Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu phát quang zn2sio4 pha tạp ion mn2+

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ MAI PHƯỚC ĐẠT “NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG Zn2SiO4 PHA TẠP ION Mn2+” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ MAI PHƯỚC ĐẠT “NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG Zn2SiO4 PHA TẠP ION Mn2+” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý Khóa học: 2015 - 2019 Người hướng dẫn:TS ĐINH THANH KHẨN Đà Nẵng, 2019 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, đặc biệt thầy cô khoa Vật lý tận tình bảo, giúp đỡ em mặt suốt trình em học tập rèn luyện trường Em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến thầy Lê Văn Thanh Sơn thầy Đinh Thanh Khẩn quan tâm, tận tình giúp đỡ, giải đáp thắc mắc, tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn bạn em sinh viên nhiệt tình tham gia hỗ trợ em suốt thời gian thực khóa luận Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình bạn bè ln bên động viên em suốt trình học tập rèn luyện trường Tác giả Mai Phước Đạt Trang I Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I MỤC LỤC II DANH MỤC BẢNG V DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ V MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu .1 Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ TINH THỂ 1.1.1.Khái niệm mạng tinh thể 1.1.2.Đơn tinh thể đa tinh thể 1.1.2.1 Đơn tinh thể .3 1.1.2.2 Đa tinh thể .3 1.1.2.3 Vật liệu đa tinh thể dạng bột 1.1.3.Các hệ tinh thể số miller 1.1.3.1 Phân loại hệ tinh thể 1.1.3.2 Chỉ số miller 1.1.4.Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc tinh thể 1.1.4.1 Nhiễu xạ tia X a.Giới thiệu chung nhiễu xạ tia X b.Phương pháp nhiễu xạ bột Trang II Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý c.Xác định kích thước hạt tinh thể 10 1.1.4.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 10 1.1.4.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 11 1.2 TỔNG QUANG VỀ PHAT QUANG .12 1.2.1.Định nghĩa tượng phát quang 12 1.2.2.Cơ chế tượng phát quang phân tử 12 1.2.2.1 Phát quang nguyên tử .12 1.2.2.2 Cơ chế phát quang phân tử 13 1.3 SỰ PHÁT QUANG CỦA PHOSPHOR TINH THỂ 14 1.3.1.Thành phần phosphor tinh thể 14 1.3.2.Cấu trúc phosphor tinh thể 14 1.3.3.Những sở thuyết vùng để giải thích phát quang phosphor tinh thể [9-10] .15 1.3.4.Phương pháp đo huỳnh quang 16 1.4 TỔNG QUAN VỀ ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP MN2+ 17 1.4.1.Sơ lược ion kim loại chuyển tiếp 17 1.4.2.Sơ lược kim loại chuyển tiếp Mn 17 1.4.3.Đặc điểm ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ 17 CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 CHẾ TẠO MẪU 19 2.1.1.Phương pháp chế tạo 19 2.1.2.Quy trình chế tạo mẫu .19 2.1.3.Tiền chất sử dụng mẫu tạo thành 19 2.1.3.1 Danh sách tiền chất dùng chế tạo mẫu 19 2.1.3.2 Danh sách mẫu chế tạo 19 2.2 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CẤU TRÚC VÀ PHÁT QUANG 20 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .22 Trang III Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý 3.1 CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU 22 3.1.1.Phổ nhiễu xạ tia X .22 3.1.2.Khảo sát phụ thuộc cấu trúc vật liệu Zn2SiO4 theo nồng độ pha tạp Mn2+ 23 3.1.3.Kích thước tinh thể 24 3.2 TÍNH CHẤT PHÁT QUANG 25 3.2.1.Phổ kích thích (PLE) phổ phát quang (PL) 25 3.2.2.Khảo sát phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp Mn2+ 26 3.2.3.Ảnh hưởng cấu trúc đến phát quang vật liệu 27 KẾT LUẬN 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Trang IV Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý DANH MỤC BẢNG Bảng Hệ tinh thể 14 loại mạng khác [2] Bảng Hệ công thức mối liên hệ giá trị dhkl với thông số tế bào mạng Bảng Danh sách tiền chất 19 Bảng Danh sách mẫu chế tạo .19 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ơ sở Hình 1.2 Đơn tinh thể (a) đa tinh thể (b) .4 Hình 1.3 Sự khác kích thước tinh thể kích thước hạt .4 Hình 1.4 Chỉ số nút Hình 1.5 Chỉ số miller số mặt (100) (110) (111) .7 Hình 1.6 Sự nhiễu xạ tia X bề mặt tinh thể Hình 1.7 Sơ đồ phương pháp bột a - ghi hình nhiễu xạ phim b - ghi hình nhiễu xạ đầu thu xạ (ống đếm photon) .9 Hình 1.8 Độ mở rộng phổ .10 Hình 1.9 Cơ chế phát quan nguyên tử .13 Hình 1.10 Cơ chế phát quang phân tử 14 Hình 1.11 Sơ đồ mức định xứ 15 Hình 1.12 Giản đồ Tanabe _ Sugano cho cấu hình d5 18 Hình 2.1 máy đo nhiễu xạ tia X D8 ADVANCE ECO 20 Hình 2.2 Máy quang phổ FL3-22 21 Hình 3.1 Phổ XRD hệ mẫu Zn2SiO3 , %Mn2+ 22 Hình 3.2 Giản đồ kiểm tra pha vật liệu 23 Hình 3.3 Sự phụ thuộc số mạng vào nộng độ ion pha tạp Mn2+ 24 Hình 3.4 Phương pháp W-H xác định kích thước hạt tinh thể mẫu vật liệu 25 Hình 3.5 Phổ PLE Mn2+ tinh thể Zn2SiO4 với bước sóng phát 520nm 25 Hình 3.6 Phổ PL Mn2+ tinh thể Zn2SiO4 với bước sóng kích thích 420nm 26 Hình 3.7 Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp ion Mn2+ 26 Trang V Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu phát quang ứng dụng rộng rãi khoa học đời sống: đèn LED, hình CRT chiếu sáng ống tia Catot, đèn huỳnh quang, Trong đó, chất phát quang kẽm silicat kích hoạt mangan quan tâm độ bền cao, cường độ phát quang mạnh, thích hợp sử dụng lĩnh vực bảo mật tạo mã vạch, đánh dấu sản phẩm, ngân phiếu tiền giấy… Hiện giới có nhiều cơng trình nghiên cứu với mục đích tìm hiểu đặc điểm cấu trúc phát quang vật liệu [1-3] Từ lý trên, kết hợp với điều kiện phịng thí nghiệm chun đề Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng nên chọn đề tài “Nghiên cứu cấu trúc tính chất quang vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+” Mục đích nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng cấu trúc tinh thể lên tính chất quang vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+ Nhiệm vụ nghiên cứu - Nhiệm vụ 1: Chế tạo vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+ - Nhiệm vụ 2: Khảo sát tính chất cấu trúc tính chất quang vât liệu Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+ Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp Mn2+ b Phạm vi nghiên cứu - Giới hạn đối tượng nghiên cứu: tính chất cấu trúc tính chất quang vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp Mn2+ - Thời gian nghiên cứu: tháng 12/2018 đến 4/2019 Phương pháp nghiên cứu a Nghiên cứu lí thuyết - Đọc tài liệu, khóa luận, báo khoa học có liên quan đến đề tài b Nghiên cứu thực nghiệm GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý - Nghiên cứu phương pháp chế tạo mẫu chế tạo mẫu - Thực phép đo phổ - Nghiên cứu sử dụng phần mềm Origin để xử lí số liệu GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý NỘI DUNG CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ TINH THỂ 1.1.1 Khái niệm mạng tinh thể Tinh thể dãy tuần hồn khơng gian ba chiều nguyên tử Tinh thể hình thành nguyên tử hay nhóm nguyên tử tiến lại gần xếp có trật tự tuần hồn không gian Giả sử ta chọn nút A làm gốc toạ độ, dựng hệ trục toạ độ AX, AY, AZ theo hướng không gian Gọi góc lập trục α, β, γ gọi khoảng cách đặn nút mạng theo trục AX a (thông số đơn vị theo trục AX), theo trục AY b, theo trục AZ c Thể tích bé khơng gian ABCDA’B’C’D’ có chứa yếu tố đối xứng đặc trưng cho khơng gian gọi sở Hình 1.1 Ô sở 1.1.2 Đơn tinh thể đa tinh thể 1.1.2.1 Đơn tinh thể Một cách lí tưởng xem vật liệu đơn tinh thể có mức độ trật tự cao, tuần hồn hình học đặn tồn thể tích vật liệu Điều có nghĩa đơn tinh thể có tinh dị hướng [4] Trong thiên nhiên số khống vật tồn dạng đơn tinh thể Chúng có bề mặt ngồi nhẵn, hình dáng xác định, mặt phẳng nguyên tử giới hạn (thường mặt xếp chặt nhất) Các đơn tinh thể kim loại khơng tồn tự nhiên, muốn có phải dùng công nghệ "nuôi" đơn tinh thể 1.1.2.2 Đa tinh thể GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý số lượng photon tia sáng, làm giảm cường độ tia sáng Các nguồn ánh sáng thiết lập để phóng 10 photon cho giây Các photon chuyển động hấp thu (loại bỏ) tia sáng qua khe chứa mẫu Cường độ ánh sáng đến đầu dò thấp cường độ tia sáng phát 1.4 TỔNG QUAN VỀ ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP MN2+ 1.4.1 Sơ lược ion kim loại chuyển tiếp Kim loại chuyển tiếp nguyên tố có có khả tạo thành ion mà phân lớp (obital) d điền đầy phần, bao gồm nguyên tố khối d thuộc bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học trừ kẽm scandi, có cấu hình điện tử dn (0 < n < 10) Các nguyên tố có đặc trưng bản: có nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau, tạo hợp chất có màu, tạo phức chất có khả xúc tác mạnh Vì lớp bên ngồi bao bọc phân lớp 4s có đến điện tử nên tạo thành ion, phân lớp d chịu ảnh hưởng lớn trường tinh thể không che chắn Từ tương tác tương hỗ điện tử phân lớp d ảnh hưởng trường tinh thể, Tanabe Sugano tính tốn xây dựng giản đồ mức lượng cho cấu hình điện tử cụ thể 1.4.2 Sơ lược kim loại chuyển tiếp Mn Nguyên tố Mn có số hiệu nguyên tử 25, thuộc chu kì 4, phân nhóm VIIB bảng hệ thống tuần hồn Men-đê-lê-ép, có cấu hình điện tử Mn2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d54s2 Đây kim loại màu trắng xám, cứng giịn, khó nóng chảy lại dễ dàng bị oxi hóa với nhiều số oxi hóa phổ biến là: +2, +3, +4, +6, +7, nhiên ta tìm hiểu trạng thái oxi hóa +2 ứng với ion Mn2+ 1.4.3 Đặc điểm ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ Khi điện tử lớp ngồi cùng, Mn trở thành ion Mn2+ có cấu hình điện tử: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5, điện tử phân lớp 3d không che chắn nên chịu ảnh hưởng lớn trường tinh thể dẫn đến tách mức lượng mạnh Hiện tượng Tanabe Sugano tính tốn, biểu diễn qua giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d5 GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 17 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Hình 1.12 Giản đồ Tanabe _ Sugano cho cấu hình d5 Dưới tác dụng trường tinh thể, quỹ đạo 3d bị suy biến bậc (Eg) suy biến bậc (T2g) Quá trình kích thích ion Mn2+ xảy dịch chuyển từ trạng thái 6A1 (6S) lên trạng thái kích thích 4T1g, 4T2g, 2T2g, 4A1g( 4Eg), 2A2g (2T1g), 4Eg Sự chuyển dời từ trạng thái kích thích 4T1g trạng thái 6A1 gây xạ ion Mn2+ đám rộng, vị trí xạ cực đại trải dài dải phổ thay đổi từ xanh đến đỏ sẫm phụ thuộc mạnh vào trường tinh thể Đối với trường tinh thể yếu, lượng chuyển dời 4T1g → 6A1 lớn nên xạ có màu xanh; ngược lại trường tinh thể mạnh, lượng chuyển dời 4T1g → 6A1 nhỏ nên xạ dịch chuyển cam đến đỏ thẫm [11] GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 18 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 CHẾ TẠO MẪU 2.1.1 Phương pháp chế tạo Các mẫu vật liệu chế tạo phương pháp pha rắn, phương pháp truyền thống sử dụng phổ biến chế tạo vật liệu 2.1.2 Quy trình chế tạo mẫu - Bước Chuẩn bị dung cụ: Cối, chày cốc sứ làm sấy khô, sau tráng lại cồn - Bước Xử lý tiền chất: Cân hóa chất theo tỉ lệ tính tốn cân điện tử cho vào cối sứ, sau dùng chày sứ nghiền mịn trộn 3h - Bước Sấy hóa chất: Mang hóa chất nghiền mịn trộn cho vào cốc sứ, sấy khô nhiệt độ 50ºC - Bước Tạo mẫu vật liệu: Nung hóa chất sấy nhiệt độ 1200ºC 2h, gia tốc nhiệt 10ºC/phút, sau để nguội tự nhiên 2.1.3 Tiền chất sử dụng mẫu tạo thành 2.1.3.1 Danh sách tiền chất dùng chế tạo mẫu Bảng Danh sách tiền chất Tên tiền chất Khối lượng mol (g/mol) SiO2 60,0835 ZnO 81,39 H3BO3 61,83 MnO2 86,94 Than 2.1.3.2 Danh sách mẫu chế tạo Hệ mẫu chế tạo gồm 10 mẫu tương ứng với tăng nồng độ pha tạp ion Mn2+ từ 0.5% đến 5% Danh sách mẫu ký hiệu bảng Bảng Danh sách mẫu chế tạo Tên ZnO SiO2 GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn Mn2+ H3BO3 SVTH: Mai Phước Đạt Trang 19 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý mẫu 2.2 S1 1.1 0.5% 5% hỗn hợp S2 1.1 1% 5% hỗn hợp S3 1.1 1.5% 5% hỗn hợp S4 1.1 2% 5% hỗn hợp S5 1.1 2.5% 5% hỗn hợp S6 1.1 3% 5% hỗn hợp S7 1.1 3.5% 5% hỗn hợp S8 1.1 4% 5% hỗn hợp S9 1.1 4.5% 5% hỗn hợp KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CẤU TRÚC VÀ PHÁT QUANG Các mẫu vật liệu sau chế tạo khảo sát cấu trúc tính chất quang sử dụng máy đo nhiễu xạ tia X D8 ADVANCE ECO (hình 2.1) máy quang phổ FL3-22 (hình 2.2) phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu, khoa Vật Lý trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng Hình 2.1 Máy đo nhiễu xạ tia X D8 ADVANCE ECO GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 20 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Nguồn sáng Buồng kích thích Mẫu Buồng đựng mẫu Buồng phát xạ Hình 2.2 Máy quang phổ FL3-22 GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 21 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X Kết đo XRD cho phổ nhiễu xạ hệ mẫu thể hình 3.1, hình 3.2 biểu thị kết kiểm tra pha tinh thể độ tinh khiết hệ vật liệu chế tạo S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 20 30 40 50 60 70  2 (degree) Hình 3.1 Phổ XRD hệ mẫu Zn2SiO3 , %Mn2+ Từ hình 3.1 ta thấy phổ XRD hệ mẫu giống dạng phổ cường độ đỉnh Điều chứng tỏ hệ mẫu có tương đồng mặt cấu trúc Hình 3.2 cho thấy vật liệu chế tạo tồn dạng đơn pha pha lục phương phù hợp với mẫu chuẩn PDF 00-037-1485 Sau phản ứng vật liệu dư lại tiền chất SiO2 chiếm 2.8% cấu trúc vật liệu GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 22 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Hình 3.2 Giản đồ kiểm tra pha vật liệu 3.1.2 Khảo sát phụ thuộc cấu trúc vật liệu Zn2SiO4 theo nồng độ pha tạp Mn2+ Khi pha tạp ion Mn2+ vào vật liệu Zn2SiO4 dẫn đến việc tạo khuyết tật mạng làm thay đỗi cấu trúc mạng vật liệu Việc tính tốn giá trị thông số mạng tinh thể hệ mẫu đối chiếu với nồng độ pha tạp ban đầu ion Mn2+ để tìm qui luật phụ thuộc cấu trúc vào nồng độ pha tạp Từ kết luận cấu trúc lục phương vật liệu thông số mạng hệ xác định qua công thức : 𝑑 ℎ𝑘𝑙 ℎ2 + 𝑘ℎ + 𝑘 𝑙2 ( ) = + 𝑎2 𝑐 Trong đó, số Milller h, k, l xác định thông qua việc so sánh với phổ chuẩn; d xác định theo định luật Bragg: 2dsin = n với bước sóng  = 1.5406 Å GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 23 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Sau tinh toán xử lý số liệu kết phụ thuộc cấu trúc vật liệu Zn2SiO4 theo nồng độ pha tạp Mn2+ thể hình 3.3 13.940 9.310 9.308 13.930 𝒄 (Å) 𝒂 (Å) 13.935 9.306 13.925 9.304 13.920 9.302 13.915 9.300 % Mn2+ Hình 3.3 Sự phụ thuộc số mạng vào nộng độ ion pha tạp Mn2+ Từ hình 3.3 nhận thấy thay đổi số mạng a c theo nồng độ Mn2+ giống Khi nồng độ Mn2+ tăng từ 0,5  2,5% số mạng tăng lên Điều giải thích khoảng nồng độ pha tạp thay Mn2+ cho Zn2+ diễn tốt Bởi bán kính ion Mn2+ (0,08nm) lớn Zn2+ (0,074nm) nên khoảng cách mặt mạng có mở rộng [12] Khi nồng độ Mn2+ vượt 2,5%, số mạng thay đổi với qui luật không rõ ràng Kết cho thấy với nồng độ ion Mn2+ tăng lên, phần lớn Mn2+ pha tạp xen vào mạng tinh thể vật liệu Zn2SiO4 Vấn đề cần có nhiều nghiên cứu thêm để giải thích cách rõ ràng 3.1.3 Kích thước tinh thể Kích thước tinh thể vật liệu phát quang xác định dựa vào phương pháp Williamson- Hall (W-H) : 𝑘𝜆 𝛽 ℎ𝑘𝑙 cos𝜃 = ( ) + 4𝜀 sin𝜃 𝐷 Trong đó, 𝛽 ℎ𝑘𝑙 độ bán rộng đỉnh phổ; D kích thước tinh thể vật liệu; 𝑘 = hệ số tỷ lệ; 𝜀 hệ số biến dạng tinh thể Hình 3.4 mơ tả phụ thuộc 𝛽 ℎ𝑘𝑙 cos𝜃 vào sin𝜃 mẫu S2 Thông qua kết từ hình 3.4 kích thước tinh thể mẫu S2 xác định vào khoảng 360nm GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 24 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý 7.0x10-4 y = 3.46.10-4x+4.28.10-4 R2 = 0,5622 hkl.cos 6.5x10-4 6.0x10-4 5.5x10-4 5.0x10-4 0.255 0.340 0.425 sin 0.510 0.595 Hình 3.4 Phương pháp W-H xác định kích thước hạt tinh thể mẫu vật liệu 3.2 TÍNH CHẤT PHÁT QUANG 3.2.1 Phổ kích thích (PLE) phổ phát quang (PL) Phép đo huỳnh quang cho kết phổ PLE mẫu S2 phổ PL hệ mẫu thể hình 3.5 3.6 Hình 3.5 cho thấy kích thích bước sóng khoảng 420nm phát quang Mn2+ Zn2SiO4 mạnh Do bước sóng 420 nm chọn làm bước sóng kích thích Hình 3.6 cho thấy phổ phát quang Mn2+ Zn2SiO4 đám rộng với đỉnh phổ bước sóng 520nm, tương ứng với chuyển dời từ 4T1(4G)  6A1(6S) [1-2-3] (a.u) Cường độ EM= 520nm 250 300 350 400 450 500 Bước sóng (nm) Hình 3.5 Phổ PLE Mn2+ tinh thể Zn2SiO4 với bước sóng phát 520nm GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 25 Khoa Vật lý S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 (a.u) Cường độ Khóa luận tốt nghiệp 480 490 500 510 520 530 540 550 560 Bước sóng (nm) Hình 3.6 Phổ PL Mn2+ tinh thể Zn2SiO4 với bước sóng kích thích 420nm 3.2.2 Khảo sát phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp Mn2+ Từ phổ PL (hình 3.6) xác định cường độ phát quang cực đại hệ mẫu qua ta khảo sát phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp Mn2+ Kết thể hình 3.7 25.0M 15.0M 10.0M (a.u) Cường độ 20.0M 5.0M 0.0 2+ Mn % Hình 3.7 Sự phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp ion Mn2+ GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 26 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Ở hình 3.7 phát quang tốt Mn2+ Zn2SiO4 khoảng nồng độ từ 1,0 đến 1,5% Khi nồng độ pha tạp từ 3,0% trở phát quang có tượng dập tắt nồng độ [3] 3.2.3 Ảnh hưởng cấu trúc đến phát quang vật liệu Đối chiếu kết thu từ mục 3.3 3.6 nhận xét sau: - Khi nồng độ pha tạp Mn2+ đưa vào thấp (< 2%), số mạng thay đổi nhiều, chiếm chỗ Mn2+ diễn mạnh Điều dẫn đến cường độ phát quang lớn khoảng nồng độ - Khi nồng độ Mn2+ > 3%, cấu trúc mạng bất ổn phần lớn Mn2+ đưa vào không xen vào mạng tinh thể vật liệu Zn2SiO4, dẫn đến kết cường độ phát quang giảm GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 27 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý KẾT LUẬN Vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+ chế tạo thành công phương pháp phản ứng pha rắn Các tính chất cấu trúc quang chúng nghiên cứu phương pháp XRD đo PL Các kết đo XRD cho thấy vật liệu chế tạo có cấu trúc đơn pha (pha lục phương), số tăng nồng độ pha tạp Mn2+ 2.5%, kích thước tinh thể vật liệu phát quang cỡ trăm nanomet Phổ phát quang đám rộng đặc trưng ion Mn2+ Khảo sát thay đổi cấu trúc mạng cường độ phát quang vật liệu theo nồng độ pha tạp ion Mn2+ cho thấy rõ tương quang cấu trúc mạng cường độ phát quang nồng độ ion Mn2+ thay đổi Các kết giải thích dựa chênh lệch kích thước ion pha tạp Mn2+ với ion vật liệu tượng dập tắt huỳnh quang nồng độ GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 28 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Z.T Kanga, Y Liub, B.K Wagnera, R Gilstrapa, M Liub, C.J Summersa, Luminescence properties of Mn2+ doped Zn2SiO4 phosphor films synthesized by combustion CVD, sciencedirect, 595 – 600, 2005 [2] V Sivakumar a, Arunachalam Lakshmanan a, n, S Kalpana a, R Sangeetha Rani a,R Satheesh Kumar a, M.T Jose bLow-tem perature synthe sis of Zn2SiO4: Mn green photoluminescence phosphor , Sciencedirect, 1917-1920, 2012 [3] MC Parmar, W D Zhuang , K V R Murthy, X W Huang ,Y S Hu & V Natarajan, Role of SiO2 in Zn2SiO4: Mn2+ phosphor used in optoelctronic materials ,indian journal of Engineering & Material science,185-187, 2009 [4] Nguyễn Năng Đình, Đại cương khoa học vật liệu, NXB Đai học quốc gia Hà Nội, 2013 [5] Phan Văn Tường, Vật liệu vô (Phần lý thuyết sở), NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007 [6] Nguyễn Ngọc Long, Vật Lý Chất Rắn Cấu trúc tính chất vật rắn, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2003 [7] Nanoparticles with Fuel VariationYendrapati Taraka Prabhu1*, Kalagadda Venkateswara Rao1,Vemula Sesha Sai Kumar1, Bandla Siva Kumari2, X-Ray Analysis by Williamson-Hall and Size-Strain Plot Methods of ZnO, World Journal of Nano Science and Engineering, 21-28,.2014 [8] RANJA N SEN , SIDD HART HA DAS, and KARA BI DAS , Microstructural Characterization of Nanosized Ceria Powders by X-Ray Diffraction Analysis, The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International ,1409-1417 2010 [9] Phan Văn Thích, Hiện tượng huỳnh quang kĩ thuật phân tích huỳnh quang, NXB Đại học tổng hợp Hà Nội, 1973 [10] Nguyễn Văn Đến, Quang phổ nguyên tử ứng dụng, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh (2002) [11] Gerhard H Dieke, H M Crosswhite; Hannah Crosswhite , Spectra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals, the jonhs hopkins university bartimore, maryland 1968 GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 29 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý [12] Peter Švan čárek, Robert Klement n, Du šan Galusek,Photoluminescence of (ZnO)X-Z(SiO2)Y:(MnO)Z green phosphors prepared by direct thermal synthesis: The effect of ZnO/SiO2 ratio and Mn2 ỵ concentration on luminescence, sciencedirect, 19,2016 GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt Trang 30 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Ý KIẾN CỦA NGƯỜI 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 2019 NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) GVHD: TS.Đinh Thanh Khẩn SVTH: Mai Phước Đạt PL1 ... tài ? ?Nghiên cứu cấu trúc tính chất quang vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+? ?? Mục đích nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng cấu trúc tinh thể lên tính chất quang vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha. .. vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp Mn2+ b Phạm vi nghiên cứu - Giới hạn đối tượng nghiên cứu: tính chất cấu trúc tính chất quang vật liệu phát quang Zn2SiO4. .. pha tạp ion Mn2+ Nhiệm vụ nghiên cứu - Nhiệm vụ 1: Chế tạo vật liệu phát quang Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+ - Nhiệm vụ 2: Khảo sát tính chất cấu trúc tính chất quang vât liệu Zn2SiO4 pha tạp ion Mn2+