Khảo sát sự ảnh hưởng của ion ce3+ lên phổ phát quang của ion mn2+ trong vật liệu aluminate, silicate

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA ION Ce3+ LÊN PHỔ PHÁT QUANG CỦA Mn2+ TRONG VẬT LIỆU ALUMINATE VÀ SILICATE Ngƣời thực : BÙI THỊ QUỲNH GIAO Lớp : 12CVL Khoá : 2012- 2016 Ngành : VẬT LÝ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn : T.S ĐINH THANH KHẨN Đà Nẵng, 05/2016 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận này, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Vật Lí, trường Đại học Sư Phạm- Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện cho tơi thực hiên đề tài khóa luận tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn q thầy khoa tận tình giảng dạy, trang bị cho kiến thức vô quý báu suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Lê Văn Thanh Sơn, T.S Đinh Thanh Khẩn tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn bạn sinh viên nhóm làm quang phổ cung cấp cho mẫu vật liệu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên suốt thời gian học tập thời gian hồn thành khóa luận tốt nghiệp Mặc dù tơi cố gắng hồn thành khóa luận phạm vi khả cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thơng cảm bảo tận tình q thầy bạn để khóa luận ngày hồn chỉnh Đà Nẵng, tháng năm 2016 Sinh viên thực Bùi Thị Quỳnh Giao MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích, đối tƣợng, nội dung, nhiệm vụ phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2.5 Phƣơng pháp nghiên cứu PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG PHÁT QUANG 1.1 Tìm hiểu chất phát quang tƣợng phát quang 1.1.1 Chất phát quang 1.1.2 Hiện tƣợng phát quang 1.2 Phân loại dạng phát quang 1.2.1 Phân loại theo tính chất động học q trình xảy chất phát quang 1.2.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài 1.2.3 Phân loại theo phƣơng pháp kích thích 1.3 Cơ chế phát quang 1.3.1 Cơ chế phát quang nguyên tử 1.3.2 Cơ chế phát quang phân tử 1.4 Những định luật phát quang 1.4.1 Định luật khơng phụ thuộc vào bƣớc sóng ánh sáng kích thích 1.4.2 Định luật Stock – Lomen 1.4.3 Định luật đối xứng gƣơng phổ hấp thụ phổ phát quang 10 1.5 Vật liệu phát quang dạng phốtpho tinh thể 10 CHƢƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VÀ ION Mn2+, Mn4 13 2.1 Sơ lƣợc kim loại chuyển tiếp 13 2.2 Lý thuyết Mn2+ 14 2.3 Lý thuyết ion Mn4+ 17 CHƢƠNG III: LÝ THUYẾT VỀ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VÀ ION Ce3+ 18 SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang i 3.1 Sơ lƣợc nguyên tố đất 18 3.2 Lý thuyết ion Ce3+ 19 CHƢƠNG IV: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG 21 4.1 Điốt phát quang (LED) 21 4.2 Đèn huỳnh quang 25 4.3 Ứng dụng phƣơng pháp nhiệt phát quang đo liều xạ tuổi khảo cổ 26 4.3.1 Ứng dụng đo liều xạ 26 4.3.2 Ứng dụng tính tuổi khảo cổ 26 4.4 Ứng dụng vật lý hạt nhân 27 PHẦN II: CHẾ TẠO MẪU VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 28 2.1 Thông tin chất dùng để chế tạo vật liệu: 28 2.1.1 Al2O3 28 2.1.2 SiO2 28 2.1.3 Zn(CH3COO)2.2H2O 28 2.1.4 MnCO3 28 2.1.5 CaCO3 - Canxi Cabonat 29 2.1.6 CeO2 – Xeri(IV) Oxit 29 2.1.7 Li2CO3 29 2.2 Các bƣớc chế tạo mẫu 29 2.3 Các mẫu chế tạo 31 2.3.1 Các mẫu vật liệu Aluminate 31 2.3.2 Các nhóm vật liệu Silicate 32 2.4 Phƣơng pháp đo phổ huỳnh quang kích thích 33 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Khảo sát ảnh hƣởng ion Ce3+ lên phát quang ion Mn2+: 34 3.1.1 Đối với ZnAl2O4 34 3.1.1.1 Mẫu ZnAl2O4: Ce3+ 34 3.1.1.2 Mẫu ZnAl2O4: Mn2+ 35 3.1.1.3 Mẫu ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ 36 3.1.2 Đối với CaAl2O4 37 3.1.2.1 Mẫu CaAl2O4: Ce3+ 37 SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang ii 3.1.2.2 Mẫu CaAl2O4: Mn2+ 38 3.1.2.3 Mẫu CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ 39 3.1.3 Đối với CaSiO3 40 3.1.3.1 Mẫu CaSiO3: Ce3+ 40 3.1.3.2 Mẫu CaSiO3: Mn2+ 41 3.1.3.3 Mẫu CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ 42 3.2 Thảo luận kết 43 PHẦN IV:KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang iii DANH MỤC HÌNH Hình 1: Q trình phát quang tâm bất liên tục A Hình 2: Quá trình phát quang tâm tái hợp A Hình 3: Cơ chế phát quang nguyên tử Hình 4: Cơ chế phát quang phân tử Hình 5: Tính đối xứng gƣơng phổ hấp thụ phổ phát quang 10 Hình 6: Quặng Mangan 15 Hình 7: Giãn đồ Tanable- Sugano cho cấu hình d5 16 Hình 8: Giãn đồ Tanable Sugano cho cấu hình d3 17 Hình 9: Giản đồ Dieke ion đất 19 Hình 10: Sơ đồ mức lƣợng đƣợc giản hóa ion Ce3+ 20 Hình 11: LED dùng trang trang trí 22 Hình 12: Cầu Thuận Phƣớc-Đà Nẵng lung linh với dãy đèn Led đủ màu sắc 23 Hình 13: Tivi đèn LED trắng 24 Hình 14: Cấu tạo đèn huỳnh quang 25 Hình 15: Cối sứ 30 Hình 16: Cân điện tử 30 Hình 17: Lị nung điện 31 Hình 18: Tủ sấy 31 Hình 19: Hệ phổ huỳnh quang huỳnh quang kích thích PL3 – 22 33 Hình 20: Phổ kích thích vật liệu ZnAl2O4: Ce3+ (Em = 385nm) 34 Hình 21: Phổ phát xạ vật liệu ZnAl2O4: Ce3+ (Ex=320nm) 34 Hình 22: Phổ kích thích ZnAl2O4: Mn2+ (λEm= 510 nm) 35 Hình 23: Phổ phát xạ ZnAl2O4: Ce3+ phổ kích thích ZnAl2O4: Mn2+ Hình 24: Phổ phát xạ ZnAl2O4: Mn2+ ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao 36 36 Trang iv Hình 25: Tọa độ màu đƣợc xác định phổ phát xạ ZnAl2O4: Mn2+ ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ 36 Hình 26: Phổ phát xạ mẫu CaAl2O4: Ce3+ (Ex = 320 nm) 37 Hình 27: Phổ kích thích vật liệu CaAl2O4: Mn2+ (Em = 545 nm) 38 Hình 28: Phổ kích thích CaAl2O4: Mn2+ phổ phát xạ CaAl2O4: Ce3+ 39 Hình 29: Phổ phát xạ mẫu CaAl2O4: Mn2+ CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ (Ex=320nm) Hình 30:Tọa độ màu đƣợc xác định phổ phát xạ CaAl2O4: Mn2+ CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ 39 39 Hình 31: Phổ phát xạ CaSiO3: Ce3+ (Ex=320nm) 40 Hình 32: Phổ kích thích CaSiO3: Mn2+ (Em = 545nm) 41 Hình 33: Phổ kích thích CaSiO3: Mn2+ phổ phát xạ CaSiO3: Ce3+ Hình 34: Phổ phát xạ CaSiO3: Mn2+ CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ Hình 35: Tọa độ màu đƣợc xác định từ phổ phát xạ CaSiO3: Mn2+ CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao 42 42 42 Trang v DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Nhóm vật liệu Aluminate pha tạp Mn2+, Ce3+ 2+ Bảng 2: Nhóm vật liệu Silicate pha tạp Mn , Ce SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao 3+ 32 33 Trang vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài Vật liệu phát quang lĩnh vực đời từ sớm đến năm gần có bƣớc phát triển nhanh chóng đƣợc ứng dụng nhiều nhƣ chiếu sáng: trang trí, đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LED…hay lĩnh vực hiển thị nhƣ hình phẳng, hình Plasma PDPs (plasma display panels)…Với phát triển không ngừng, nhiều vật liệu phát quang đƣợc tạo với đặc tính tốt nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Theo hƣớng nghiên cứu vật liệu phát quang, nhà khoa học quan tâm đến họ vật liệu Aluminate, Silicate pha tạp nguyên tố đất ion kim loại chuyển tiếp Với ƣu điểm ion kim loại chuyển tiếp, đặc biệt tính đa hóa trị ion Mn phát quang ion Mn2+ phụ thuộc vào độ mạnh yếu trƣờng tinh thể cho màu khác nhau, ion Mn2+ đƣợc nhà khoa học quan tâm Truyền lƣợng phƣơng pháp chế tạo vật liệu phát quang có màu sắc mong muốn Đó phƣơng pháp sử dụng hệ thống vật liệu phát quang biết để chế tạo chất phát quang chế truyền lƣợng Từ đó, tơi muốn khảo sát xem vật liệu Aluminate, Silicate có xảy truyền lƣợng từ Ce3+ sang Mn2+ hay không; có cƣờng độ phát quang vật liệu tăng lên lần, chế truyền lƣợng đâu? Với lý trên, chọn đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng ion Ce3+ lên phổ phát quang ion Mn2+ vật liệu Aluminate, Silicate” Mục đích, đối tƣợng, nội dung, nhiệm vụ phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu - Khảo sát phổ kích thích phổ phát xạ vật liệu Aluminate Silicate pha tạp Ce+3, Mn2+ SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang - So sánh phổ phát xạ mẫu vật liệu Aluminate, Silicate đồng pha tạp Ce3+,Mn2+ có cao mẫu vật liệu Aluminate, Silicate pha Mn2+, có cao lần - Cơ chế truyền lƣợng từ Ce3+ đến Mn2+ 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu - Lý thuyết phát quang, lý thuyết kim loại chuyển tiếp, nguyên tố đất hiếm, giản đồ Tanabe - Sugano - Các mẫu vật liệu Aluminate, Silicate đồng pha tạp ion Ce3+, Mn2+ 2.3 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan lý thuyết tƣợng phát quang đặc trƣng quang phổ ion Ce3+, Mn2+ - Khảo sát đặc trƣng quang phổ vật liệu chế tạo đƣợc thông qua phép đo để từ giải thích chế phát quang vật liệu từ chọn vật liệu có cƣờng độ bƣớc sóng thích hợp 2.4 Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập tổng hợp tài liệu lý thuyết phát quang đặc trƣng quang phổ vật liệu Aluminate, Silicate pha tạp Mn2+, Ce3+ - Xác định phƣơng pháp xây dựng quy trình chế tạo vật liệu - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động cách sử dụng thiết bị phục vụ cho trình chế tạo mẫu thực phép đo - Nghiên cứu, tìm hiểu khả ứng dụng hƣớng phát triển vật liệu - Xử lý số liệu thực nghiệm, viết hồn chình đề tài, bảo vệ đề tài 2.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Tiến hành chế tạo mẫu vật liệu phƣơng pháp phản ứng pha rắn - Đo phổ PLE (Photoluminescence Excitation), phổ PL (Photoluminescence) - Sử dụng phần mền chuyên dụng để xử lý số liệu SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang Bảng 1: Nhóm vật liệu Aluminate pha tạp ion Mn2+, Ce3+ % nồng độ Mẫu VLPQ ZnAl2O4 ZnAl2O4 Tiền chất ban đầu Zn(CH3COO).2H2O, Al2O3, CeO2, Li2CO3 Zn(CH3COO).2H2O, Al2O3, MnCO3 Tỉ lệ mol 3+ chất Mn2+ 1:1,1 Ce , Li+ 1% 1:1,1 2% 1:1,1 2% Điều kiện nung 13000C/ 13000C/ Zn(CH3COO).2H2O, ZnAl2O4 Al2O3, MnCO3, CeO2, 1% 13000C/ 1% 13000C/ Li2CO3 CaCO3, , Al2O3, CeO2, 1:1,1 CaAl2O4 Li2CO3 CaAl2O4 CaAl2O4 CaCO3, , Al2O3, MnCO3 CaCO3, , Al2O3, MnCO3, Li2CO3, CeO2 1:1,1 2% 1:1,1 2% 13000C/ 1% 13000C/ Mẫu vật liệu đƣợc nghiền giờ, nung 13000C 2h (nung mơi trƣờng khí), sau để nguội tự nhiên phịng thí nghiệm ĐHSP-ĐHĐN 2.3.2 Các nhóm vật liệu Silicate Tiến hành nghiền trộn hỗn hợp gồm chất: BaCO3, SiO2 theo tỉ lệ thích hợp, pha thêm tạp ion Mn2+ từ MnCl2.4H2O ion Ce3+ từ CeO2 với thành phần phần trăm thích hợp Để cân điện tích, hỗn hợp đƣợc pha thêm ion Li+ từ Li2CO3 với tỉ lệ thích hợp SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 32 Bảng 2: Nhóm vật liệu Silicate pha tạp Mn2+, Ce3+ Mẫu VLPQ Tiền chất ban đầu CaCO3, SiO2, CeO2, CaSiO3 Li2CO3 CaCO3, SiO2, CaSiO3 MnCl2.4H2O % nồng độ Tỉ lệ mol chất Mn2+ 1% MnCl2.4H2O, CeO2, 1:1,1 Li2CO3 12000C/5 2% CaCO3, SiO2, CaSiO3 nung 12000C/5 1:1,1 1:1,1 Ce3+, Li+ Điều kiện 12000C/5 2% 1% Mẫu vật liệu đƣợc nghiền giờ, nung 13000C 5h ( nung mơi trƣờng khí), sau để nguội tự nhiên phịng thí nghiệm ĐHSP-ĐHĐN 2.4 Phƣơng pháp đo phổ huỳnh quang kích thích Phổ huỳnh quang kích thích đƣợc tiến hành đo hệ đo FL3-22 trƣờng Đại học Duy Tân Đà Nẵng Hình 19: Hệ phổ huỳnh quang huỳnh quang kích thích PL3 – 22 SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 33 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát ảnh hƣởng ion Ce3+ lên phát quang ion Mn2+: 3.1.1 Đối với ZnAl2O4 3.1.1.1 Mẫu ZnAl2O4: Ce3+ 5000000 PLE:ZnAl2O4:Ce 3+ Intensity(a.u) 4000000 3000000 m=385nm 2000000 1000000 200 250 300 350 Wavelength(nm) Hình 20: Phổ kích thích vật liệu ZnAl2O4: Ce3+ (Em = 385nm) Nhận xét: Phổ kích thích vật liệu ZnAl2O4: Ce3+ tƣơng ứng với phát xạ 385nm cho đỉnh kích thích khoảng 270nm đến 320nm Hình 21: Phổ phát xạ vật liệu ZnAl2O4: Ce3+ (Ex=320nm) SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 34 Nhận xét: Phổ phát xạ Ce3+ phổ đám kép ứng với chuyển dời từ mức 5d→4f gồm đỉnh phổ khoảng từ 360nm đến 410nm 3.1.1.2 Mẫu ZnAl2O4: Mn2+ Hình 22: Phổ kích thích ZnAl2O4: Mn2+ (λEm= 510 nm) Nhận xét: Phổ kích thích mẫu ZnAl2O4: Mn2+ ứng với xạ phát quang Em=510 nm xuất đỉnh phổ với các dịch chuyển kích thích: A1(S) →4T2g(G) (453nm) A1(S) →4A1g(G)/4Eg(G) (425nm) A1(S) →4T2g(D) (385nm) A1(S) →4Eg(D) (361nm) Đỉnh phổ có cƣờng độ lớn nhất, độ rộng phổ nhỏ ứng với dịch chuyển từ trạng thái từ 6A1(S) →4A1g(G)/4Eg(G) (425nm) SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 35 Hình 23: Phổ phát xạ ZnAl2O4: Ce3+ phổ kích thích ZnAl2O4: Mn2+ Nhận xét: Hình 23 thể phổ phát xạ Ce3+ chồng lên phần phổ kích thích Mn2+ vật liệu ZnAl2O4, có truyền lƣợng từ Ce3+ → Mn2+ Phổ phát xạ Ce3+ vùng 360nm đến 410nm lúc đóng vai trị nhƣ nguồn kích thích Mn2+ 3.1.1.3 Mẫu ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ Hình 24: Phổ phát xạ ZnAl2O4: Mn2+ Hình 25: Tọa độ màu đƣợc xác định ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ phổ phát xạ ZnAl2O4: Mn2+ ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 36 Nhận xét: Phổ phát xạ ZnAl2O4: Mn2+ ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ kích thích bƣớc sóng Ex= 320nm cho đỉnh phổ phát xạ Em=510nm tƣơng ứng dịch chuyển từ T1g(G)→6A1g(S) Cƣờng độ đỉnh phát xạ ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ cao cỡ lần so với cƣờng độ đỉnh phát xạ ZnAl2O4: Mn2+ Phổ phát xạ ZnAl2O4: Mn2+ ZnAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ cho phát xạ màu xanh 3.1.2 Đối với CaAl2O4 3.1.2.1 Mẫu CaAl2O4: Ce3+ Hình 26: Phổ phát xạ mẫu CaAl2O4: Ce3+ (Ex = 320 nm) Nhận xét: Phổ phát xạ Ce3+ CaAl2O4: Ce3+ phổ đám kép ứng với chuyển dời từ mức 5d→4f gồm đỉnh phổ khoảng từ 360nm đến 410nm SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 37 3.1.2.2 Mẫu CaAl2O4: Mn2+ A1g(S) 10000000 Insensity(cps) 8000000 4 A1g, E1g(G) A1g(s) T2g(G) 6000000 A1g(S) 4000000 T2g(D) Eg(D) A1g(S) 2000000 350 400 450 500 Wavelength(nm) Hình 27: Phổ kích thích vật liệu CaAl2O4: Mn2+ (Em = 545 nm) Nhận xét: Phổ kích thích mẫu ZnAl2O4: Mn2+ ứng với xạ phát quang Em=545nm xuất đỉnh phổ với các dịch chuyển kích thích: A1(S) →4T2g(G) (452nm) A1(S) →4A1g(G)/4Eg(G) (425nm) A1(S) →4T2g(D) (385nm) A1(S) →4Eg(D) (360nm) Đỉnh phổ có cƣờng độ lớn nhất, độ rộng phổ nhỏ ứng với dịch chuyển từ trạng thái từ 6A1(S) →4A1g(G)/4Eg(G) (425nm) SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 38 A1(S) PLE CaAl2O4:Mn A1g/ Eg(G) PL CaAl2O4:Ce 10000000 A1(S) 8000000 2+ 3+ T2g(G) Intensity(a.u) 6000000 A1(S) 4000000 T2g(D) Eg(D) A1(S) 2000000 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 Wavelength(nm) Hình 28: Phổ kích thích CaAl2O4: Mn2+ phổ phát xạ CaAl2O4: Ce3+ Nhận xét: Hình 28 thể phổ phát xạ Ce3+ chồng lên phần phổ kích thích Mn2+ vật liệu CaAl2O4, có truyền lƣợng từ Ce3+ → Mn2+ Phổ phát xạ Ce3+ vùng 360nm đến 410nm lúc đóng vai trị nhƣ nguồn kích thích Mn2+ 3.1.2.3 Mẫu CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ 300000 3+ 1+ CaAl2O4:Ce ,Li ,Mn CaAl2O4:Mn 250000 2+ 2+ Intensity (a.u.) 200000 150000 100000 50000 500 600 700 Wavelength (nm) Hình 29: Phổ phát xạ mẫu Hình 30:Tọa độ màu đƣợc xác định CaAl2O4: Mn2+ CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, phổ phát xạ CaAl2O4: Mn2+ Li+ (Ex=320nm) SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ Trang 39 Nhận xét: Hình 29 cho thấy phổ phát xạ CaAl2O4: Mn2+ CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ ứng với bƣớc sóng kích thích Ex= 320nm cho hình dạng phổ giống nhau, đỉnh phát xạ Em = 545nm, bƣớc sóng tƣơng ứng dịch chuyển từ 4T1g(G)→6A1(S) Đỉnh phổ phát xạ CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ có cƣờng độ cao lần so với CaAl2O4: Mn2+ Phổ phát xạ CaAl2O4: Mn2+ CaAl2O4: Mn2+, Ce3+, Li+ cho phát xạ màu xanh 3.1.3 Đối với CaSiO3 3.1.3.1 Mẫu CaSiO3: Ce3+ 6000 PL CaSiO3:Ce 3+ Intensity(a.u) x=320nm 4000 2000 300 350 400 450 500 550 600 Wavelength(nm) Hình 31: Phổ phát xạ CaSiO3: Ce3+ (Ex=320nm) Nhận xét: Phổ phát xạ Ce3+ CaAl2O4: Ce3+ phổ đám kép ứng với chuyển dời từ mức 5d→4f gồm đỉnh phổ khoảng từ 360nm đến 410nm SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 40 3.1.3.2 Mẫu CaSiO3: Mn2+ Hình 32: Phổ kích thích CaSiO3: Mn2+ (Em = 545nm) Nhận xét: Phổ kích thích mẫu CaSiO3: Mn2+ ứng với xạ phát quang Em=545nm xuất đỉnh phổ với dịch chuyển kích thích: A1(S) →4T1g(G) (509nm) A1(S) →4T2g(G) (423nm) A1(S) →4A1g(G)/4Eg(G) (409nm) A1(S) →4T2g(D) (357nm) A1(S) →4Eg(D) (345nm) Đỉnh phổ có cƣờng độ lớn nhất, độ rộng phổ nhỏ ứng với dịch chuyển từ trạng thái từ 6A1(S) →4A1g(G)/4Eg(G) (409nm) SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 41 1800000 PLE CaSiO3:Mn PL CaSiO3:Ce 2+ 3+ Intensity(a.u) 1200000 600000 400 500 Wavelength(nm) Hình 33: Phổ kích thích CaSiO3: Mn2+ phổ phát xạ CaSiO3: Ce3+ Nhận xét: Hình 33 thể chồng phổ phát xạ Ce3+ lên phần phổ kích thích Mn2+ vật liệu CaSiO3 nên có truyền lƣợng từ Ce3+→Mn2+ Phổ phát xạ Ce3+ vùng 360nm đến 410nm lúc đóng vai trị nhƣ nguồn kích thích Mn2+ 3.1.3.3 Mẫu CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ 2+ 13000 CaSiO3:Mn 12000 CaSiO3:Mn ,Ce ,Li 2+ 11000 3+ + 10000 Intensity(a.u) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 34: Phổ phát xạ CaSiO3: Mn2+ Hình 35: Tọa độ màu đƣợc xác định từ CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ phổ phát xạ CaSiO3: Mn2+ CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 42 Nhận xét: Theo hình 34, phổ phát xạ dải phổ rộng, đỉnh phát xạ Em= 603nm tƣơng ứng với dịch chuyển từ 4T1g(G)→6A1(S) Cƣờng độ phát xạ CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ cao 2.5 lần so với cƣờng độ phát xạ CaSiO3: Mn2+ Hình 35 cho thấy phổ phát xạ CaSiO3: Mn2+ CaSiO3: Mn2+, Ce3+, Li+ cho phát xạ màu da cam 3.2 Thảo luận kết Với kết thu đƣợc sau khảo sát phổ kích thích phát quang mẫu liệu ZnAl2O4,CaAl2O4, CaSiO3 nhƣ trên, tác giả đƣa số nhận xét nhƣ sau: - Phổ kích thích vật liệu ZnAl2O4,CaAl2O4, CaSiO3 pha tạp Mn2+ đƣợc thể hình 22, 27, 32 giống đỉnh phổ tuơng ứng với bƣớc chuyển A1(S)→4A1g/4Eg(G) đặc trƣng ion Mn2+ mạng cho cƣờng độ lớn nhất, ứng với bƣớc sóng khoảng 425nm ZnAl2O4, CaAl2O4; khoảng 409nm vật liệu CaSiO3 Vậy để đo phổ kích thích nhóm vật liệu Aluminate pha tạp ion Mn2+ bƣớc sóng tốt khoảng 425nm, nhóm vật liệu Silicate bƣớc sóng tốt khoảng 409nm - Sự chồng phổ phát xạ Ce3+ lên phổ kích thích Mn2+ vật liệu ZnAl2O4, CaAl2O4, CaSiO3 đƣợc thể hình 23, 28, 33 Ta thấy phổ phát xạ kép Ce3+ ứng với chuyển dời từ mức 5d→4f gồm đỉnh phổ khoảng từ 360nm đến 410nm mức 5d xuống trạng thái 2F7/2 2F5/2 mức 4f chồng lên phần phổ kích thích Mn2+ ứng với dịch chuyển 6A1(S)→4Eg(D), 6A1(S)→4T2g(D) Do có truyền lƣợng từ Ce3+→ Mn2+ đồng pha tạp Ce3+, Mn2+ vào vật liệu - Phổ phát xạ vật liệu ZnAl2O4, CaAl2O4, CaSiO3 pha tạp Mn2+ đồng pha tạp Mn2+, Ce3+ đƣợc thể hình 24, 29, 34 tƣơng tƣơng tự nhau, xuất dịch chuyển từ 4T1g(G)→6A1(S), ứng với bƣớc sóng 500-550nm cho phát xạ màu xanh vật liệu ZnAl2O4, CaAl2O4 bƣớc sóng 590-620nm cho phát xạ màu da cam vật liệu CaSiO3 SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 43 - Phổ phát xạ vật liệu ZnAl2O4, CaAl2O4, CaSiO3 pha Mn2+, Ce3+, Li+ đƣợc thể hình 24, 29, 34 có hình dạng cơng tua, cƣờng độ lớn nhiều so với phổ phát xạ vật liệu pha Mn2+ Đó phổ phát xạ Ce3+ chồng lên phần phổ kích thích Mn2+, có truyền lƣợng từ Ce3+ → Mn2+, làm cho phát xạ Mn2+ tăng lên SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 44 PHẦN IV:KẾT LUẬN Từ kết quả, tác giả rút số nhận xét nhƣ sau: - Nội dung khóa luận giúp có nhìn tổng quan tƣợng phát quang - Chế tạo thành công mẫu vật liệu phƣơng pháp phản ứng pha rắn - Trong trình thực đề tài này, tác giả nhận thấy mẫu vật liệu đồng pha tạp Ce3+, Mn2+, Li+ có truyền lƣợng từ Ce3+ →Mn2+, làm phát xạ Mn2+ tăng lên Do hạn chế thời gian điều kiện phịng thí nghiệm nên tác giả chế tạo đo đƣợc vài mẫu vật liệu Aluminate Silicate nhƣ Hy vọng đề tài tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên thầy giáo muốn tiếp tục tìm hiểu phát xạ Mn2+ bị ảnh hƣởng thay đổi nồng độ Ce3+ đƣa nồng độ tối ƣu Ce3+ để Mn2+ cho phát xạ cao SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu tiếng việt [1] Phan Văn Thích(1972), Hiện tượng huỳnh quang kĩ thuật phân tích huỳnh quang, Đại học Tổng Hợp Hà Nội [2] Vũ Xuân Quang(2001), Quang phổ tâm điện tử vật rắn, Viện khoa học vật liệu [3] Đinh Thanh Khẩn(2008), Ảnh hưởng ion Mn2+ lên phổ phát quang vật liệu CaAl2O4, Hội nghị Sinh viên nghiên cứu khoa học thành phố Đà Nẵng lần thứ [4] Nguyễn Ngọc Trác, Vai trò tâm, bẫy khuyết tật vật lệu lân quang dài CaAl2O4 pha tạp ion đất hiếm, Đại học Khoa học Huế [5] Lê Kim Long, Hoàng Nhuận, Tính chất lý hóa học chất vơ cơ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Các tài liệu tiếng anh [6] Shi Ye, Xiao-Ming Wang, and Xi-Ping Jing, Energy Transfer among Ce3+, Eu2+, and Mn2+ in CaSiO3, Journal of The Electrocheical Society,155(6) J143J147(2008) [7] Spectra and energy levels of rare earth ions in crystals, Gerhard Heinrich Diexe SVTH: Bùi Thị Quỳnh Giao Trang 46 ... ? ?Khảo sát ảnh hưởng ion Ce3+ lên phổ phát quang ion Mn2+ vật liệu Aluminate, Silicate? ?? Mục đích, đối tƣợng, nội dung, nhiệm vụ phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu - Khảo sát phổ kích... Phổ kích thích CaAl2O4: Mn2+ phổ phát xạ CaAl2O4: Ce3+ Nhận xét: Hình 28 thể phổ phát xạ Ce3+ chồng lên phần phổ kích thích Mn2+ vật liệu CaAl2O4, có truyền lƣợng từ Ce3+ → Mn2+ Phổ phát xạ Ce3+. .. 33: Phổ kích thích CaSiO3: Mn2+ phổ phát xạ CaSiO3: Ce3+ Nhận xét: Hình 33 thể chồng phổ phát xạ Ce3+ lên phần phổ kích thích Mn2+ vật liệu CaSiO3 nên có truyền lƣợng từ Ce3+? ? ?Mn2+ Phổ phát xạ Ce3+