhỏ q trình truyền lượng khơng đáng kể đường cong FD đường e mũ đơn (single-exponential), nồng độ tạp tăng lên tương ứng với trình truyền lượng tăng lên đường cong FD đường double-exponential, triple-exponential nồng độ tạp lớn đường cong FD phức tạp nhiều Thực vậy, mẫu LaPO4:10 mol% Sm3+, đường cong FD không tuân theo hàm e mũ đơn (single-exponetial), mà coi tổng ba hàm e mũ (triple-exponential), với mẫu LaPO4:15 mol% Sm3+ đường cong FD tuân theo hàm phức tạp nhiều Điều chứng tỏ Khoa Vật lý 64 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền mẫu nêu xảy trình truyền lượng, làm giảm thời gian sống huỳnh quang Hình 3.27 biểu đường cong FD chuyển dời 4G5/2 ion C-êng ®é huúnh quang chuÈn hãa 3+ 10 % Sm Expdec 0.8 y= A1*exp(-x/t1)+A2*exp(-x/t2)+A3*exp(-x/t3)+y0 y0 =0.00124 ± 0.00079 0.4 A1=1.56986 ± 0.11205 t1=0.1221±0.00893 A2=0.58128 ± 0.02552 t2=0.69527±0.04533 A3= 0.18567± 0.01519 t3=3.29077±0.19959 0.0 10 Lg[c-êng ®é huúnh quang chuÈn hãa] Sm3+ LaPO4:10 mol% Sm3+ 3+ 10 % Sm ExpDec 0.1 0.01 1E-3 20 10 20 Thêi gian (ms) Thêi gian (ms) Hình 3.27 Đường cong FD mức 4G5/2 ion Sm3+trong LaPO4: 10 mol% Sm3+ Với mẫu LaPO4:15 mol% Sm3+ tiến hành làm khớp đường cong thực nghiệm theo công thức (1.22) Trong đươc lấy từ thời gian mẫu có nồng độ thấp (1 mol% Sm3+) Từ hình 3.28 thấy đường cong FD mẫu LaPO4:15 mol% Sm3+ làm khớp tốt với S = Như trình truyền lượng ion Sm3+ LaPO4 xảy với tương tác vượt trội tương tác lưỡng cực–tứ cực Ngoài tương tác đa cực khác có khả xuất xác suất nhỏ so với chế lưỡng cực–tứ cực Từ kết làm khớp đường cong FD theo mơ hình Yokota-Tanimoto chúng tơi tính thông số vi mô Q, CDA, R0, WDA D ion Sm3+ mẫu LaPO4:15 mol% Sm3+, thông số trình bày bảng 3.12 Khoa Vật lý 65 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Lg[c-êng ®é huúnh quang chuÈn hãa] Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền LaPO4: 15% Sm 3+ 0.1 0.01 S=10 S=8 1E-3 S=6 1E-4 Thêi gian (ms) Hình 3.28 Đường cong FD mức 4G5/2 ion Sm3+trong LaPO4:15 mol% Sm3+ Bảng 3.12 Thông số truyền lượng Q, thông số tương tác CDA, (cm8/s), khoảng cách ion R (Å), khoảng cách ngưỡng R0 (Å), tốc độ truyền lượng D A WDA (s-1), xác suất truyền lượng WET (s-1), hệ số khuếch tán D (cm2/s) ion Sm3+ LaPO4 mẫu LaPO4:15 mol% Sm3+ Q CDA R R0 WDA WET D 4,89 3,5 10-57 3,44 5,02 1779 1369 19 10 -17 Khoa Vật lý 66 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền KẾT LUẬN Các kết luận văn bao gồm: 1) Đã chế tạo thành công mẫu bột LaPO4 pha tạp Sm3+ phương pháp thủy nhiệt với nồng độ Sm3+ từ đến 15 mol% Phụ thuộc vào điều kiện chế tạo, mẫu kết tinh theo cấu trúc đơn tà hay lục giác với số mạng tương ứng là: a = 6,832 Å, b = 7,081 Å, c = 6,474 Å , β = 103,2 o a = 7,042 Å , c = 6,445 Å Ảnh TEM cho thấy mẫu bột LaPO4 gồm dây nano có độ đồng cao Dây có kích thước chiều ngang dây phân bố khoảng 10 đến 20 nm 2) Nguồn gốc phổ PL phổ PLE bột LaPO4:Sm3+ chuyển dời nội ion Sm3+ LaPO4 Các kết PL cho thấy mẫu LaPO4:2 mol% Sm3+ 220 oC h với độ pH = có cường độ phát quang mạnh Phổ PL ion Sm3+ kết chuyển dời từ trạng thái kích thích 4G5/2 trạng thái 6HJ (J = 5/2; 7/2; 9/2; 11/2) Phổ PLE LaPO4:2 mol% Sm3+ tương ứng với chuyển dời từ trạng thái 6H5/2 lên trạng thái kích thích 4D7/2, 4D3/2, 6P7/2, 6P3/2, 6P5/2, 4G9/2, 4M15/2 Phổ hấp thụ với chuyển dời đặc trưng ion Sm3+ từ mức 6H5/2 lên mức có lượng cao Từ phổ hấp thụ ta ghi nhận 16 chuyển dời hấp thụ, bao gồm: 6H5/2 →6F1/2, 6H15/2, 6F3/2, 6F5/2, 6F7/2, 6F9/2, 6F11/2, 4M15/2, 4I13/2, 4G9/2, P5/2, 6P3/2, 4L15/2, 6P7/2, 4D3/2, 4D7/2 3) Đã áp dụng lý thuyết J-O để khảo sát tính chất quang ion Sm3+ vật liệu LaPO4 Kết cho thấy: Thông số liên kết δ < liên kết ion Sm3+- ligand liên kết ion Giá trị thông số cường độ 20 cm2; = 3,98 10-20 cm2; cho mẫu LaPO4:15mol% Sm3+ là: = 0,4 10- = 2,81 10-20 cm2 với sai số độ lệch tồn phương trung bình 0,47 10-6 Sử dụng thơng số cường độ tiên đốn tính chất phát xạ thời gian sống mức kích thích 4G5/2 Sự phù hợp tính tốn thực nghiệm tin cậy phương pháp phân tích J-O Khoa Vật lý 67 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ 4) Phạm Thị Thanh Hiền Đã sử dụng mơ hình Yokota-Tanimoto để khảo sát trình truyền lượng ion Sm3+ LaPO4 Quá trình truyền lượng bao gồm: trình khuếch tán lương ion đono D tương tác ion đono D ion axepto A với chế lưỡng cực-tứ cực (S = 8) Đã thu giá trị thông số quan đặc trưng cho trình truyền lượng như: thông số truyền lượng Q, thông số tương tác CDA, hệ số khuếch tán D, v.v… Khoa Vật lý 68 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ SỬ DỤNG NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN Pham Thi Thanh Hien, Duong Thi Mai Huong, Nguyen Ngoc Long, Le Van Vu, and Hoang Manh Ha (2015), “Structure and Photoluminescence Characterization of LaPO4:Sm3+ Nanowires Prepared by Hydrothermal method”, VNU Journal of Science:Mathematics-Physics, Vol 31 Le Van Vu, Nguyen Ngoc Long, Duong Thi Mai Huong, Le Thi Thuy, and Pham Thi Thanh Hien (2014), “Structure and Photoluminescence Characterization of LaPO4:Sm3+ Nanowires Prepared by Microwave Technique”, IWAMSN Duong Thi Mai Huong, Le Thi Trang, Pham Thi Thanh Hien, Le Van Vu, and Nguyen Ngoc Long (2013), “Structure and Photoluminescence Characterization of LaPO4:Tb3+ Nanowires”, SPMS2013, 72 Duong Thi Mai Huong, Le Thi Trang, Pham Thi Thanh Hien, Le Van Vu, and Nguyen Ngoc Long (2013), “Structure and Photoluminescence Characterization of LaPO4: Sm3+ Nanowires Prepared by Hydrothermal Method”, ISFM Khoa Vật lý 69 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài Liệu Tiếng Việt Dương Thị Liên (2011), Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu huỳnh quang Lanthanum Phosphate pha tạp đất hiếm, Luận văn thạc sĩ vật lý, trường đại học Khoa học Tự Nhiên Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn, Nhà xuất đại học Quốc gia Hà Nội Vũ Xuân Quang (1999), Quang phổ tâm điện tử vật rắn, Trung tâm Khoa học Tự Nhiên Công nghệ Quốc gia Hà Nội Vũ Xuân Quang (2012), Lý thuyết Judd-Ofelt Quang phổ vật liệu chứa đất hiếm, Đại học Duy Tân Tài Liệu Tiếng Anh Bhargava R.N., Gallagher D., and Welker T (1994), “Doped nanocrystal of semiconductor- a new class of luminescent materials”, J Luminescence, 275, pp 60–61 Carnall W.T., Fields P.R., Rahnak K (1968), “Electronic Energy Levels in the Trivalent Lanthenide Aquo Ions I Pr3+, Nd3+, Pm3+, Sm3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, and Tm3+”, The Journal of chemical physics, 44, pp 10 Chai Z L., Wang C., Zheng R K., Webley P A., Wang H T (2009), “Synthesis of Mesoporous LnPO4 Nanostructures with Controllable Morphologies”, New Journal of chemistry, 33, pp 1657-1662 Chander H (2006), “A review on synthesis of nanophosphors – Future luminescent materials”, Proceedings of ASID, New Delhi, p 11 Dexter D L (1953), “A Theory of Sensitized Luminescence in Solids”, J Chem Phys 21, pp 836–850 Khoa Vật lý 70 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền 10 Diaz-Guillen J A., Fuentes A F., Gallini S., Colomer M T (2007), “A rapid method to obtain nanometric particles of rhabdophane LaPO4.nH2O center dot n H2O by mechanical millin”, Journal of Alloys and Compounds, 427, pp 87- 93 11 Duong Thi Lien, Duong Thi Mai Huong, Le Van Vu, Nguyen Ngoc Long (2015), ”Structure and photoluminescence characterization of Tb 3+-doped LaPO4 nanorods prepared via the microwave-assisted method”, Journal of Luminescence, 16, pp 389–394 12 Duong Thi Mai Huong, Le Thi Trang, Le Van Vu, Nguyen Ngoc Long (2014), “Structural and optical properties of terbium doped lanthanum orthophosphate nanowires synthesized by hydrothermal method”, J Alloys Compd, 602, pp 306–311 13 Förster Th (1960), “Transfer Mechanism of Electronic Excitation Energy” , Radiation Res Supp., 2, pp 326–339 14 Gao P., Ding Y., Mai W., Hughes W.L., Lao C., Wang Z (2005), “Conversion oinc oxide nanobelts into superlattice-structured nanohelices”, Science, 309, pp 1700 – 1704 15 García Solé J., Bausá L.E., and Jaque D (2005), An introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids, 202-203, pp 181-195 16 Inokuti M., Hirayama F (1965), “Influence of Energy Transfer by the Exchange Mechanism on Donor Luminescence”, J Chem Phys., 43 17 Jayasankar C.K., Babu P (2000), “ Optical properties of Sm3+ ions in lithium borate and lithium fluoroborate glasses”, J Alloys Compd., 307, 82 18 Judd B.R (1962),“Optical Absorption intensities of rare earth ions“, Phys.Rev, 127, pp 750-761 Khoa Vật lý 71 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền 19 Lai H., Bao A., Yang Y., Tao Y., and Yang H (2008), “Correlation of photoluminescence of (La, Ln) PO4:Eu3+ (Ln = Gd and Y) phosphors with their crystal structures”, J Nanopart Res., 10, pp 1355 20 Lavin V., Martin I.R., Jayasankar C.K, Troster Th (2002), “ Pressure-induced enery transfer processes betweem Sm3+ ions in lithium flourborate glasses”, Phys Rev., B66, 064207 21 Li W., and Lee J (2008), “Microwave-Assisted Sol−Gel Synthesis and Photoluminescence Characterization of LaPO4:Eu3+, Li+ Nanophosphors”, J Phys Chem., 112, 11679 22 Li X B., Chew Z Z,, Shi E W (2010), “Effect of doping on the Raman scattering of 6H-SiC crystals”, Physics B, 405, 2423 23 Mart n I R., Rodr guez V D., Rodr guez-Mendoza U R , Lav n V., Montoya E., and Jaque D (1999),” Energy transfer with migration Generalization of the Yokota–Tanimoto model for any kind of multipole interaction”, J Chem Phys.,111, pp 1191-1194 24 Ofelt G.S (1962),“Intensities of crystal spectra of rare earth ions” , J Chem Phys., 37, pp 511-520 25 Phan Van Do, Vu Phi Tuyen, Vu Xuan Quang, Nguyen Trong Thanh, Vu Thai Ha, Khaidukov M N., Lee Y (2012), “Judd- Ofelt analysis of spectroscopic properties of Sm3+ ions on K2YF5 crystal”, Journal of Alloys and Compounds, 520, pp 262-265 26 Sankar S., Warrier K.G (2011), “Aqueous sol–gel synthesis of lanthanum phosphate nano rods starting from lanthanum chloride precursor”, Sol-Gel Sci Technol., 58, pp.195 27 Tran Thu Hương, Tran Kim Anh, Hoang Thi Khuyen, Pham Thu Hien, Le Quoc Minh (2010), “ Fabrication and Properties of Terbium Photphate nanorods”, The 5th International Workshop on Advanced Materials Science Khoa Vật lý 72 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền and Nanotechnology (IWAMSN2010) – Hanoi, Vietnam, Institute of Materials Science, Vietnamese Academy of Science and Technology 28 Yokota M., Tanimoto O (1967), “Effects of Diffusion on Energy Transfer by Resonance”, J Phys Soc Jpn, 22, pp.779 Khoa Vật lý 73 Đại học Khoa Học Tự Nhiên ... quang, thời gian sống); kết phân tích tính chất quang ion Sm3+ LaPO4 theo lý thuyết Judd-Ofelt Kết luận chung luận văn Cuối tài liệu tham khảo Khoa Vật lý Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc. .. thông số , với chiết suất vật liệu, ta tiên đốn số tính chất phát xạ quan trọng vật liệu : Khoa Vật lý 20 Đại học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền Cường độ vạch lưỡng cực điện... học Khoa Học Tự Nhiên Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Thanh Hiền Luận văn bao gồm phần sau: Phần mở đầu: Giới thiệu vào đề luận văn Ở phần làm rõ mục đích lý để tiến hành luận văn Phần chính: bao gồm