Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ ion mn lên phổ phát quang của nhóm vật liệu (mg,ca)sio3 và (mg,ca) al2o4

Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - NGUYỄN THỊ THU LỢI Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ion Mn lên phổ phát quang nhóm vật liệu ( Mg,Ca)SiO3 ( Mg,Ca)Al2O4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SƯ PHẠM VẬT LÝ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý MỞ ĐẦU Hiện tượng phát quang có nhiều ứng dụng khoa học, kỹ thuật đời sống Những nghiên cứu phát triển tượng phát quang có cách trăm năm gắn liền với tên tuổi nhà khoa học với dấu mốc lịch sử quan trọng: Từ năm 1830 – 1882, Becquerel nghiên cứu nhiều tượng lân quang Năm 1886 – 1888 , Verneil phân tích tỉ mỉ tinh thể phát quang phát chất cịn có vết kim loại khác Cu, Bi, Mn, v.v…Sự có mặt kim loại điều kiện cần thiết để có tượng lân quang Từ năm 1932, Antônôp Rômanôpski Lơpsin bắt đầu nghiên cứu cách hệ thống động học phát quang Lý thuyết đại phát quang chất phát quang phần lớn dựa vào cơng trình nghiên cứu nhà vật lý Xô Viết: Antônôp Rômanôpski, Clêmen, Cudrepseva, Môckvin, Lơpsin Khoảng năm 70 kỷ 20, sunfua kiềm thổ sử dụng làm vật liệu chất lân quang dài Ví dụ: CaS:Bi 3+, CaS:Eu2+, CaS:Ce3+…Chúng có cường độ phát quang mạnh với kích thích ánh sáng khả kiến Năm 1996, Matsuzawa tìm loại chất phát quang SrAl 2O4 :Eu2+, Dy3+ có cường độ phát quang mạnh bước sóng 520 nm thời gian 16 Sau không lâu người ta chế tạo CaAl 2O4:Eu2+, Nd3+ phát quang bước sóng 450 nm với thời gian phát quang Bước đột phá quan trọng nghành vật lý phát quang chế tạo vật liệu ứng dụng LED trắng công nghệ xanh kỉ XXI Đã có cơng trình nghiên cứu tiêu biểu Giáo sư Shuji Nakamura (Nhật) giành giải thưởng công nghệ thiên niên kỷ (Millenium Technology Prize) cho sáng chế đèn LED ánh sáng trắng Đây công nghệ cao giới mà đất nước ta cần nhanh chóng tham gia để tạo đột phá kinh tế thị trường, kinh tế toàn cầu để bù đắp lại thời phát triển qua thị trường bán dẫn vi mạch Những nghiên cứu vật liệu phát quang màu đỏ ứng dụng LED trắng sinh viên Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng thực cho thấy ion Mn phù hợp với chất ( Mg,Ca )Al 2O4 chưa có khảo sát cụ thể ảnh hưởng nồng độ ion Mn lên phổ phát quang vật liệu Đồng thời muốn mở rộng sang trường tinh thể Silicate nhóm vật liệu Với lý với điều kiện GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý có, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ion Mn lên phổ phát quang nhóm vật liệu ( Mg,Ca)SiO3 ( Mg,Ca)Al O4 ” Đề tài có nhiệm vụ là: Nghiên cứu lý thuyết phát quang ứng dụng vật liệu phát quang đặc biệt lân quang dài Đồng thời chế tạo mẫu vật liệu ( Mg,Ca)SiO3 ( Mg,Ca)Al2O4 pha tạp Mn với nồng độ khác Sau đo phổ nhiễu xạ tia X phổ phát quang mẫu vật liệu Từ đưa kết khảo sát nhận xét phổ phát quang vật liệu ( Mg,Ca)SiO3 ( Mg,Ca)Al2O4 pha tạp Mn với nồng độ khác Mục đích đề tài nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ion Mn hai loại trường tinh thể Silicate Aluminate Đồng thời xác định xem việc pha tạp ion Mn mạng ( Mg,Ca)SiO3 ( Mg,Ca)Al2O4 với nồng độ khoảng cho phát quang tốt Đề tài làm tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên chế tạo khảo sát phổ phát quang vật liệu Aluminate Silicate trình học Hay dành cho quan tâm đến vật liệu phát quang muốn tìm hiểu chế tạo chất phát quang với màu sắc đẹp GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Chất phát quang tượng phát quang 1.1.1 Chất phát quang Chất phát quang chất có khả hấp thụ lượng bên dùng lượng hấp thụ để đưa điện tử từ trạng thái lên trạng thái kích thích Từ trạng thái kích thích điện tử chuyển trạng thái xạ ánh sáng Nói cách ngắn gọn chất phát quang chất có khả biến dạng lượng khác (quang năng, điện năng, nhiệt ) thành quang 1.1.2 Hiện tượng phát quang Bức xạ quang học chất phát quang sau kích thích gọi tượng phát quang Thông thường phát quang nằm vùng quang học nghĩa vùng từ tử ngoại đến hồng ngoại Tuy nhiên dùng xạ lượng cao để kích thích phát quang xạ nằm vùng tử ngoại Theo Vavilôp, tượng phát quang tượng chất phát xạ dư xạ nhiệt trường hợp mà xạ cịn dư kéo dài tro ng khoảng thời gian 10 -16 (s) lớn 1.2 Phân loại dạng phát quang 1.2.1 Phân loại theo tính chất động học q trình xảy chất phát quang - Phát quang tâm bất liên tục ( thường chất hữu dung dịch ) loại phát quang mà trình diễn biến từ hấp thụ lượng đến xạ xảy tâm định Tâm phân tử, tập hợp phân tử hay ion Những trình xảy tâm bất liên tục hoàn toàn độc lập với Sự tương tác tâm liên tục ảnh hưởng mơi trường bên ngồi chúng nói chung khơng đáng kể Đặc trưng loại phát quang khả phát quang trình xảy nội tâm phát quang quy định mà khơng có tham gia tác nhân bên GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý - Phát quang tâm tái hợp ( thường vật rắn , tinh thể ): loại phát quang trình chuyển hố lượng kích thích sang xạ quang học có tham gia tồn chất phát quang Trong trường hợp vị trí kích thích khơng trùng với vị trí xạ Sự trao đổi lượng từ vị trí kích thích đến vị trí xạ phải qua q trình trung gian Những trình liên quan đến dịch chuyển hạt mang điện (điện tử, lỗ trống hay ion) tiến triển qua số giai đoạn Đầu tiên kích thích chất phát quang xảy trình phân ly thành thành phần mang điện trái dấu, sau thành phần dịch chuyển đoạn đường lớn cuối tái hợp lại với thành phần mang dấu ngược, thường với thành phần thành phần bắt đầu phân ly Trong hai loại phát quang q trình có xảy vị trí hay qua nhiều vị trí trung gian, giai đoạn cuối khâu chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái để phát xạ 1.2.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài - Dịch quang ( tâm bất liên tục ) : Là phát quang mà đó, phân tử chất dịch quang hấp thụ lượng kích thích, chuyển hóa lượng kích thích thành lượng electron số trạng thái lượng tử có mức lượng cao khơng bền phân tử để sau electron rơi trạng thái cũ gần tức thì, khiến photon giải phóng Như chất dịch quang phát quang chúng bị tắt sau ngừng kích thích ( thời gian phát quang nhỏ 108 s ) Những chất dịch quang thường chất khí lỏng - Lân quang ( Tâm tái hợp ) : Là dạng phát quang, phân tử chất lân quang hấp thụ lượng kích thích, chuyển hóa lượng kích thích thành lượng electron số trạng thái lượng tử có mức lượng cao bền phân tử để sau electron chậm chạp rơi trạng thái lượng tử mức lượng thấp hơn, giải phóng phần lượng trở lại dạng photon Sở dĩ có trở trạng thái cũ chậm chạp electron số trạng thái kích thích bền Chuyển hóa từ trạng thái trạng thái bị cấm số quy tắc lượng tử Việc xảy trở trạng GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý thái thực dao động nhiệt đẩy electron sang trạng thái khơng bền gần đó, để từ rơi trạng thái Điều khiến tượng lân quang phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ lạnh trạng thái kích thích bảo tồn lâu Đa số chất lân quang có thời gian tồn trạng thái kích thích vào cỡ miligiây Tuy nhiên thời gian số chất lên tới vài phút chí vài Như chất lân quang phát quang chúng có khả kéo dài lâu sau ngừng kích thích.( 108 s trở lên ) chất lân quang thường chất rắn 1.2.3 Phân biệt theo phương pháp kích thích Hiện có phương pháp khác để kích thích chất phát quang: - Kích thích ánh sáng vùng quang học - Kích thích chùm hạt hay xạ ngắn - Kích thích phản ứng hoá học Dựa vào khác phương pháp kích thích người ta chia dạng phát quang sau: - Quang phát quang ( Photoluminescence – PL ): Là tượng phát quang kích thích ánh sáng vùng quang học - Cathod phát quang ( Cathodoluminescence – CAL ) : Kích thích chùm điện tử - Tia X phát quang ( X–ray luminescence – XL ): Là phát quang kích thích tia X - Hoá phát quang ( Chemiluminescence – CL ): Là phát quang phản ứng hoá học - Điện phát quang ( Electroluminescence – EL ): Là kích thích vật liệu phát quang tác dụng dòng điện 1.3 Sự khác phát quang tâm bất liên tục tâm tái hợp 1.3.1 Phổ hấp thụ xạ Trong phát quang tâm bất liên tục hấp thụ ánh sáng kích thích xạ ánh sáng phát quang xảy tâm phát quang Do thường có liên hệ chặt chẽ cấu trúc phổ hấp thụ phổ xạ Trái lại, phát GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý quang tái hợp hấp thụ xảy nơi xạ lại xảy nơi khác nên phổ hấp thụ phổ xạ khơng có liên hệ với 1.3.2 Thời gian kéo dài ( sau thơi kích thích ) - Sự phát quang tâm bất liên tục có thời gian kéo dài từ vài phần triệu giây đến 108 s - Sự phát quang tái hợp có thời gian kéo dài vào khoảng 10 -7 đến 10 -5 (s) Tuy nhiên đa số trường hợp thường lớn 10 -3 (s) 1.3.3 Đường cong tắt dần phát quang - Tâm bất liên tục Gọi α xác suất bước chuyển từ mức kích thích mức n0 n số điện tử mức kích thích thời điểm ban đầu (khi bắt đầu tắt dần) thời điểm t kể từ thời điểm ban đầu Ta có: dn = - αndt Lấy tích phân, ta có: n = n0e-αt J0 J cường độ ánh sáng phát quang thời điểm ban đầu thời điểm t kể từ thời điểm ban đầu Ta có: J=- dn = αn = n0α e-αt dt J = J0 e-αt (1.1) Như phát quang tâm bất liên tục (trường hợp tự phát) tắt dần theo định luật hàm số mũ J J0 J = J e t t Hình 1.1 Đường cong tắt dần tâm bất liên tục GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý - Phát quang tâm tái hợp: Gọi số ion dương tạo nên kích thích n số điện tử hay ion âm n Số lần tái hợp đơn vị thời gian phải phụ thuộc vào ion dương ion âm tức phụ thuộc vào n2 Do đó: , p xác suất tái hợp dn = - pn2dt  -1/n2 = -pt +c Khi t = c = -1/n0, n0 số ion thời điểm ban đầu  n0 pn0 t  n= Tương tự, J J0 , J0 = pn02 , a  pn0 (at  1)2 (1.2 ) Như định luật tắt dần định luật hyperbol cấp hai J J0 J J0 ( t  1)2 t Hình 1.2 Đường cong tắt dần tâm tái hợp 1.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ - Phát quang tâm bất liên tục J khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ - Trong trường hợp phát quang tái hợp, vận tốc di chuyển điện tử vùng dẫn lớn nhiệt độ tăng Do đó, số lượng hạt tải tập trung nhiều nên J tăng theo phát quang tâm tái hợp bị ảnh hưởng nhiệt độ 1.3.5 Tính chất điện chất phát quang Khi nhận lượng kích thích, phận chất phát quang bị ion hóa hay phân ly Dẫn đến số điện tử tự chất phát quang tăng làm cho tính dẫn điện chất phát quang thay đổi Rõ ràng thay đổi tính dẫn điện chất phát quang liên quan đến xuất điện tử tự Mặt khác xuất điện tử tự yếu tố quan trọng phát quang tái hợp Sự thay đổi tính GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý chất dẫn điện chất phát quang dấu hiệu để phân biệt phát quang tái hợp với phát quang tâm bất liên tục Do phát quang tâm bất liên tục xảy thành phần riêng biệt chất phát quang (phân tử, ion) nên kích thích khơng làm cho tính dẫn điện thay đổi 1.4 Quang phổ nguyên tử Từ lâu người ta biết nguyên tử chất bị đun nóng đến nhiệt độ (được kích thích) phát ánh sáng Dùng lăng kính để phân tích ánh sáng (sự tán sắc ánh sáng) ta thu hình ảnh dãy vạch màu có bước sóng khác Hình ảnh gọi quang phổ nguyên tử Ðặc điểm quang phổ nguyên tử : - Mỗi nguyên tử phát vạch màu khác - Các vạch màu nằm gián đoạn không liên tục ứng với bước sóng cụ thể - Các vạch màu có độ rộng khác nhỏ, ứng với bước sóng khác Cơ chế : Các điện tử nguyên tử tồn trạng thái dừng có lượng xác định số lượng tử: số lượng tử n, số lượng tử quỹ đạo l, số lượng tử momen toàn phần j Để giải thích chế phát quang nguyên tử ta sử dụng sơ đồ mức lượng Trong đó, mức lượng biểu diễn đường nằm ngang ( Hình 1.3 ) Sự phân bố điện tử mức lượng tuân theo phân bố Boltzman – Marxwell: n ~ n0 e  Ei kT (1.3 ) Trong đó: Ei: lượng trạng thái i có nhiệt độ tuyệt đối T k: số Boltzman n0 : số điện tử trạng thái n: số điện tử trạng thái có mức lượng Ei - Như theo công thức (1.3 ), nhiệt độ phòng hầu hết điện tử mức E0 Khi bị kích thích electron chuyển lên mức cao hơn, thí dụ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý mức E4 Theo phân bố Boltzman – Marxwell, electron có xu hướng chuyển mức lượng thấp Lúc xuất hai khả năng: - Nếu chuyển dời xảy mức có khoảng cách đủ hẹp electron trạng thái không phát quang mà phát phát phonon E5 E4 E3 E2 E1 E0 Phát xạ phonon Phát xạ photon Hình 1.3 Cơ chế phát quang nguyên tử - Nếu chuyển dời xảy mức có khoảng cách lượng đủ lớn, cụ thể lớn giá trị ngưỡng (phụ thuộc vào chất nguyên tử) trình chuyển dời kèm theo phát photon Giả sử electron chuyển từ mức E2  E1 , photon phát có bước sóng: 21  hc E2  E1 (1.4 ) Giả sử electron chuyể từ mức E2  E0, photon phát có bước sóng: 20  hc E  E0 (1.5) Quá trình chuyển dời mức lượng để phát xạ photon electron tuân theo hai quy tắc lựa chọn: - Đối với số lượng tử quỹ đạo: l  1 - Đối với số lượng tử momen toàn phần: j  0;1 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 10 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý  LED trắng ứng dụng thiết bị điện tử cầm tay máy ảnh, máy chiếu hoạt động điện áp thấp, LED có điều kiện lý tưởng để ứng dụng cho đèn ơtơ  Ngồi cơng nghệ viễn thơng khơng dây dùng photon thay cho sóng radio cho phép đạt tốc độ truyền thông lên tới 100 Mbit/s vùng phổ nhìn thấy nhờ vào LED (Light Emitting Diode) phát ánh sáng trắng Như vậy, ánh sáng trắng dùng để chiếu sáng sớm sử dụng để thiết lập kết nối không dây thay cho sóng radio Nhưng để chuyển từ màu qua trắng trình phát triển nỗ lực khơng ngừng cơng nghệ Có hai cách để tạo ánh sáng trắng LED: Một sử dụng LED riêng biệt ba màu (đỏ, xanh lục, xanh lam), sau kết hợp ba màu lại với để tạo ánh sáng trắng gọi LED trắng RGB Hình 3.12 Nguyên lý trộn màu Ưu nhược điểm led RGB : LED trắng RGB có ưu điểm: • Tạo mầu dễ dàng • Tạo ánh sáng trắng ấm với số hoàn mầu (CRI) cao • Phù hợp mầu sắc • Mầu sắc bị biến đổi GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 28 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý Tuy nhiên LED trắng RGB có nhược điểm: • Giá cao sử dụng nhiều LED ba màu • Phải có hệ kiểm tra đo lường phức tạp • Nhiều nguồn sáng điểm • Bị bóng viền - Cách thứ hai dùng bột phát quang phủ lên bề mặt chip LED LED xanh lam UV LED, gần giống với cách phát sáng đèn huỳnh quang Hiện sử dụng gallium nitride để chuyển từ màu xanh dương sang cực tím, mang đến hội chuyển đèn LED thành ánh sáng trắng Ánh sáng trắng tạo đèn LED ánh sáng cực tím phản ứng với lớp phủ vật liệu phát quang bên ) Cơ chế tạo led trắng : Trên chip LED loại Blue UV, người ta phủ lớp phủ chất phát quang lên bề mặt chip gọi lớp chuyển đổi Khi LED chip hoạt động, tia sáng xanh tia UV phát đập vào lớp phủ phát quang , nguyên tử chất phát quang kích thích phát tia sáng vàng tia đỏ xanh lục pha trộn màu cho ánh sáng trắng Hình 3.13 Cấu trúc nguyên lý phát xạ LED trắng GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 29 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý CHƯƠNG IV: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1 Chế tạo vật liệu Các mẫu vật liệu chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn Mẫu vật liệu ( Mg.Ca )SiO3 : Khối lượng chất CaCO3, MgCO3 thủy tinh vơ định hình SiO2, , lấy theo tỉ lệ ( 0,4 : 0,4: 1,2 ), pha tạp thêm ion Mn lấy từ ( MnCO3 ) với thành phần phần trăm ( Bảng 4.1 ) sau hỗn hợp nghiền kĩ lưỡng nung 1000 C/2giờ + 1200 0C/4giờ Mẫu vật liệu ( Mg.Ca )Al2O4: Hỗn hợp CaCO3, MgCO3, Al2 O3 lấy theo tỉ lệ ( 0,4 : 0,4: 1,2 ) pha tạp thêm ion Mn lấy từ ( MnCO3 ) với thành phần phần trăm ( Bảng 4.2 ) nghiền kĩ lưỡng nung 1300 0C h Sau nung mẫu làm cồn rửa để loại bỏ chất bẩn, sau gửi đo nhiễu xạ tia X viện khoa học vật liệu Hà Nội để kiểm tra mẫu tiến hành đo phổ phát quang hệ đo quang phát quang QE65000 phịng thí nghiệm vật lý chuyên đề , trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng Bảng 4.1 Các mẫu vật liệu (Mg.Ca )SiO3 chế tạo theo tỉ lệ pha tạp Mn Vật liệu ( Mg.Ca )SiO3 STT % Nồng độ ion Mn 0,2 0,4 0,7 1,2 1,5 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 30 Chế độ nung 1000 0C/2giờ+ 1200 0C/4giờ SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý Bảng 4.2 Các mẫu vật liệu (Mg.Ca )Al2 O4 chế tạo theo tỉ lệ pha tạp Mn : Vật liệu ( Mg.Ca )Al O4 STT % Nồng độ ion Mn 0,1 0,2 0,4 0,7 1,2 1,5 1,8 2,5 10 11 3,5 12 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 31 Chế độ nung 1300 C h SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý 4.2 Kết nhận xét 4.2.1 Vật liệu (Mg.Ca)SiO3 1% Mn 0.2% Mn 0,4% Mn 0.7% Mn 40000 35000 Intensity ( a.u ) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 520 540 560 580 600 620 Wavelength ( nm ) Hình 4.1 Phổ phát quang vật liệu (Mg.Ca)SiO3 ứng với cường độ tăng thay đổi nồng độ Mn 1,5% Mn 1,2% Mn 1% Mn 2% Mn 40000 35000 Intensity (a.u) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 520 540 560 580 600 620 wavelength ( nm ) Hình 4.2 Phổ phát quang vật liệu (Mg.Ca)SiO3 ứng với cường độ giảm thay đổi nồng độ Mn GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 32 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý 1,2 % Mn 1,5% Mn 2% Mn 0,2% Mn 0,7% Mn 0,4 % Mn 1% Mn 40000 35000 Intensity ( a.u ) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 520 540 560 580 600 620 Wavelength (nm ) Hình 4.3 Phổ phát quang vật liệu (Mg.Ca)SiO3 thay đổi nồng độ Mn Duong thuc nghiem bieu dien Iphat quang theo CMn 40000 35000 Intensity (a.u ) 30000 25000 20000 15000 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 Concentration of Mn (% ) Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ Mn vật liệu (Mg.Ca)SiO3 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 33 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý Nhận xét : Qua kết khảo sát phổ phát quang vật liệu (Mg.Ca)SiO3 thay đổi nồng độ ion Mn , rút kết luận sau: Phổ phát quang dải rộng có tính đối xứng, đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 581 nm Dạng phổ không đổi thay đổi nồng độ ion Mn Dựa vào đồ thị ( Hình 4.4 ), ta thấy: Khi tăng nồng độ Mn từ 0,2  1% cường độ phát quang tăng Tuy nhiên, tiếp tục tăng nồng độ Mn cường độ phát quang giảm dần Vậy với vật liệu (Mg.Ca)SiO3 pha tạp Mn, để có phát quang với cường độ lớn pha Mn với nồng độ khoảng 1% 4.2.2 Vật liệu (Mg,Ca)Al O4 40000 1,2% Mn 0,1 % Mn 0,2% Mn 0,4% Mn 0,7% Mn 1,5% Mn 35000 Intensity (a.u) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 Wavelength ( nm) Hình 4.5 Phổ phát quang vật liệu (Mg, Ca)Al2 O4 với cường độ tăng thay đổi nồng độ Mn GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 34 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý 40000 2% Mn 2,5% Mn 3% Mn 3,5% Mn 4% Mn 1,5% Mn 1,8% Mn 35000 Intensity (a.u) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 Wavelength (nm) Hình 4.6 Phổ phát quang vật liệu (Mg, Ca)Al2 O4 với cường độ giảm thay đổi nồng độ Mn GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 35 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý 2% Mn 2,5% Mn 3% Mn 3,5% Mn 4% Mn 0,4% Mn 0,2% Mn 0,1% Mn 0,7% Mn 1,5% Mn 1,8% Mn 1,2% Mn 40000 35000 Intensity (a.u ) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 Wavelength (nm ) Hình 4.7 Phổ phát quang vật liệu (Mg, Ca)Al2O4 thay đổi nồng độ Mn GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 36 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ Mn vật liệu (Mg,Ca)Al2O4 Nhận xét: Qua khảo sát phổ phát quang vật liệu (Mg, Ca)Al2 O4 thay đổi nồng độ Mn rút số kết luận sau: Phổ phát quang gồm đỉnh phổ ứng với bước sóng khoảng 640 nm 655 nm 665 nm Trong đỉnh 655 nm cho phát quang cường độ mạnh Dạng phổ không bị ảnh hưởng thay đổi nồng độ ion Mn Dựa vào đồ thị (Hình 4.8 ), ta thấy: Khi tăng nồng độ Mn từ 0,1  1,5% cường độ phát quang tăng Tuy nhiên, tiếp tục tăng nồng độ Mn cường độ phát quang giảm dần gần yếu tăng đến nồng độ 4% Vậy với vật liệu (Mg,Ca)Al2O4 pha tạp Mn, để có phát quang với cường độ lớn pha Mn với nồng độ khoảng 1,5 % tốt GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 37 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý CHƯƠNG V: KẾT LUẬN Luận văn trình bày số vấn đề sau: Nội dung luận văn giúp có nhìn tổng quan tượng phát quang, đặc biệt tượng lân quang dài Các chất lân quang dài quan tâm nghiên cứu với nhiều ứng dụng thiếu đời sống kĩ thuật Nó mở hướng phát triển ngành vật liệu phát quang Cách chế tạo vật liệu lân quang dài Để chế tạo vật liệu (Mg.Ca)Al2O4, (Mg.Ca)SiO3 pha tạp Mn ta chọn hố chất thích hợp: MgCO3, CaCO3, Al2O3, SiO2 , MnCO3 Hỗn hợp nghiền kĩ lưỡng Sau nung nhiệt độ cao vật liệu Silicate nhiệt độ nung 1000 0C/2giờ+ 1200 0C/4giờ chất Aluminate nung 1300 C / 2h Trong trình làm luận văn tác giả nhận thấy ion Mn kích hoạt tốt vật liệu (Mg.Ca)Al2O4 vật liệu (Mg.Ca)SiO3 chưa ổn định Cường độ phát quang phụ thuộc vào nồng độ ion Mn mạng Qua trình thực đề tài, tác giả khảo sát cường độ phổ phát quang tăng, giảm cụ thể từ xác định nồng độ pha tạp Mn tốt vật liệu (Mg.Ca)SiO3 khoảng % vật liệu (Mg.Ca)Al2 O4 khoảng 1,5 % Do hạn chế thời gian nên đề tài thực với vật liệu (Mg.Ca)SiO3 (Mg.Ca)Al2O4 pha tạp Mn Hy vọng đề tài giúp ích cho bạn sinh viên thầy giáo tìm hiểu tượng phát quang, đặc biệt tượng lân quang dài GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 38 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Thị Bắc Kinh – Phan Hồng Khôi ( – 2010), Các giảng đèn LED ứng dụng chiếu sáng , Viện khoa học công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt , Q Cầu Giấy Hà Nội [2] Phan Văn Thích (1972), Hiện tượng huỳnh quang kỹ thuật phân tích huỳnh quang, Đại học tổng hợp Hà Nội [3] Vũ Xuân Quang (1999), Quang phổ tâm điện tử vật rắn, Viện khoa học vật liệu [4] Đinh Thanh Khẩn (2008), Ảnh hưởng ion Mn lên phổ phát quang vật liệu CaAl2 O4, Hội nghị Sinh viên nghiên cứu khoa học thành phố Đà Nẵng lần thứ Tiếng Anh [5] Cees R Ronda (1997), Spectroscopy,Dynamics of Collective Excitation inSolids,in NATO ASI Series, Series B,Physics, (eds B.DiBartoloand S.Kyrkos) 356, Plenum Press, New York, Trang - 34 [6] G.Blasse.B.C.Grabmaier (1994), Luminescent Material Springer-Verlag, Berlin GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 39 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý Lời Cảm Ơn! hon thnh khúa lun ny, xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo khoa vật lý hết lòng dạy bảo suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Lê Văn Thanh Sơn tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi thời gian làm khóa luận Tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn sinh viên giúp đỡ thời gian học tập tai trường Đà Nẵng, tháng năm 2012 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thu Lợi GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 40 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Chất phát quang tượng phát quang 1.1.1 Chất phát quang .4 1.1.2 Hiện tượng phát quang 1.2 Phân loại dạng phát quang 1.2.1 Phân loại theo tính chất động học trình xảy chất phát quang 1.2.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài 1.2.3 Phân biệt theo phương pháp kích thích 1.3 Sự khác phát quang tâm bất liên tục tâm tái hợp 1.3.1 Phổ hấp thụ xạ .6 1.3.2 Thời gian kéo dài .7 1.3.3 Đường cong tắt dần phát quang 1.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 1.3.5 Tính chất điện chất phát quang .8 1.4 Quang phổ nguyên tử .9 1.5 Những định luật phát quang 11 1.5.1 Định luật không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích 11 1.5.2 Định luật Stock-Lomem 11 1.5.3 Định luật đối xứng gương phổ hấp thụ phổ phát quang 12 CHƯƠNG II: LÂN QUANG 13 2.1 Giới thiệu chung 13 2.2 Cơ chế tượng lân quang 13 2.3 Sự khác tượng lân quang tượng huỳnh quang 15 2.4 Phân loại tượng phát quang kéo dài 16 2.5 Khái quát việc chế tạo chất lân quang dài 17 2.5.1 Đồng pha tạp 17 2.5.2 Sự truyền lượng phát quang 17 2.5.3 Các vật liệu pha tạp đa tâm 18 2.6 Các chất lân quang dài phổ biến 19 2.6.1 Tâm kích hoạt 19 2.6.2 Vật liệu 20 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG 21 3.1 Những ứng dụng đơn giản 21 3.2 Đèn huỳnh quang 21 3.3 Màn hình tivi 22 3.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua 23 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 41 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi Khóa luận tốt nghiệp Khoa vật lý 3.5 Vật liệu nhiệt phát quang họ LiF pha tạp Mg, Cu, Na, Si ứng dụng làm liều kế để đo liều xạ điều trị ung bứu , tính tuổi cổ vật 23 3.6 Áp dụng vật liệu phát quang để mã hóa hệ thống truy cập phép : 24 3.7 Các chất phát quang dùng để chế tạo loại thủy tinh màu 24 3.8 Vật liệu nano phát quang chứa ion đất YVO4: Eu3+, sử dụng máy dị tìm ( scintillators ) y học để phát khối u 24 3.9 Chất phát quang ứng dụng phận detector kĩ thuật CR: 24 3.10 Ứng dụng chất huỳnh quang đánh dấu y sinh đối tượng nghiên cứu kính hiển vi huỳnh quang (fluorescence microscope) 25 3.11 Đi-ốt phát quang (Light Emitting Diode – LED) 26 CHƯƠNG IV: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 30 4.1 Chế tạo vật liệu 30 4.2 Kết nhận xét 32 4.2.1 Vật liệu (Mg.Ca)SiO3 32 4.2.2 Vật liệu (Mg,Ca)Al O4 34 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 42 SVTH: Nguyễn Thị Thu Lợi ... nghiệp Khoa vật lý có, tơi chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ion Mn lên phổ phát quang nhóm vật liệu ( Mg,Ca)SiO3 ( Mg,Ca)Al O4 ” Đề tài có nhiệm vụ là: Nghiên cứu lý thuyết phát quang ứng... tăng nồng độ Mn từ 0,2  1% cường độ phát quang tăng Tuy nhiên, tiếp tục tăng nồng độ Mn cường độ phát quang giảm dần Vậy với vật liệu (Mg.Ca)SiO3 pha tạp Mn, để có phát quang với cường độ lớn... độ mạnh Dạng phổ không bị ảnh hưởng thay đổi nồng độ ion Mn Dựa vào đồ thị (Hình 4.8 ), ta thấy: Khi tăng nồng độ Mn từ 0,1  1,5% cường độ phát quang tăng Tuy nhiên, tiếp tục tăng nồng độ Mn