Nghiên cứu tính chất quang của thủy tinh tellurite pha tạp dysprosium

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA THỦY TINH TELLURITE PHA TẠP DYSPROSIUM Sinh viên thực : Phạm Thị Ngọc Quỳnh Lớp : 12CVL Khóa : 2012 – 2016 Ngành : VẬT LÝ HỌC Giảng viên hƣớng dẫn : Th.s TRẦN THỊ HỒNG Đà Nẵng, 04/ 2016 LỜI CẢM ƠN Được đồng ý Khoa Vật Lý - Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng hướng dẫn Th.s Trần Thị Hồng thực đề tài “NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA THỦY TINH TELLURITE PHA TẠP DYSPROSIUM” Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tơi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến: Các thầy, cô giáo Khoa Vật Lý-Trường Đại Học Sư Phạm-Đà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi tồn q trình học tập Thạc sĩ Trần Thị Hồng, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt thời gian làm khóa luận Gia đình anh chị bạn Khoa động viên giúp đỡ mặt Xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 04 năm 2016 Sinh viên thực Phạm Thị Ngọc Quỳnh Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở lý thuyết tƣợng phát quang 1.1.1 Khái niệm phát quang 1.2 Cơ sở lý thuyết thủy tinh nguyên tố đất 1.2.1 Lý thuyết thủy tinh 1.2.1.1 Khái niệm thủy tinh 1.2.1.2 Phân loại thủy tinh 1.2.1.3 Vai trò thủy tinh 1.2.2 Lý thuyết nguyên tố đất 1.2.2.1 Sơ lược nguyên tố đất 1.2.2.2 Lý thuyết nguyên tố đất DYSPROSIUM 13 1.2.2.3 Sự tách mức lượng Dy3+ 14 1.3 Lý thuyết Judd- Ofelt, cƣờng độ chuyển dời f-f 14 1.3.1 Phổ quang học ion đất tự 15 1.3.2 Lý thuyết Judd-Ofelt, cường độ chuyển dời f↔f 17 1.3.2.1 Cơ sở lý thuyết Judd-Ofelt 17 1.3.2.2 Lực dao động tử chuyển dời dipole điện 17 1.3.2.3 Lực dao động tử chuyển dời dipole từ 23 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng 1.3.2.4 Các thông số cường độ Ωλ khả ứng dụng nghiên cứu phổ 25 1.3.3 Ý nghĩa thông số cường độ 27 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 28 2.2 Nghiên cứu cấu trúc (giản đồ nhiễu xạ tia X) 29 2.3 Các kết thảo luận 30 2.3.1 Phổ hấp thụ …30 2.3.2 Phổ phát quang 36 2.3.3 Phổ kích thích (λem = 575 nm) 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng DANH MỤC H NH ẢNH Hình 1.1 Các chuyển dời lượng trình phát quang (a) lân quang (b) Hình 1.2 Cấu trúc thuỷ tinh bao gồm ion biến đổi mạng ion oxy không cầu nối Hình 1.3 Sự xếp ion Er3+, O2- Al3+ mạng thuỷ tinh SiO2.Al2O3 .7 Hình 1.4 Một số ứng dụng thủy tinh Hình 1.5 Các nguyên tố đất ( bên trái ) quặng đất (bên phải) Hình 1.6 Giản đồ mức lượng Dieke 12 Hình 1.7 Quặng chứa Dysprosium 13 Hình 1.8 Các vịng trịn cấu hình điện tử Dy 13 Hình 1.9 Sự tách mức măng lượng ion Dy3+ 13 Hình 2.1 Lị sấy hóa chất 28 Hình 2.2 Một số hình ảnh mẫu thủy tinh chế tạo .29 Hình 2.3a Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu thủy tinh T0 29 Hình 2.3b Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu thủy tinh TDy .30 Hình 2.4 Thiết bị đo phổ hấp thụ UV.Vis.NIR Cary 5000 .30 Hình 2.5 Phổ hấp thụ vùng tử ngoại mẫu thủy tinh pha tạp Dy3+ 31 Hình 2.6 Phổ hấp thụ vùng hồng ngoại gần ion Dy3+ mẫu thủy tinh TDy .32 Hình 2.7 Hệ đo phổ kích thích phổ phát quang FL3-22 32 Hình 2.8a Phổ phát quang mẫu T0 kích thích bước sóng 365nm.…32 Hình 2.8b Phổ phát quang mẫu TDy kích thích bước sóng 365 nm 32 Hình 2.9 Tọa độ màu mẫu thủy tinh Tellurite pha tạp Dy3+ kích thích bước sóng 365nm 37 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng Hình 2.10 Phổ kích thích mẫu thủy tinh pha tạp Dy3+ ứng với xạ 575 nm .38 Hình 2.11 Giản đồ mức lượng trạng thái kích thích ion Dy3+ 39 DANH MỤC ẢNG Bảng 2.1a Năng lượng (cm-1)các đỉnh phổ hấp thụ Dy3+(vùng tử ngoại) .31 Bảng 2.1b Năng lượng (cm-1 )các đỉnh phổ hấp thụ Dy3+( hồng ngoại gần) 32 Bảng 2.2 Giá trị lượng hấp thụ νc, νa tỷ số nephelauxetic β .34 Bảng 2.3 Giá trị lực dao động tử thực nghiệm Pexp lực dao động tử tính tốn Pcal 35 Bảng 2.4 Giá trị thông số cường độ Ω số thủy tinh khác 35 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Việc nghiên cứu trình phát quang vật liệu mở đầu cho nghiên cứu công nghệ ứng dụng đời sống Các vật liệu quang học nói chung, đặc biệt vật liệu có tính phát quang nói riêng ứng dụng rộng rãi công nghiệp chiếu sáng, thiết bị hiển thị, vật liệu laser,… Trong đó, thủy tinh pha tạp ion đất mối quan tâm đặc biệt nhà nghiên cứu Theo nghiên cứu trước, vật liệu thủy tinh thủy tinh Phosphate, thủy tinh Silicate, Germanate thủy tinh Tellurite pha tạp ion đất Eu3+, Dy3+ hay Sm3+ vật liệu thích hợp để chế tạo thiết bị quang học hoạt động vùng hồng ngoại khả kiến Bởi thủy tinh loại vật liệu dễ chế tạo, dễ tạo hình, dễ điều chỉnh thành phần, dễ pha tạp với chất có nồng độ biến thiên dãy rộng, dễ thu mẫu khối Trong số loại thủy tinh thủy tinh oxide loại quan trọng số chất vô Các thủy tinh oxide dùng ứng dụng quang tử vật liệu laser lõi sợi quang Thủy tinh Tellurite nghiên cứu nhiều tính chất đặc biệt như: lượng phonon thấp (650-750 ), độ bền hóa độ bền học cao Bên cạnh đó, nguyên tố đất thường sử dụng khuếch đại quang, vật liệu laser quang phổ chúng có dạng vạch hẹp cường độ mạnh, đặc trưng cho chuyển dời túy điện tử Chúng chọn nguyên tố Dysprosium để pha tạp vào Tellurite nguyên tố phát xạ đơn sắc vùng ánh sáng nhìn thấy dễ để nghiên cứu cấu trúc vật liệu Ngoài ra, chúng tơi sử dụng lý thuyết Judd-Ofelt để tính tốn thơng tin tính chất quang mẫu Theo nghiên cứu chúng tơi thấy rằng, lý thuyết Judd-Ofelt lý thuyết lượng tử giúp định lượng chất trình hấp thụ phát quang; dựa vào lý thuyết ta tính thơng số cường độ, xác suất chuyển dời, thời gian sống trạng thái kích SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng thích, tỉ số cường độ mức Bên cạnh lý thuyết thống hai trình hấp thụ phát quang, cịn đánh giá tương tác ion đất với trường tinh thể với ion khác gần Trên sở đó, chúng tơi chọn đề tài : “NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA THỦY TINH TELLURITE PHA TẠP DYSPROSIUM” Mục tiêu nghiên cứu  Nghiên cứu mẫu vật liệu thủy tinh Tellurite pha tạp Dy3+  Khảo sát đặc tính quang học ion đất thủy tinh Tellurite  Sử dụng lý thuyết Judd -Ofelt để tính tốn thơng số từ phổ hấp thụ từ đưa thơng tin vật liệu  Xác định tọa độ màu mẫu Với mục tiêu trên, khóa luận gồm phần sau:  Mở đầu  Nội dung - Chương 1: Tổng quan lý thuyết - Chương 2: Thực nghiệm  Kết luận Nhiệm vụ nghiên cứu  Tìm hiểu lý luận phát quang,  Nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tƣợng nghiên cứu Các mẫu thuỷ tinh tellurite pha tạp nguyên tố đất 4.2 Phạm vi nghiên cứu Các tính chất phát quang thuỷ tinh pha tạp nguyên tố đất Tọa độ màu thuỷ tinh tellurite pha tạp nguyên tố đất Phƣơng pháp nghiên cứu  Tìm hiểu lý thuyết: SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng - Đi sâu tìm hiểu nội dung khóa luận qua sách báo, phương tiện thông tin đại chúng tài liệu tham khảo liên quan - Sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp, so sánh, thống kê để làm rõ nội dung - Tiến hành thảo luận cở sở kết mẫu thuỷ tinh sau pha tạp  Nghiên cứu thực nghiệm: chế tạo mẫu thực số phép đo phổ phát quang, phổ kích thích, phổ hấp thụ, phép đo nghiên cứu cấu trúc… SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở lý thuyết tƣợng phát quang 1.1.1 Khái niệm phát quang [1] Trong tự nhiên nhân tạo có nhiều chất có khả hấp thụ lượng từ bên dùng lượng hấp thụ để đưa phân tử, nguyên tử lên trạng thái kích thích Từ trạng thái kích thích phân tử, nguyên tử chuyển trạng thái xạ ánh sáng Các chất có khả biến dạng lượng khác (quang năng, điện năng, nhiệt năng, ) thành quang gọi chất phát quang Quá trình phát quang thực chiếu xạ vào vật chất, phần lượng bị hấp thụ, phần bị tái phát xạ với xạ có bước sóng dài (định luật Stoke) Bước sóng ánh sáng phát xạ đặc trưng cho chất phát quang mà ánh sáng tới, xạ quang học chất phát quang sau kích thích, xảy điều kiện thích hợp Người ta làm số thí nghiệm, ví dụ như: chiếu tia tử ngoại (UV) có bước sóng λ vào dung dich rượu fluorexein dung dịch phát ánh sáng màu xanh lục nhạt có bước sóng λ’ (λ’ > λ) Sự phát quang biến sau ngừng kích thích ánh sáng tử ngoại Hay chiếu tia UV vào tinh thể ZnS có pha lượng nhỏ Cu Co tinh thể phát ánh sáng màu xanh lục, ánh sáng tồn lâu sau ngừng kích thích Hiện tượng tương tự xảy nhiều chất rắn, lỏng khí khác đồng thời với tác nhân kích thích khác Chúng có tên chung tượng phát quang Như vậy, phát quang xạ ánh sáng của vật chất tác động tác nhân kích thích khơng phải đốt nóng thơng thường Bước sóng ánh sáng phát quang đặc trưng cho vật liệu phát quang, hồn tồn khơng phụ thuộc vào xạ chiếu lên Đa số nghiên cứu tượng phát SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Quy trình chế tạo mẫu Các mẫu thuỷ tinh chế tạo phương pháp nóng chảy với hố chất ban đầu: B2O3, TeO2, ZnO, Na2O Dy2O3 theo tỷ lệ: Mẫu 1: (Ký hiệu T0): 40 TeO2 – 40 B2O3 – 10 Na2O – 10 ZnO(%mol) Mẫu 2: (Ký hiệu TDy): 40 TeO2– 39 B2O3 – 10 Na2O- 10 ZnO – Dy2O3 ƣớc Chuẩn bị khuôn Khuôn cốc sứ, rửa khuôn nước cất cho vào tủ sấy ƣớc Cân hóa chất theo tỉ lệ, nghiền trộn hoá chất Các mẫu hoá chất cân theo tỉ lệ Sau nghiền trộn thật kĩ với đổ vào cốc sứ ƣớc Sấy hoá chất Do thành phần hoá chất có B2O3 chất hút ẩm nên để đảm bảo hố chất cịn lại khơng bị ẩm nên trước nung thực công đoạn sấy hố chất Q trình sấy tiến hành giờ, nhiệt độ sấy khoảng 50oC Hình 2.1 Lị sấy hóa chất ƣớc Nung hố chất Đây bước quan trọng quy trình chế tạo vật liệu Hoá chất cho vào cốc sứ đưa vào lị điện nung, sau tăng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng lên đến nhiệt độ 1250oC, giữ nhiệt độ tiếng, tốc độ gia nhiệt 15 độ/phút, sau để nguội tự nhiên phịng thí nghiệm chun đề - Khoa Vật Lý trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 28 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng ƣớc Mài đánh bóng mẫu Các mẫu sau nung lấy khỏi lị sau mài nhẵn đánh bóng trước tiến hành phép đo quang học Hình 2.2 Một số hình ảnh mẫu thủy tinh chế tạo 2.2 Nghiên cứu cấu trúc (giản đồ nhiễu xạ tia X) Phép nhiễu xạ tia X dùng để xác định cấu trúc tinh thể loại vật liệu Để xác định mẫu chế tạo có phải thuỷ tinh khơng thực phép đo nhiễu xạ tia X máy nhiễu xạ XRD-D5000 SIEMENS Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Kết phép đo nhiễu xạ mẫu trình bày hình 2.3 Hình 2.3a Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu thủy tinh T0 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 29 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng Hình 2.3b Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu thủy tinh TDy Nhận xét: Từ giản đồ nhiễu xạ cho thấy mẫu không xuất đỉnh nhiễu xạ, mà giản đồ nhiễu xạ dải rộng có vùng nhiễu xạ lớn Từ cho thấy vật liệu chế tạo có cấu trúc vơ định hình “cấu trúc thủy tinh” Hay nói cách khác với quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu lựa chọn hỗn hợp chất ban đầu nóng chảy hồn tồn sản phẩm thu có dạng thủy tinh 2.3 Các kết thảo luận 2.3.1 Phổ hấp thụ Các dịch chuyển hấp thụ (vùng tử ngoại) Tiến hành đo phổ hấp thụ hệ đo phổ hấp thụ UV.Vis NIR Cary 5000 phòng quang phổ_Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Sơ đồ hệ đo trình bày hình 2.4 Hình 2.4 Thiết bị đo phổ hấp thụ UV.Vis.NIR Cary 5000 Kết đo phổ hấp thụ mẫu thủy tinh tellurite pha tạp ion Dy3+ ghi khoảng từ 300_405nm trình bày hình 2.5 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 30 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng Hình 2.5 Phổ hấp thụ vùng tử ngoại mẫu thủy tinh pha tạp Dy3+ Từ phổ hấp thụ hình 2.5 cho thấy dịch chuyển hấp thụ tương ứng với chuyển mức lượng từ trạng thái lên trạng thái kích thích khác gồm: 6H15/2 → 6P5/2, 4I11/2, 4I19/2; 6H15/2 → 4M19/2, 4P3/2, 4D3/2, 6P7/2 ; 6H15/2 → I13/2, 4F7/2, 4K17/2, 4M21/2 Bảng 2.1a trình bày giá trị lượng chuyển dời hấp thụ ion Dy3+ thủy tinh tellurite vùng tử ngoại ảng 2.1a Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Dy3+(vùng tử ngoại) STT H15/2 E(cm-1 ) λ (nm) P5/2, 4I11/2, 4I19/2 28735 (6H15/2 → 6P5/2) 348 M19/2, 4P3/2, 4D3/2, 6P7/2 27322 (6H15/2 →6P7/2) 366 I13/2, 4F7/2, 4K17/2, 4M21/2 25839 (6H15/2 →4I13/2) 387 Các dịch chuyển hấp thụ (vùng hồng ngoại gần) Kết đo phổ hấp thụ mẫu thủy tinh tellurite pha tạp ion Dy3+ ghi khoảng từ 700_1500 nm trình bày hình 2.6 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 31 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng Hình 2.6 Phổ hấp thụ vùng hồng ngoại gần ion Dy3+ mẫu thủy tinh TDy Từ phổ hấp thụ hình 2.6 cho thấy dịch chuyển hấp thụ tương ứng với chuyển mức lượng từ trạng thái lên trạng thái kích thích khác gồm: 6H15/2 → 6F5/2; 6H15/2 → 6F7/2; 6H15/2 → 6F9/2, 6H7/2; 6H15/2 → 6F11/2, H9/2 Bảng 2.1b trình bày giá trị lượng chuyển dời hấp thụ ion Dy3+ thủy tinh tellurite vùng hồng ngoại gần ảng 2.1b Năng lƣợng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Dy3+(hồng ngoại gần) STT H15/2 E(cm-1 ) λ (nm) F5/2 12121 802 F7/2 11185 894 F9/2, 6H7/2 9233 (6H15/2 →6F9/2) 1083 F11/2, 6H9/2 7980 (6H15/2→6F11/2) 1253 Thảo luận kết phổ hấp thụ: Nguồn gốc dịch chuyển hấp thụ xác định công bố W.T.Carnal [12] mức lượng điện tử ion lanthanide hóa trị Các số liệu phân tích từ phổ hấp thụ mẫu pha tạp Dy3+ trình bày SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 32 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng cách hệ thống bảng 2.2 Để thuận lợi cho việc so sánh với kết công bố khác chúng tơi dùng đơn vị số sóng (cm-1) Giá trị lượng dải hấp thụ thu nói chung phù hợp với kết công bố phổ hấp thụ ion Dy3+ vật liệu thủy tinh  Tỉ số nephelauxetic thông số liên kết Khi ion Dy3+ pha tạp vào chất rắn nói chung thủy tinh nói riêng mức lượng ion chịu nhiễu loạn trường tinh thể dẫn đến số tượng tách mức lượng, mở rộng vạch phổ dịch lượng so với chúng trạng thái tự Cụ thể dịch lượng chuyển dời hấp thụ, phát quang sinh chủ yếu dãn nở lớp mây điện tử tự tương tác ion đất với anion lân cận gọi hiệu ứng nephelauxetic Để đánh giá mức độ ảnh hưởng hiệu ứng tới lượng chuyển dời điện tử người ta đưa thơng số đặc trưng nephelauxetic β Các giá trị thông số phản ánh độ đồng hóa trị ion Dy3+ ligand Cũng ion RE3+ khác, dạng liên kết ion Dy3+ với anion đánh giá giá trị thơng số liên kết δ, tính cơng thức: δ= Trong đó: =Σ , β tỷ số nephelauxetic, β= νc/ νa, với νc lượng chuyển dời điện tử đo thực nghiệm, νa lượng chuyển dời điện tử ion Dy3+ aqua (nước)[11], N số mức hấp thụ quan sát Theo tài liệu [2] tùy thuộc vào giá trị δ thu âm hay dương ta biết liên kết cộng hóa trị hay liên kết ion Ví dụ δ > liên kết cộng hóa trị δ < liên kết ion Kết tính tốn β, νc, νa trình bày bảng 2.2: SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 33 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng Bảng 2.2 Giá trị lượng hấp thụ νc, νa tỷ số nephelauxetic β H15/2 Eexp(νc) Eaqua(cm-1) (νa)[13] β= νc/ νa P5/2, 4I11/2, 4I19/2 28735 28550 1,007 M19/2, 4P3/2, 4D3/2, 6P7/2 27322 27400 1,003 I13/2, 4F7/2, 4K17/2, 4M21/2 25906 25800 1,004 6 4 F5/2 12121 12400 1,005 F7/2 11185 11000 1,017 F9/2, 6H7/2 9233 9100 1,015 F11/2, 6H9/2 7980 7700 1,036 6 =Σ 1,012 δ -1,186 Từ bảng số liệu tính cho thấy δ trường hợp chúng tơi có giá trị âm Điều cho thấy liên kết ion Dy3+ với mạng chiếm ưu thế, kết phù hợp với công bố [12]  Lực dao động tử phân tích lý thuyết Judd_Ofelt Dựa vào phổ hấp thụ ta tính lực dao động tử thực nghiệm lực dao động tử tính tốn Lực dao động tử thực nghiệm tính theo cơng thức: Pexp= 4,318.10-9 Trong đó: diện tích dải hấp thụ tương ứng Theo lý thuyết Judd-Ofelt lực dao động tử tính tốn tính theo cơng thức: Ped= n( Trong giá trị ma trận rút gọn kép ứng với chuyển dời lấy từ công bố W.T Carnal Kết giá trị lực dao động tử trình bày bảng 2.3 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 34 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng ảng 2.3 Giá trị lực dao động tử thực nghiệm Pexp lực dao động tử tính tốn Pcal 6 4 H15/2 P7/2, 4I11/2, 4I19/2 M19/2, 4P3/2, 4D3/2, 6P5/2 I13/2, 4F7/2, 4K17/2, 4M21/2 6 F5/2 F7/2 F9/2, 6H7/2 F11/2, 6H9/2 Pexp ( 10-6) Pcal( 10-6) 2,80 1,00 0,99 1,24 2,73 0,41 1,47 0,88 2,38 1,72 0,98 1,74 3,33 3,30 Theo lý thuyết J_O, chuyển dời siêu nhạy chuyển dời mà cường độ phụ thuộc mạnh vào Ω2 Đối với ion Dy3+ chuyển dời 6H15/2 → 6F11/2 Lực dao động tử Pexp lớn nhiều so với chuyển dời cịn lại.Bảng số liệu 2.4 trình bày giá trị thơng số cường độ Ω Dy3+ số thủy tinh khác Bảng2.4 Giá trị thông số cường độ Ω2,4,6 ion Dy3+ số thủy tinh Mẫu Ω2 Ω4 Ω6 Các công bố Mẫu nghiên 40TeO2_39B2O5_10Na2O_10ZnO_1Dy2O3 3,22 0,67 2,16 K2GdF5: Dy3+ (tinh thể) 2,48 1,12 1,98 [14] 50ZnSO4_20CaF2_1Dy2O3 34,48 3,06 9,12 [15] 59B2O3_20CaF2_10Al2O3_10CaSO4_1Dy2O3 14,44 5,23 5,17 [16] SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 35 cứu Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng 2.3.2 Phổ phát quang Phổ phát quang mẫu thủy tinh Tellurite pha tạp Dy3+ đo nhiệt độ phòng hệ đo FL3-22 phòng quang phổ - Trường Đại học Duy Tân (Đà Nẵng) Sơ đồ hệ đo trình bày hình 2.7 Hình 2.7 Hệ đo phổ kích thích phổ phát quang FL3-22 Với bước sóng kích thích 365nm, kết đo phổ phát quang mẫu T0 TDy trình bày hình 2.8 Hình 2.8a Phổ phát quang mẫu T0 Hình 2.8b Phổ phát quang mẫu T40 kích thích bước sóng 365 nm kích thích bước sóng 365 nm Hình 2.8a trình bày kết đo phổ phát quang mẫu T0 kích thích bước sóng 365 nm Kết đo phổ phát quang cho thấy khơng có chuyển dời phát quang Điều chứng tỏ mẫu khơng có tâm phát quang Hình 2.8b trình bày kết đo phổ phát quang mẫu TDy kích thích bước sóng 365 nm Chúng tơi quan sát chuyển dời phát quang: SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 36 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng F9/2 → 6H15/2: 483 nm F9/2 → 6H13/2: 575 nm F9/2 → 6H11/2 : 663 nm Trong số chuyển dời phát quang chuyển dời 4F9/2 → 6H13/2 có cường độ mạnh nhất, cịn chuyển dời 4F9/2 → 6H11/2 có cường độ yếu Các kết phù hợp với công bố [14, 15, 16, 17] Từ kết đo phổ phát quang tiến hành xác định tọa độ màu (R,G,B) mẫu (255, 171,107) ứng với màu vàng cam Do điều kiện thời gian nên khảo sát mẫu thủy tinh pha tạp mol % Dy3+ Nếu có điều kiện chúng tơi tiếp tục nghiên cứu theo hướng thay đổi tỉ lệ pha tạp thành phần mạng để ánh sáng phát quang nằm vùng ánh sáng trắng Hình 2.9 Tọa độ màu mẫu thủy tinh Tellurite pha tạp Dy3+ kích thích bước sóng 365 nm 2.3.3 Phổ kích thích (λem = 575 nm) Phổ kích thích đo nhiệt độ phịng mẫu thủy tinh Tellurite pha tạp ion Dy3+ ghi từ tín hiệu phát quang 575 nm ứng với chuyển dời 4F9/2 → 6H13/2 Và kỹ thuật thông thường hệ FL3-22 ta dễ dàng quan sát trực tiếp dải kích thích SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 37 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng Kết đo phổ kích thích phát quang trình bày hình 2.10 H15/2 I13/2 I15/2 P7/2 P5/2 G 11/2 F9/2 P 3/2 Hình 2.10 Phổ kích thích mẫu thủy tinh pha tạp Dy3+ ứng với xạ 575 nm Với dịch chuyển: H15/2 → 6P3/2 : 325 nm 6 6 H15/2 → 6P5/2 :351 nm H15/2 → 6P7/2 :366 nm H15/2 → 4I13/2 :387 nm H15/2 → 4G11/2 : 426 nm H15/2 → 4I15/2 : 452 nm H15/2 → 4F9/2 : 473 nm Từ phổ kích thích phổ phát quang ta thiết lập giản đồ mức lượng trạng thái kích thích trình bày hình 2.11 Các mức lượng cho phép ta hiểu tính chất chuyển dời phát xạ không phát xạ vật liệu SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 38 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng Khi ion Dy3+ hấp thụ xạ tử ngoại 365 nm chuyển dời từ trạng thái 6H15/2 lên trạng thái kích thích 6P7/2 sau phục hồi khơng xạ mức thấp trạng thái kích thích 4F9/2 Từ điện tử tiếp tục giải phóng lượng để trở trạng thái phát xạ đặc trưng ion Dy3+ liên quan đến chuyển dời mức măng lượng điện tử ion Dy3+ 4F9/2→ H11/2, 6H13/2 6H15/2 tương ứng với xạ 663 nm, 575 nm, 483 nm Hình 2.11 Giản đồ mức lượng trạng thái kích thích ion Dy3+ SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 39 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian thực đề tài, thu số kết sau: - Chế tạo thành công mẫu thủy tinh Tellurite pha tạp Dy3+ phương pháp nóng chảy - Khảo sát cấu trúc mẫu chế tạo kết mẫu chế tạo có cấu trúc thủy tinh - Phân tích phổ hấp thụ, phổ phát quang phổ kích thích phát quang mẫu chế tạo - Ion Dy3+ liên kết với mạng thủy tinh Tellurite chủ yếu liên kết ion - Sử dụng lý thuyết Judd_Ofelt để tính tốn lực dao động xác định thông số cường độ Ω2, Ω4, Ω6 Mặc dù cố gắng thực đề tài khóa luận thời gian nghiên cứu nên chưa sâu nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng nồng độ pha tạp Dy3+ tỷ lệ thành phần lên phổ phát quang để vật liệu phát ánh sáng nằm vùng ánh sáng trắng toạ độ màu CIE Vì vậy, mong nhận chia sẻ ý kiến đóng góp quý báu thầy cô bạn Chúng xin chân thành cảm ơn! SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 40 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Hồng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan văn Thích (1973), Hiện tượng huỳnh quang kĩ thuật phân tích huỳnh quang (Giáo trình chuyên đề) Đại học tổng hợp Hà Nội [2] Vũ Xuân Quang, cường độ chuyển dời f-f ion đất lý thuyết Judd – Ofelt, giảng phòng quang phổ ứng dụng, tài liệu giảng dạy sau đại học, Hà Nội [3] Trịnh Thị Hoài, (2009), Các phân tích phổ cấu trúc mạng số vật liệu thủy tinh chứa Dyprosium Luận văn Thạc sĩ Vật lý, Viện Vật lý, Hà Nội [4] Đỗ thị Dạ Hương, Phân tích phổ vật liệu B2O3-TeO2-ZnO-Na2O pha tạp Eu3+ lý thuyết Judd-Ofelt, Khóa luận tốt nghiệp năm 2011 [5] Nguyễn Thị Quỳnh Như, Khảo sát ảnh hưởng hợp phần lên phổ phát quang thủy tinh Tellurite, Khóa luận tốt nghiệp năm 2014 [6] Lê Thị Ngọc Quý, Nghiên cứu phát quang ion đất thủy tinh Tellurite, Khóa luận tốt nghiệp năm 2014 [7] Trần Thị Ánh Ly, Nghiên cứu hình thành pha tinh thể thủy tinh Tellurite sau xử lý nhiệt, Khóa luận tốt nghiệp năm 2014 [8] Lê Thị Mỹ Hạnh , Nghiên cứu chế tạo truyền lượng ion Eu3+ thủy tinh Tellurite, Khóa luận tốt nghiệp năm 2015 [9] Phạm Thị Nguyệt, Nghiên cứu thông số phát xạ lực liên kết điện tửphonon thủy tinh Tellurite pha tạp Eu3+, Khóa luận tốt nghiệp năm 2015 [10] Nguyễn Cao Viễn, Nghiên cứu chế tạo truyền lượng ion Tb3+ Sm3+ thủy tinh Tellurite, Khóa luận tốt nghiệp năm 2015 Tiếng Anh [11] W.T Caranl, P.R.Fields and K.Rajnak,(1968) spectral Intensities of the trivalent Lanthanides and Actinides in solution, II, Pm3+, Sm3+,Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+ and Ho3+, J.Chem.Phys.,Vol.49,No10, pp.4412-4423 [12] W.T Caranl, P.R.Fields and K.Rajnak,(1968), Electronic energy levels of the Trivalent Lanthanide Aquo Ions, IV, Dy3+, J.Chem.Phys,.49, 4424-4442 SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 41 Khóa luận tốt nghiệp [13] But.Huy, Min-Ho GVHD: ThS Trần Thị Hồng SEO, Jae-Min LIM and Young-III Lee, N.T.Thanh,V.X.Quang, (2011), Applicatin of the Judd-Ofelt theory to Dy3+ - Doped fluoroborate/ Sulphate Glasses, Journal of the Korean Physical society, Vol.59, no.5, 33000_3307 [14] Phan Van Do, V.X.Tuyen, V.X.Quang (2013), Opt.Mater.35, 1636-1641 [15] C.K.Jayasankar and E.Rukmini,(1997), Physical B 240, 6273-288 [16] Sd.Zulfigar, A.Ahamed, C.M.Reddy et al,(2012), J.luma 132, 841-849 [17] McKeever S W.S (1985) Thermoluminescence of solids, Cambrige University Press SVTH: Phạm Thị Ngọc Quỳnh Trang 42 ... Trong đó, thủy tinh pha tạp ion đất mối quan tâm đặc biệt nhà nghiên cứu Theo nghiên cứu trước, vật liệu thủy tinh thủy tinh Phosphate, thủy tinh Silicate, Germanate thủy tinh Tellurite pha tạp ion... Trong số loại thủy tinh thủy tinh oxide loại quan trọng số chất vô Các thủy tinh oxide dùng ứng dụng quang tử vật liệu laser lõi sợi quang Thủy tinh Tellurite nghiên cứu nhiều tính chất đặc biệt... DYSPROSIUM? ?? Mục tiêu nghiên cứu  Nghiên cứu mẫu vật liệu thủy tinh Tellurite pha tạp Dy3+  Khảo sát đặc tính quang học ion đất thủy tinh Tellurite  Sử dụng lý thuyết Judd -Ofelt để tính tốn thơng