Khảo sát phổ phát quang của nhóm vật liệu phát quang bao al2o3b2o3dy3+,mn2+ và mo sio2b2o3dy3+ với m là ba,ca,sr,zn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ  Đề tài: “KHẢO SÁT PHỔ PHÁT QUANG CỦA NHÓM VẬT LIỆU PHÁT QUANG BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ MO.SiO2.B2O3:Dy3+ với M Ba,Ca,Sr,Zn” Sinh viên thực : LÊ THỊ THU THÚY Lớp : 11CVL Khóa : 2011-2015 Ngành : VẬT LÝ HỌC Giaó viên hƣớng dẫn : ThS NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH Đà Nẵng, 05/2015 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa vật lý- trƣờng Đại Học Sƣ Phạm- ĐHĐN tận tình dạy dỗ truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức quí báu suốt thời gian em học tập rèn luyện trƣờng Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Bá Vũ Chính- cảm ơn thầy tận tình quan tâm, giúp đỡ em suốt thời gian qua.Nhờ đó, em hồn thành đƣợc khóa luận tốt nghiệp Tiếp đến, em xin gửi lời cảm ơn đến bạn nhóm nghiên cứu nhiệt tình tham gia nghiên cứu hỗ trợ em suốt thời gian làm khóa luận Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, ngƣời thân bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên suốt thời gian học tập nhƣ thời gian tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Mặc dù cố gắng hồn thành khóa luận phạm vi khả cho phép nhƣng chắn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc thơng cảm tận tình bảo q thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng năm 2015 Sinh viên thực Lê Thị Thu Thúy SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục đích, đối tƣợng, nhiệm vụ, phƣơng pháp nghiên cứu, cấu trúc nội dung đề tài 2.1 Mục đích nghiên cứu đề tài 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.5 Cấu trúc nội dung đề tài NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT VỀ HIỆN TƢỢNG PHÁT QUANG 1.1 Tổng quan tƣợng phát quang 1.1.1 Hiện tƣợng phát quang 1.1.2 Vật liệu phát quang 1.1.3 Phân loại tƣợng phát quang 10 1.1.3.1 Phân loại theo tính chất động học trình xảy chất phát quang 10 1.1.3.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài 11 1.1.3.3 Phân loại theo phƣơng pháp kích thích: 12 1.1.4 Phổ phát quang 12 1.1.5 Cƣờng độ phát quang 12 1.1.6 Những định luật phát quang 12 1.1.6.1 Định luật không phụ thuộc vào bƣớc sóng ánh sáng kích thích.12 1.1.6.2 Định luật Stock-Lomen 13 1.1.6.3 Định luật đối xứng gƣơng phổ hấp thụ phổ phát quang 14 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ VÀ HỢP CHẤT,ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP 15 2.1 Tổng quan số hợp chất 15 SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH 2.1.1 Bari nitrat Ba(NO3)2 15 2.1.2 Mangan cacbonat (MnCO3) 15 2.1.3 Canxi Cacbonat ( CaCO3) 16 2.1.4 Stronti cacbonat ( SrCO3) 17 2.1.5 Kẽm axetat ( Zn(CH3COO)2) 17 2.1.6 Nhôm oxit (Al2O3) 18 2.1.7 Silic đioxit (SiO2) 19 2.2 Sơ lƣợc kim loại chuyển tiếp 19 2.2.1 Lý thuyết Mangan (Mn) 21 2.2.2 Lý thuyết ion Mn2+ 21 2.3 Sơ lƣợc ion đất 23 2.3.1 Lý thuyết nguyên tố đất Dyspori (Dy) 25 2.3.2 Lý thuyết ion Dy3+ 26 CHƢƠNG 3: CHẾ TẠO MẪU VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 27 3.1 Chế tạo mẫu 27 3.2 Các mẫu chế tạo 28 3.3 Phƣơng pháp đo 28 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 4.1 Kết 29 4.1.1 Kết đo phổ huỳnh quang nhóm vật liệu BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+các tỉ lệ Dy3+ Mn2+ thay đổi 29 4.2 Thảo luận 38 4.2.1 Đối với thủy tinh Borat 38 4.2.2 Đối với vật liệu silicat: 38 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Tinh thể Bari nitrat Ba(NO3)2 Hình 2.2: Mangan cacbonat (MnCO3) Hình 2.3: Canxi Cacbonat ( CaCO3) Hình 2.4: Stronti cacbonat ( SrCO3) Hình 2.5: Kẽm axetat ( Zn(CH3COO)2) Hình 2.6: Nhơm oxit (Al2O3) Hình 2.7: Silic đioxit (SiO2) Hình 2.8: Vị trí nguyên tố kim loại chuyển tiếp bảng tuần hoàn hóa học Hình 2.9: Giản đồ Tanabe-Sugano cho cấu hình d5 (Mn2+) Hình 2.10: Giản đồ mức lƣợng Dieke Hình 2.11: Các vịng trịn cấu hình điện tử nguyên tố đất Hình 3.1: Sơ đồ khối trình đo phổ Hình 4.1: Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:0:2 Hình 4.2: Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:0,5:1,5 Hình 4.3: Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:1,5:0,5 Hình 4.4: Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:2:0 Hình 4.5: So sánh phổ phát quang mẫu Hình 4.6: Phổ phát quang mẫu vật liệu : BaO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 Hình 4.7: Phổ phát quang mẫu vật liệu : CaO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 Hình 4.8: Phổ phát quang mẫu vật liệu ZnO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 Hình 4.9: Phổ phát quang mẫu vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Dy3+ Hình 4.10: So sánh phổ phát quang mẫu SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Mn2+ mẫu Bảng 4.2: Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ Mn2+ mẫu Bảng 4.3: Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ Mn2+ mẫu Bảng 4.4: Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu Bảng 4.5: Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu Bảng 4.6: Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu Bảng 4.7: Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vài thập niên gần đây, vât liệu phát quang đƣợc ứng dụng rộng rãi khoa học đời sống từ ứng dụng lĩnh vực chiếu sáng nhƣ đèn huỳnh quang, đèn LED lĩnh vực điện tử, truyền thông, đo xạ… Vì việc tìm vật liệu phát quang phù hợp với mục đích ứng dụng cụ thể vấn đề đƣợc nhà khoa học nhóm nghiên cứu tồn giới quan tâm Đã từ lâu phát quang ion Dy3+ đƣợc nghiên cứu nhiều với vật liệu khác Việc pha tạp ion vật liệu thủy tinh đƣợc nhiều tác giả quan tâm Với điều kiện có trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng tơi muốn tìm hiểu phổ phát quang ion Dy3+ trƣờng tinh thể khảo sát đặc trƣng ion Dy3+ ion Mn2+ vật liệu Từ xác định nồng độ ion Dy3+ ion Mn2+ thích hợp để có cƣờng độ phát quang tốt Đồng thời tơi muốn tìm hiểu phổ phát quang ion Dy3+ silicat để từ so sánh phát quang Dy3+ hai vật liệu khác Chính lí trên,tơi chọn đề tài :”Khảo sát phổ phát quang nhóm vật liệu phát quang BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ MO.SiO2.B2O3:Dy3+ với M Ba,Ca,Sr,Zn” Mục đích, đối tƣợng, nhiệm vụ, phƣơng pháp nghiên cứu, cấu trúc nội dung đề tài 2.1 Mục đích nghiên cứu đề tài - Khảo sát phổ phát quang vật liệu BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ Dy3+,Mn2+ khác - Khảo sát phổ phát quang nhóm vật liệu MO.SiO2.B2O3:Dy3+ với M Ba,Ca,Sr,Zn 2.2 Đối tượng nghiên cứu - Các mẫu vật liệu thủy tinh Borate pha tạp ion Mn2+ với Dy3+ SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH - Các mẫu vật liệu silicat pha tạp ion Dy3+ 2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập tài liệu tổng hợp kiến thức lí thuyết phát quang, vật liệu phát quang thủy tinh Borate, silicat - Xác định phƣơng pháp quy trình chế tạo vật liệu - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí hoạt động, cách sử dụng thiết bị dùng cho việc chế tạo mẫu, máy phân tích quang phổ - Tìm hiểu khả ứng dụng vật liệu - Thu phổ phát quang vật liệu silicat thủy tinh Borat - Xử lí số liệu thực nghiệm rút kết luận 2.4 Phương pháp nghiên cứu - Chế tạo mẫu vật liệu phƣơng pháp phản ứng pha rắn - Đo phổ huỳnh quang hệ đo huỳnh quang QE 65000 - Sử dụng phần mềm origin để xử lí số liệu 2.5 Cấu trúc nội dung đề tài - Phần mở đầu: Giới thiệu chung khóa luận - Phần nội dung: Gồm chƣơng + Chƣơng 1: Tổng quan lí thuyết tƣợng phát quang + Chƣơng 2:Tổng quan số nguyên tố, hợp chất ion kim loại chuyển tiếp + Chƣơng 3: Chế tạo mẫu nghiên cứu thực nghiệm + Chƣơng 4: Kết thảo luận - Phần kết luận SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT VỀ HIỆN TƢỢNG PHÁT QUANG 1.1 Tổng quan tƣợng phát quang 1.1.1 Hiện tượng phát quang Sự phát quang dạng phát ánh sáng phổ biến tự nhiên Phát quang tên gọi chung tƣợng phát ánh sáng chất sau hấp thụ lƣợng bên ngồi Khi kích thích xạ số vật liệu số lƣợng đƣợc hấp thụ tái phát xạ dƣới dạng photon có bƣớc sóng dài Bƣớc sóng ánh sáng phát quang đặc trƣng cho vật liệu phát quang, hồn tồn khơng phụ thuộc vào xạ chiếu lên Đa số nghiên cứu tƣợng phát quang quan tâm đến xạ vùng khả kiến, bên cạnh có số tƣợng xạ có bƣớc sóng thuộc vùng hồng ngoại tử ngoại Có nhiều nguồn xạ kích thích khác nhau, nhƣ quang phát quang phát quang tác dụng photon ánh sáng, điện phát quang phát quang tác dụng lƣợng điện, phát quang tia âm cực dùng tia âm cực chùm electron có lƣợng đủ lớn để gây phát quang, phát sáng kéo dài đƣợc 10-8 giây sau ngừng kích thích đƣợc gọi phát huỳnh quang Nhƣ vậy, phát huỳnh quang dừng lại hẳn sau lấy nguồn kích thích Nếu sau lấy nguồn kích thích mà phát sáng kéo dài tiếp tục (hàng giây, hàng phút, hàng giờ) gọi tƣợng phát lân quang Một định nghĩa khác tƣợng phát quang mà theo Vavilov là: “Hiện tƣợng phát quang xạ dƣ xạ nhiệt trƣờng hợp xạ cịn dƣ kéo dài khoảng thời gian 10-10 (s) lớn hơn” 1.1.2 Vật liệu phát quang Trong tự nhiên nhân tạo có nhiều chất có khả hấp thụ lƣợng từ bên dùng lƣợng hấp thụ để đƣa phân tử, ngun tử lên trạng thái kích thích Từ trạng thái kích thích phân tử, nguyên tử chuyển trạng thái SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH xạ ánh sáng Các chất có khả biến dạng lƣợng khác (quang năng, điện năng, nhiệt năng…) thành quang đƣợc gọi chất phát quang Vật liệu phát quang hệ gồm có mạng chủ tâm kích hoạt ( tâm đơn kích hoạt hay đồng kích hoạt) Q trình phát quang hệ xảy nhƣ sau: Bức xạ kích thích đƣợc hấp thụ tâm kích hoạt, tâm đƣợc nâng lên tới trạng thái kích thích từ trạng thái chúng quay trở trạng thái đồng thời phát xạ xạ Hoặc đƣợc hấp thụ ion khác ion tăng nhạy hay mạng chủ xảy trình truyền lƣợng đến ion kích hoạt kích thích ion xạ quang học Hiện nay, vật liệu phát quang có hiệu suất phát quang lớn đƣợc sử dụng rộng rãi phốt tinh thể Đây chất vô tổng hợp dạng rắn ( điện mơi chất bán dẫn) có khuyết tật mạng tinh thể Cấu tạo phốt tinh thể thƣờng gồm phần : + Chất thƣờng hợp chất sunphua kim loại nhóm 2, oxit kim loại, hợp chất aluminate… + Chất kích hoạt thƣờng kim loại Ag, Cu, Mn… nguyên tố đất RE(rare earth) họ lantan, thƣờng có nồng độ nhỏ so với chất nhƣng lại định tính chất phát quang, số lƣợng chất kích hoạt một, hai nhiều Phổ phát quang phốt tinh thể chủ yếu chất kích hoạt định thƣờng dải phổ hẹp thuộc vùng khả kiển hay hồng ngoại 1.1.3 Phân loại tượng phát quang 1.1.3.1 Phân loại theo tính chất động học trình xảy chất phát quang Có thể chia làm hai loại - Phát quang tâm bất liên tục: Là loại phát quang mà trình diễn biến từ hấp thụ lƣợng 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 tƣơng tác tâm liên tục nhƣ ảnh hƣởng môi trƣờng bên ngồi chúng nói chung khơng đáng kể Đặc SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 10 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH Hình 2.11 Các vịng trịn cấu hình điện tử ngun tố đất Khối lƣợng nguyên tử: 162,500 đvC Nhiệt độ nóng chảy:14070C Nhiệt độ sơi: 25620C 2.3.2 Lý thuyết ion Dy3+ Cấu hình điện tử ion Dy3+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f9 5s2 5p6 Phổ xạ ion Dy3+ dịch chuyển 4F9/2 6Hj với j= 5/2, 7/2…15/2 định Chiếm ƣu hai dịch chuyển 4F9/2 6H15/2 (ứng với cực đại xạ bƣớc sóng khoảng 484nm) 4F9/2 6H13/2 ( ứng với cực đại xạ bƣớc sóng khoảng 575nm) đƣợc trình bày giản đồ Dieke Tổ hợp hai xạ cho ta xạ có màu trắng vàng Đây loại tâm phát quang đem lại nhiều ứng dụng thực tế SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 26 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH CHƢƠNG 3: CHẾ TẠO MẪU VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 Chế tạo mẫu -Các mẫu vật liệu đƣợc chế tạo phƣơng pháp phản ứng pha rắn phịng thí nghiệm trƣờng Đại Học Sƣ Phạm-ĐHĐN - Quy trình chế tạo mẫu * Bước 1: Chuẩn bị hóa chất Ba(NO3)2, Al2O3, H3BO3, SiO2, CaCO3, SrCO3, Zn(CH3COO)2.2H2O, MnCO3 ,Dy2O3 * Bước 2: Chuẩn bị khuôn -Khuôn chén sứ đƣợc rửa sấy khô tử sấy nhiệt độ khoảng 500C * Bước 3: Cân nghiền hóa chất -Hóa chất đƣợc cân theo tỉ lệ tính cân điện tử với độ xác 0,001 gam Tổng khối lƣợng hóa chất mẫu 3gam -Hóa chất sau cân xong đƣợc cho vào cối xứ để trộn nghiền thời gian khoảng tiếng *Bước 4: Sấy hóa chất -Hóa chất sau đƣợc nghiền đƣợc cho vào khuôn sấy khô tủ sấy nhiệt độ khoảng 500C *Bước 5: Chế tạo mẫu -Hóa chất sau đƣợc sấy khơ đƣợc cho vào lị nung nhiệt độ thích hợp , để nguội tự nhiên vài *Bước 6: Xử lí mẫu - Có loại: +Một số mẫu sau đƣợc làm nguội đƣợc mài để tách mẫu khỏi khn, sau đƣợc mài phẳng đƣợc đánh bóng để đo phổ +Một số mẫu sau đƣợc làm nguội đƣợc lấy khỏi khn sau cho vào cối để nghiền nát đo phổ SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 27 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 3.2 Các mẫu chế tạo Mẫu vật liệu Tỉ lệ Điều kiện nung BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ : 5: 90 : 1,5 : 0,5 13000C BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ : 5: 90 : 0,5 : 1,5 13000C BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ 13000C : : 90 : 2:0 BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ : : 90 : : 13000C BaO.SiO2.B2O3:Dy3+ : : 0,15 : 0,01 12000C CaO.SiO2.B2O3:Dy3+ : : 0,15 : 0,01 12000C ZnO.SiO2.B2O3:Dy3+ : : 0,15 : 0,01 12000C SrO.SiO2.B2O3:Dy3+ : : 0,15 : 0,01 12000C 3.3 Phƣơng pháp đo Phép đo phổ huỳnh quang đƣợc tiến hành đo hệ đo huỳnh quang QE 65000 trƣờng Đại Học Sƣ Phạm- ĐHĐN với đèn kích thích LED với bƣớc sóng kích thích 365nm Mẫu SVTH: LÊ THỊ THU THÚY QE 65000 Hiển thị kết máy tính Trang 28 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.1 Sơ đồ khối trình đo phổ CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Kết 4.1.1 Kết đo phổ huỳnh quang nhóm vật liệu BaO.Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+các tỉ lệ Dy3+ Mn2+ thay đổi (λEx=410nm) * Mẫu 1: 4500 0Dy 2Mn 4000 (1) 3500 cuong do(a.u) 3000 2500 2000 1500 1000 500 500 550 600 650 700 750 buoc song(nm) Hình 4.1 Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:0:2 (1): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 610 nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4T1g 6A1g ion Mn2+ Bảng 4.1 Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Mn2+ mẫu STT Dịch chuyển mức E(cm-1) Lamda(nm) 16393 610 lƣợng T1g(G) → 6A1g(S) * Mẫu 2: SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 29 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 0,5Dy 1,5Mn 4000 cuong do(a.u) (2) (3) (1) 2000 500 600 700 buoc song(nm) Hình 4.2 Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:0,5:1,5 (1): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 480nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H15/2 ion Dy3+ (2): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 575nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H13/2 ion Dy3+ (3): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 610nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4T1g 6A1g ion Mn2+ Bảng 4.2 Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ Mn2+ mẫu STT Dịch chuyển mức E(cm-1) Lamda(nm) lƣợng F9/2 → F9/2 H15/2 20833 480 H13/2 17391 575 T1g(G) →6A1g(S) 16393 610 → * Mẫu 3: SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 30 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 1,5Dy 0,5Mn cuong do(a.u) 3000 (1) 2000 (2) (3) 1000 500 600 700 buoc song(nm) Hình 4.3 Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:1,5:0,5 (1): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 479nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H15/2 ion Dy3+ (2): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 575nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 H13/2 ion Dy3+ (3): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 610nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4T1g 6A1g ion Mn2+ Bảng 4.3 Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ Mn2+ mẫu STT E(cm-1) Lamda(nm) 20876 479 H13/2 17361 576 16339 612 Dịch chuyển mức lƣợng 4 F9/2 → F9/2 → T1g(G) → H15/2 A1g(S) * Mẫu 4: SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 31 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 2Dy (1) (2) cuong do(a.u) 2000 1000 500 600 700 buoc song(nm) Hình 4.4 Phổ phát quang mẫu vật liệu BaO.Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:2:0 (1): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 477nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H15/2 ion Dy3+ (2): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 574nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ F9/2 H13/2 ion Dy3+ Bảng 4.4 Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu STT E(cm-1) Lamda(nm) H15/2 20969 477 H13/2 17422 574 Dịch chuyển mức lƣợng F9/2 → → F9/2 6 *So sánh phổ phát quang nhóm vật liệu trên: SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 32 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 2Mn 0,5Dy.1,5Mn 1,5Dy.0,5Mn 2Dy Cuong do(a.u) 3000 2000 1000 500 600 700 Buoc song(nm) Hình 4.5 So sánh phổ phát quang mẫu * Nhận xét: - Tỉ lệ tƣơng đối thành phần Dy:Mn ảnh hƣởng đến phổ phát quang nhóm vật liệu Ba(NO3)2.Al2O3.H3BO3.Dy2O3.MnCO3 : +Vị trí đỉnh phổ : Thay đổi không đáng kể  Dy3+: xuất đỉnh phổ bƣớc sóng khoảng 480nm 575nm, ứng với chuyển dời từ 4F9/2 → 6H15/2 từ 4F9/2 → 6H13/2  Mn2+: xuất đám phổ rộng với bƣớc sóng khoảng 610nm ứng với chuyển dời từ 4T1g(G) → 6A1g(S) + Cƣờng độ đỉnh phổ:  Đỉnh 610nm Mn2+: cƣờng độ đỉnh tăng dần tăng nồng độ Mn2+ từ 0-2%  Hai đỉnh 480nm 580nm Dy3+: tăng nồng độ Dy3+ từ 0-2% cƣờng độ đỉnh tăng dần 4.1.2 Phổ phát quang nhóm vật liệu M.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 với M khác ( λEx = 410nm) SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 33 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP * Mẫu 1: BaO.SiO2.B2O3:Dy3+theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 (1) BaO (2) cuong do(a.u) 1200 600 (3) 540 630 720 buoc song(nm) Hình 4.6 Phổ phát quang mẫu vật liệu : BaO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 (1): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 482nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H15/2 ion Dy3+ (2): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 575nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H13/2 ion Dy3+ (3): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 670nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H11/2 ion Dy3+ Bảng 4.5 Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu STT E(cm-1) Lamda(nm) 20747 482 H13/2 17391 575 H11/2 14925 670 Dịch chuyển mức lƣợng F9/2 → 4 F9/2 → F9/2 → 6 H15/2 * Mẫu 2: CaO.SiO2.B2O3:Dy3+theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 34 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CaO (2) (1) cuong do(a.u) 6000 3000 (3) 500 600 700 buoc song(nm) Hình 4.7 Phổ phát quang mẫu vật liệu : CaO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 (1): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 480nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H15/2 ion Dy3+ (2): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 575nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H13/2 ion Dy3+ (3): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 660nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H11/2 ion Dy3+ Bảng 4.6 Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu STT E(cm-1) Lamda(nm) H15/2 20833 480 H13/2 17391 575 15151 660 Dịch chuyển mức lƣợng 4 F9/2 → → F9/2 → F9/2 H11/2 * Mẫu 3: ZnO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 35 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ZnO cuong do(a.u) 3000 2000 1000 500 600 700 buoc song(nm) Hình 4.8 Phổ phát quang mẫu vật liệu ZnO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 Phổ phát quang hầu nhƣ khơng có đỉnh * Mẫu 4: SrO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 6000 SrO (1) (2) cuong do(a.u) 4000 2000 (3) 500 600 700 buoc song(nm) Hình 4.9 Phổ phát quang mẫu vật liệu SrO.SiO2.B2O3:Dy3+ theo tỉ lệ 1:1:0,15:0,01 SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 36 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP (1): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 477nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H15/2 ion Dy3+ (2): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 572nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H13/2 ion Dy3+ (3): Đỉnh phổ ứng với bƣớc sóng 663nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4F9/2 6H11/2 ion Dy3+ Bảng 4.7 Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ phát xạ Dy3+ mẫu STT Dịch chuyển E(cm-1) Lamda(nm) 20964 477 mức lƣợng F9/2 → H15/2 F9/2 → H13/2 17483 572 F9/2 → H11/2 15083 663 *So sánh phổ phát quang nhóm vật liệu trên: BaO CaO SrO ZnO Cuong do(a.u) 6000 3000 500 600 700 Buoc song(nm) Hình 4.10 So sánh phổ phát quang mẫu * Nhận xét: SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 37 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH - Phổ phát quang vật liệu MO.SiO2.B2O3:Dy3+ (với M Ba, Sr, Ca, Zn) có dạng gần giống -Vị trí đỉnh phổ hầu nhƣ khơng có thay đổi: phổ phát quang vật liệu MO.SiO2.B2O3:Dy3+ (với M Ba, Sr, Ca) gồm đỉnh 480nm, 575nm, 660nm Riêng phổ phát quang ZnO.SiO2.B2O3:Dy3+ khơng xuất đỉnh phổ -Phổ phát quang vật liệu MO.SiO2.B2O3:Dy3+ có cƣờng độ thay đổi thay đổi M (Ba, Sr, Ca, Zn) Cƣờng độ phát quang CaO.SiO2.B2O3:Dy3+ tốt , cao gấp 5,15 lần so với SrO.SiO2.B2O3:Dy3+ , gấp 1,6 lần so với SrO.SiO2.B2O3:Dy3+ 4.2 Thảo luận Qua trình khảo sát phổ phát quang vật liệu, đƣa số nhận xét sau: 4.2.1 Đối với thủy tinh Borat Dạng phổ phát quang vật liệu thay đổi tỉ lệ Dy3+ Mn2+ hầu nhƣ khơng có thay đổi Khi tăng giảm nồng độ Dy3+ -> Các đỉnh phổ tƣơng ứng với chuyển dời Dy3+ tăng giảm Khi tăng giảm nồng độ Mn2+ -> Các đỉnh phổ tƣơng ứng với chuyển dời Mn2+ tăng giảm => Nhƣ vậy, ảnh hƣởng ion kích hoạt Dy3+,Mn2+ độc lập với 4.2.2 Đối với vật liệu silicat: - Phổ phát quang vật liệu thay đổi kim loại kiềm thổ cho dạng phổ gần giống nhau; nhƣ vậy, kim loại kiềm thổ ảnh hƣởng không nhiều đến cấu trúc - Cƣờng độ phổ phát quang tăng dần thay đổi kim loại kiềm thổ, theo thứ tự Zn, Ba, Sr, Ca Nhƣ vật liệu CaO.SiO2.B2O3:Dy3+ thích hợp nhất, cịn vật liệu ZnO.SiO2.B2O3:Dy3+ khơng thích hợp với việc chế tạo vật liệu phát quang silicat SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 38 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KẾT LUẬN Đối với mẫu vật liệu chất ion kích hoạt hình dạng phổ phát quang hầu nhƣ khơng có thay đổi ta thay đổi nồng độ ion kích hoạt mà có cƣờng độ phát quang thay đổi Đối với ion kích hoạt Dy3+ thích hợp cho việc chế tạo vật liệu phát quang silicat thủy tinh Borate + Trong thủy tinh Borat: Xuất đỉnh bƣớc sóng 480nm tƣơng ứng với chuyển dời từ 4F9/2 → 6H15/2 bƣớc sóng 575nm tƣơng ứng với chuyển dời F9/2 → 6H13/2 + Trong silicat: Xuất đầy đủ đỉnh bƣớc sóng 480nm tƣơng ứng với chuyển dời từ 4F9/2 → 6H15/2, bƣớc sóng 575nm tƣơng ứng với chuyển dời F9/2 → 6H13/2, bƣớc sóng 660nm ứng với chuyển dời 4F9/2→6H11/2 3.Ảnh hƣởng ion kích hoạt Dy3+ Mn2+ độc lập với nhau.Do ứng dụng cho việc chế tạo LED trắng tƣơng lai SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 39 GVHD: Th.S NGUYỄN BÁ VŨ CHÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Hiện tượng huỳnh quang kỹ thuật phân tích huỳnh quang”, Phan Văn Thích [2] “Vật liệu phát quang”, Phạm Thu Nga [3] Phan Văn Tƣờng (2007), “Vật liệu vô cơ”, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội [4] Nguyễn Quang Vũ(2014) “Chế tạo nghiên cứu phổ hấp thụ ion đất Dy3+ ion Mn2+ vật liệu thủy tinh Borat”, Khóa luận tốt nghiệp [5] G.Blasse.B.C.Grabmaier(1994), “Luminescent Materials”,Berlin [4] “Spectra and energy levels of rare earth ions in crystals”, Gerhard Heinrich Diexe SVTH: LÊ THỊ THU THÚY Trang 40 ... Khảo sát phổ phát quang vật liệu BaO. Al2O3.B2O3:Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ Dy3+,Mn2+ khác - Khảo sát phổ phát quang nh? ?m vật liệu MO. SiO2.B2O3:Dy3+ với M Ba,Ca,Sr,Zn 2.2 Đối tượng nghiên cứu - Các m? ??u vật. .. độ phát quang tốt Đồng thời tơi muốn t? ?m hiểu phổ phát quang ion Dy3+ silicat để từ so sánh phát quang Dy3+ hai vật liệu khác Chính lí trên,tơi chọn đề tài :? ?Khảo sát phổ phát quang nh? ?m vật liệu. .. 5:5:90:1,5:0,5 Hình 4.4: Phổ phát quang m? ??u vật liệu BaO. Al2O3.B2O3: Dy3+,Mn2+ với tỉ lệ 5:5:90:2:0 Hình 4.5: So sánh phổ phát quang m? ??u Hình 4.6: Phổ phát quang m? ??u vật liệu : BaO. SiO2.B2O3:Dy3+ theo