Nghiên cứu năng lượng kích thích của ion mn trong nhóm vật liệu nền aluminate và silicate

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Đề tài: NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG KÍCH THÍCH CỦA ION MN TRONG NHÓM VẬT LIỆU NỀN ALUMINATE VÀ SILICATE Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Cường Người thực hiện: Lê Ngọc Liêm Đà Nẵng, tháng 5/2013 SVTH: Lê Ngọc Liêm i Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường LỜI CẢM ƠN  Để hồn thành khóa luận này, tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Khoa Vật lý hết lịng dạy bảo tơi suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Nguyễn Văn Cường, tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi thời gian làm khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn GS-TSKH Vũ Xuân Quang, thầy Nguyễn Trọng Thành ( Viện Khoa học Vật liệu), PGS-TS Nguyễn Mạnh Sơn ( trường ĐHKH Huế) truyền thụ cho nhiều kiến thức, để tơi hồn thành tốt khóa luận Tôi xin cảm ơn đến bạn Hồ Văn Tuyến (trường ĐH Duy Tân) giúp nhiều việc đo phổ mẫu vật liệu Tôi xin cảm ơn đến bạn sinh viên nhóm làm quang phổ cung cấp cho mẫu vật liệu Tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn sinh viên giúp đỡ thời gian học tập tai trường Đà Nẵng tháng năm 2013 Sinh viên thực Lê Ngọc Liêm SVTH: Lê Ngọc Liêm ii Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1: chuyển dời phát xạ không phát xạ Hinh2 Dạng AO - d Hình 3: định hướng AO-d trường bát diện Hình 4: Tách mức trường bát diện Hình 5: Khoảng cách mức lượng bát diện Hình 6: Các AO-d trường tứ diện Hình 7: Tách mức lượng trường tứ diện Hình 8: Giản đồ Tanabe-Sugano cho cấu hình d5 Hình 9: sơ đồ khối hệ đo FL3-22 Hình 10: Hệ đo phổ huỳnh quang FL3-22 Hình 11: Phổ PLE mẫu Hình 12: phổ PL mẫu 1 Hình 13: phổ PLE mẫu Hình 14: Phổ PL mẫu 2 Hình 15: Phổ PLE PL: mẫu mẫu Hình 16: Giản đồ Tanabe-Sugano mẫu Hình 17: Các mức lượng, Ex Em mẫu Hình 18: Phổ PLE mẫu Hình 19: Phổ PL mẫu Hình 20: Phổ PLE mẫu Hình 21: Phổ PL mẫu Hình 22: Phổ PLE Mẫu Hình 23: phổ PL mẫu Hình 24: Phổ PLE mẫu 3,4,5 Hình 25: Giản đồ T-S mẫu Hình 26: Các mức lượng, Ex Em mẫu Hình 27: Phổ PLE mẫu SVTH: Lê Ngọc Liêm iii Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Hình 28: Phổ PL mẫu Hình 29: Giản đồ T-S Mẫu Hình 30: Mức lượng, Ex Em mẫu Hình 31: Phổ PLE mẫu Hình 32: Phổ PL mẫu Hình 33: Giản đồ T-S mẫu Hình 34: Mức lượng, Ex Em mẫu Hình 35: Phổ PLE mẫu Hình 36: Phổ PL mẫu Hình 37: Giản đồ T-S Mẫu Hình 38: : Mức lượng, Ex Em mẫu Hình 39: Phổ PLE mẫu 2, 3, 6, 7, Hình 40: Phổ PLE mẫu Hình 41: Phổ PL mẫu Hình 42: Phổ PLE mẫu 10 Hình 43: phổ PL mẫu 10 Hình 44: Phổ PLE mẫu 11 Hình 45: Phổ PL mẫu 11 Hình 46: Phổ PL PLE mẫu 9,10,11 Hình 47: Giản đồ T-S mẫu Hình 48: Các mức lượng, Ex Em mẫu Hình 49: Phổ PLE mẫu 12 Hình 50: Giản đồ T-S Mẫu 12 Hình 51: Các mức lượng, Ex Em mẫu 12 SVTH: Lê Ngọc Liêm iv Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích, đối tượng, nội dung, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích, đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Mục đích nghiên cứu đề tài: 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu: 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu .2 2.4 Phương pháp nghiên cứu PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1.Hiện tượng phát quang 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Hiện tượng huỳnh quang 1.1.3 Phân loại tượng phát quang .6 1.2 Vật liệu phát quang 1.2.1 Vật liệu phát quang dạng photpho tinh thể .7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MANGAN VÀ SỰ TÁCH MỨC NĂNG LƯỢNG CỦA ION Mn2+ TRONG TRƯỜNG TINH THỂ Tính chất vật lý mangan Thuyết trường tinh thể 2.1 Tách mức trường bát diện 10 2.2 Tách mức trường tứ diện 12 Giản đồ Tanabe-Sugano cho cấu hình d5 (Mn2+ ) .14 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 17 Phổ huỳnh quang (PL) phổ huỳnh quang kích thích (PLE) .17 SVTH: Lê Ngọc Liêm v Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Quy trình đo phổ PL phổ PLE: 17 Thông số kỹ thuật chủ yếu 18 Nguyên lý hoạt động .18 Các đặc trưng xạ huỳnh quang 19 5.1 Sự dịch Stokes 19 5.2 Sự khơng phụ thuộc phổ huỳnh quang vào bước sóng kích thích tượng đối xứng gương 19 5.3 Thời gian sống huỳnh quang hiệu suất lượng tử .19 5.4 Dập tắt huỳnh quang (Fluorescence quenching) .20 5.5 Tính dị hướng xạ huỳnh quang (Fluorescence Anisotropy) 20 chế tạo mẫu tiến hành đo phổ 20 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN : 41 Kết : .41 Thảo luận : .42 Hướng nghiên cứu tương lai 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 SVTH: Lê Ngọc Liêm Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lí chọn đề tài Vật liệu phát quang lĩnh vực đời sớm đến ngày với phát triển khoa học cơng nghệ có bước tiến nhảy vọt Từ ứng dụng thực tiễn lĩnh vực chiếu sáng đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LED (Light emitting diode) lĩnh vực hiển thị hình phẳng, hình Plasma PDPs (Plasma display panels) , vật liệu phát quang ln đóng vai trị quan trọng Và với phát triển không ngừng, nhiều vật liệu phát quang đời với đặc tính tốt nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao xã hội Hiện có nhiều cở sở đào tạo, nhiều nhà nghiên cứu nước tập trung vào lĩnh vực Theo hướng 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 ưu điểm ion kim loại chuyển tiếp, đặc biệt với đặc tính đa hóa trị ion Mn phát quang ion Mn2+ phụ thuộc vào độ mạnh yếu trường tinh thể, cho màu sắc khác nhau.Với nhiều phịng thí nghiệm việc trang bị máy quang phổ đo phổ kích thích cịn khó khăn, việc tìm lượng kích thích tối ưu cho ion Mn giúp tiết kiệm thời gian, vật chất cho cán phịng thí nghiệm quang phổ, với sinh viên nghiên cứu lĩnh vực Với lý trên, chọn đề tài : “ Nghiên cứu lượng kích thích ion Mn nhóm vật liệu Aluminate Silicate” Mục đích, đối tượng, nội dung, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích, đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Mục đích nghiên cứu đề tài: Khảo sát bước sóng hấp thụ ion Mn2+ trường tinh thể khác nhau, dựa vào giản đồ Tanabe-Sugano tìm lực trường tinh thể lượng chuyển dời 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu: SVTH: Lê Ngọc Liêm Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Lý thuyết phát quang, lý thuyết trường tinh thể, giản đồ Tanabe-Sugano Các mẫu vật liệu Aluminate, Silicate pha tạp ion Mn2+ 2.2 Nội dung nghiên cứu -Tìm hiểu tổng quan lý thuyết tượng phát quang đặc trưng quang phổ vật liệu Aluminate, Silicate pha tạp ion Mn2+ - Tìm hiểu hệ đo quang phổ - Nghiên cứu lý thuyết trường tinh thể, giản đồ Tanabe-Sugano -Khảo sát đặc trưng quang phổ vật liệu chế tạo thơng qua phép đo để từ giải thích chế phát quang vật liệu đưa bước sóng kích thích phù hợp 2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Để đạt mục đích nội dung nghiên cứu trên, đề nhiệm vụ cần thực sau: - Thu thập tổng hợp tài liệu lý thuyết phát quang, vật liệu phát quang Aluminate, Silicate - Xác định phương pháp xây dựng quy trình chế tạo vật liệu - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng thiết bị máy móc phục vụ cho trình chế tạo vật liệu thực phép đo phổ - Nghiên cứu, tìm hiểu khả ứng dụng hướng phát triển vật liệu - Xử lý số liệu thực nghiệm, viết hoàn chỉnh đề tài, bảo vệ đề tài 2.4 Phương pháp nghiên cứu - Tiến hành chế tạo mẫu vật liệu phương pháp gốm - Đo phổ PLE ( photoluminescence Excitation) phổ PL (photoluminescence) - Sử dụng phần mềm chuyên dụng để xử lý số liệu SVTH: Lê Ngọc Liêm Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1.Hiện tượng phát quang 1.1.1 Khái niệm Phát quang xạ ánh sáng tác động tác nhân kích thích Bước sóng ánh sáng phát quang đặc trưng cho vật liệu phát quang, không phụ thuộc vào điều kiện kích thích Hầu hết nhà nghiên cứu vật liệu phát quang tập trung đến xạ vùng khả kiến, nhiên có trường hợp nghiên cứu phổ quay, phổ dao động phân tử với xạ vùng hồng ngoại(IR) hồng ngoại gần(NIR) Quá trình phát quang (Luminescence) với thời gian nhỏ 10-8s gọi huỳnh quang (Flourescence), lớn 10-8s gọi lân quang (Phosphorescence) 1.1.2 Hiện tượng Phát quang trình phát xạ điện từ, thơng thường vùng nhìn thấy, tử ngoại hay hồng ngoại gần xạ nhiệt vật rắn Bức xạ phát quang bao gồm chuyển dời phát xạ mức lượng điện tử vật liệu xạ đặc trưng vật liệu Sự chuyển dời hình thành sau: điện tử từ trạng thái kích thích sau phát photon trở mức lượng thấp Việc nghiên cứu phát quang bắt đầu việc tìm mức lượng mà xảy q trình xạ sau tìm hiểu chất q trình xạ Ta cần tìm hiểu vật liệu kích thích mà cụ thể phân bố điện tử mức kích thích sao, điều định cường độ phát quang Tùy theo phương pháp pháp kích thích, ta có loại phát quang khác Nếu vật liệu kích thích xạ điện từ, ta thu quang phát quang Nếu vật liệu kích thích hạt điện tử, ta có cathode phát quang Khi kích thích phản ứng hóa học, ta có hóa phát quang Nếu kích thích cách đặt linh kiện điện thế, ta có điện phát quang…[9] SVTH: Lê Ngọc Liêm Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường hình 1: chuyển dời phát xạ khơng phát xạ Hình vẽ mơ tả mức kích thích phát xạ chủ yếu vật liệu giả định Trạng thái E0, trạng thái kích thích E1…E5 Bằng cách kích thích đó, điện tử chuyển từ E0 đến E5 Các khe lượng mức E5 đến E2 nhỏ, khe lượng E2 đến E1 lớn Chúng ta biết, khe lượng trạng thái kích thích đến trạng thái thấp liền kề đủ nhỏ điện tử trạng thái kích thích có khuynh hướng chuyển dời mức khơng phát xạ ( không phát quang) mà chuyển dời phát phonon lượng giải phóng vào vật liệu dạng nhiệt Ta gọi chuyển dời khơng phát xạ Cịn chuyển dời từ mức kích thích đến mức thấp kèm theo phát xạ photon gọi chuyển dời phát xạ Nó xảy khe lượng mức lớn giá trị ngưỡng Kết là, vật liệu kích thích đến mức E5 đầu tiên, tiêu hao lượng dạng nhiệt chế chuyển dời bậc thác điện tử từ mức đến mức 4, tiếp tục đến mức cuối điện tử dừng mức Vì khe lượng mức có độ lớn cao giá trị ngưỡng đó, nên chuyển dời theo chế phát xạ ( phát photon ) để cuối chúng dừng lại mức hay Nếu điện tử chuyển dời phát xạ đến mức sau chuyển dời khơng phát xạ đến trạng thái qua SVTH: Lê Ngọc Liêm Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường -Mẫu 7: BaAl2O4:Mn2+ PLE:Mau_7 35000000 4 A1g' Eg(G) 6A (S) 1g 30000000 25000000 6A (S) 1g 4T (G) 2g Intensity(a.u) 20000000 15000000 A1g(S) 4T2g(D) 10000000 6A (S) 4E (D) 1g g 5000000 250 300 350 400 450 500 Wavelength(nm) Hình 31: Phổ PLE mẫu Các chuyển dời từ trạng thái 6A1(S) 4T2g(G), 4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D), 4Eg(D) Với bước sóng 449, 425, 383, 359 nm T1g(G) 140000 Pho PL mau A1g(S) 120000 Intensity(a.u) 100000 80000 Ex=420nm 60000 Em=517nm 40000 20000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 32: Phổ PL mẫu SVTH: Lê Ngọc Liêm 31 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Gian T_S:Mau_7 80 70 60 E (10 3cm-1) 50 Dq=560 Dq=635 40 30 20 10 0 1000 2000 3000 4000 -1 Dq(cm ) Hình 33: Giản đồ T-S mẫu Lực trường tinh thể phát xạ Dq=635cm-1, hấp thụ Dq=560cm-1 Sử dụng công thức chuyển đổi lượng ta tính mức lượng Muc nang luong:Mau_7 30000 3.45(eV) 3.23(eV) 2.91(eV) 2.76(eV) 2.39(eV) 25000 -1 E (cm ) 20000 Ex=449nm 15000 Ex=425nm 10000 Ex=383nm Em=517nm 5000 Ex=359nm 0(eV) 0 10000 20000 30000 thong so chay Hình 34: Mức lượng, Ex Em mẫu SVTH: Lê Ngọc Liêm 32 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Mẫu 8: (Ba,Mg)Al2O4:Mn2+ PLE:Mau_8 4 A1g' Eg A1g 10000000 Intensity(a.u) 8000000 A1g T2g(G) 6000000 4000000 A1g 4T 2g(D) A1g Eg(D) 2000000 250 300 350 400 450 500 Wavelength(nm) Hình 35: Phổ PLE mẫu Các chuyển dời từ trạng thái 6A1(S) 4T2g(G), 4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D), 4Eg(D) Với bước sóng 450, 426, 385, 360 nm B T1g(G) A1g 30000 Pho PL_Mau_8 25000 Intensity(a.u) 20000 Em=515 Ex=420 15000 10000 5000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 36: Phổ PL mẫu SVTH: Lê Ngọc Liêm 33 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Gian T-S Mau_8 80 70 60 E (10 3Cm -1) 50 DqEx=500 Dq =620 Em 40 30 20 10 0 1000 2000 3000 4000 -1 Dq (Cm ) Hình 37: Giản đồ T-S Mẫu Lực trường tinh thể phát xạ Dq=620cm-1, hấp thụ Dq=500cm-1 Sử dụng công thức chuyển đổi lượng ta tính mức lượng muc nang luong 28000 3.44(eV) 3.2(eV) 26000 24000 2.9(eV) 2.75(eV) 22000 20000 2.4(eV) 18000 -1 E (Cm ) 16000 14000 Ex=385 12000 10000 Ex=426 8000 6000 4000 Ex=450 Em=515 Ex=360 Transition Energy 2000 0(eV) -2000 5000 10000 15000 20000 25000 30000 thong so chay (khong co y nghia vat ly) Hình 38: : Mức lượng, Ex Em mẫu SVTH: Lê Ngọc Liêm 34 Intensity(a.u) Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Mau_2 mau_6 Mau_8 Mau_7 Mau_3 34000000 32000000 30000000 28000000 26000000 24000000 22000000 20000000 18000000 16000000 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 -2000000 250 300 350 400 450 500 Wavelength(nm) Hình 39: Phổ PLE mẫu 2, 3, 6, 7, Nhận xét: Nhóm vật liệu Aluminate có dạng phổ PLE giống Mẫu đo ĐHKHTN-ĐHQG Hà Nội, mẫu đo ĐH Duy Tân Đà Nẵng, kết thu nhau, phổ mẫu chồng khít Đỉnh phổ có cường độ lớn nhất, cơng tua nhỏ ứng với dịch chuyển từ trạng thái 6A1(S)  4A1g’ 4Eg(G) 6.2 Nhóm vật liệu Silicate -Mẫu 9: (Mg,Ca)SiO3: Mn2+ A1g 4000000 A1g, Eg 3500000 PLE:Mau_9 3000000 Intensity(a.u) 2500000 2000000 450 500 A1g 1500000 T2g(G) A1g T2g(D) 1000000 500000 250 300 350 400 550 Wavelength(nm) Hình 40: Phổ PLE mẫu SVTH: Lê Ngọc Liêm 35 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Các chuyển dời từ trạng thái 6A1(S) 4T2g(G), 4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D) Với bước sóng 428, 413, 360 nm Trong chuyển dời 6A1(S) 4T2g(G) yếu PL:Mau_9 500000 4T 6A 1g(G) 1g 400000 Intensity(a.U) 300000 200000 Ex=420nm Em=590nm 100000 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 41: Phổ PL mẫu - Mẫu 10: (Mg,Ba)SiO3: Mn2+ PLE:Mau_10 2000000 1500000 Intensity(a.u) 6A 1g 4A 4Eg(G) 1g ' 1000000 4E (D) g A1g 4T (D) 2g 500000 Dam rong 250 300 350 400 450 500 550 Wavelength(nm) Hình 42: Phổ PLE mẫu 10 SVTH: Lê Ngọc Liêm 36 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Các chuyển dời từ trạng thái 6A1(S)  4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D), 4Eg(D) Với bước sóng 422, 356 nm Trong chuyển dời 6A1(S) 4T2g(G) yếu, Dịch chuyển đến mức 4T2g(D), 4Eg(D) hòa chung thành đám rộng 4T (G) 1g PL:Mau_10 6A 1g 150000 Intensity(a.u) 100000 Em=590nm Ex=420nm 50000 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 43: phổ PL mẫu 10 -Mẫu 11: (Mg,Sr)SiO3: Mn2+ ' A1g 500000 4A ' Eg(G) 1g 400000 Intensity(a.u) PLE:Mau_11 A1g 4T2g(D) 300000 A1g E (D) g 200000 100000 250 300 350 400 450 500 550 Wavelength(nm) Hình 44: Phổ PLE mẫu 11 SVTH: Lê Ngọc Liêm 37 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Các chuyển dời từ trạng thái 6A1(S)  4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D), 4Eg(D) Với bước sóng 424, 376, 357 nm Trong chuyển dời 6A1(S) 4T2g(G) yếu, Dịch chuyển đến mức 4T2g(D), 4Eg(D) hòa chung thành đám rộng PL:mau_11 A1g(S) 4T (G) 1g 120000 100000 Intensity(a.u) 80000 Em=585nm Ex=420nm 60000 40000 20000 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 45: Phổ PL mẫu 11 2+ 4000000 6A (S) 1g (Mg,Ca)SiO3:Mn 2+ (Mg,Ba)SiO3:Mn 2+ (Mg,Sr)SiO3:Mn 4 A1g,Eg(G) 3500000 6A (S) 4T (G) 1g 2g 3000000 T1g(G) A1g(S) 2500000 Intensity(a.u) khoang 170nm 2000000 Ex=420nm Em=590nm 1500000 1000000 A1g(S) T2g(D) 500000 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength(nm) Hình 46: Phổ PL PLE mẫu 9,10,11 SVTH: Lê Ngọc Liêm 38 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Hình dạng phổ, bước chuyển dời mẫu 9,10,11 Nên chon mẫu để tính lực trường tinh thể, lương 80000 70000 Ex=6900 6A1g 4T1g(G) 4T2g(G) 4A1g,4Eg(G) 4T1g(D) 4T2g(D) 4Eg(D) 2T2g(I) 2A2g(I) Em=9500 60000 E(Cm -1) 50000 40000 30000 20000 10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 -1 (cm ) Hình 47: Giản đồ T-S mẫu Lực trường tinh thể phát xạ Δ=9500cm-1, hấp thụ Δ =6900cm-1 Sử dụng công thức chuyển đổi lượng ta tính mức lượng Bieu dien muc nang luong 3.44(eV) 25000 3(eV) 2.89(eV) 20000 2.1(eV) -1 E (Cm ) 15000 Ex=360 10000 Ex=428 Ex=413 Em=590 Transition Energy 5000 0(eV) 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 thong so chay (khong co y nghia vat ly) Hình 48: Các mức lượng, Ex Em mẫu SVTH: Lê Ngọc Liêm 39 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường -Mẫu 12: CaSiO3:Mn2+ 2+ PLE:CaSiO3:Mn 350000 A1g 4A1g'4Eg(G) 300000 Intensity(a.u) 250000 6A T2g(D) 1g 6A 1g 4T (G) 2g 200000 4T (G) 1g A1g 150000 100000 50000 300 A1g E (D) g 350 400 450 500 550 600 Wavelength(nm) Hình 49: Phổ PLE mẫu 12 Các dịch chuyển từ 6A1(S) 4T1g(G), 4T2g(G), 4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D), 4Eg(D) với bước sóng 502, 421, 409, 357, 322nm 6A1g(S) 4T1g(G) 4T2g(G) 4A1g,4Eg(G) 4T1g(D) 4T2g(D) 4Eg(D) 2T2g(I) 2A2g(I) 80000 70000 60000 Ex=6800 Em=1100 -1 E (cm ) 50000 40000 30000 20000 10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 -1 (cm ) Hình 50: Giản đồ T-S Mẫu 12 Lực trường tinh thể phát xạ Δ=11000cm-1, hấp thụ Δ =6800cm-1 Sử dụng cơng thức chuyển đổi lượng ta tính mức lượng SVTH: Lê Ngọc Liêm 40 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường Muc nang luong 35000 3.85(eV) 30000 25000 3(eV) 2.94(eV) 20000 2.47(eV) -1 E (cm ) 3.47(eV) 15000 10000 Ex=322 Ex=409 Ex=421 2(eV) Ex=502 Em=600 Ex=357 5000 0(eV) 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 thong so chay Hình 51: Các mức lượng, Ex Em mẫu 12 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN : Kết : -Nhóm vật liệu Aluminate pha tạp Mn (Sr,Zn)Al2O4:Mn2+, ZnAl2O4:Mn2+, (Zn,Si)Al2O4:Mn2+ , BaAl2O4:Mn2+ , (Ba,Mg)Al2O4:Mn2+ cho phổ PLE có dạng giống dịch chuyển từ 6A1(S) 4T2g(G), 4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D), 4Eg(D) Với bước sóng 452, 425, 385, 360 nm Lực trường tinh thể, lượng biểu diễn hình 16, 17,25, 26, 29, 30, 33, 34, 37, 38 - Nhóm vật liệu Silicate, có phổ PLE PL hình 46, dịch chuyển từ A1(S) 4T2g(G), 4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D),.Trong dịch chuyển từ 6A1(S) 4T2g(G) yếu, với bước sóng khoảng 428, 413, 360nm Lực trường tinh thể, lượng biểu diển hình 47, 48 SVTH: Lê Ngọc Liêm 41 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường - Vật liệu CaSiO3: Mn2+ có phổ PLE hình 49 Các dịch chuyển từ 6A1(S) 4T1g(G), 4T2g(G), 4A1g’ 4Eg(G), 4T2g(D), 4Eg(D) với bước sóng 502, 421, 409, 357, 322 nm Lực trường tinh thể, lượng biểu diễn hình 50, 51 Phổ PL nhóm vật liệu dịch chuyển từ T1g(G) 6A1(S) Đối với Aluminate cho phổ có Em khoảng 510-515 nm, với Silicate cho phổ có Em khoảng từ 585-600nm Thảo luận : Với kết thu tác giả nhận thấy nhóm vật liệu có phổ PLE giống nhau, bước chuyển đặc trưng ion Mn2+ mạng 6A1(S)  A1g’ 4Eg(G) cho cường độ lớn nhất, ứng với bước sóng khoảng 425nm nhóm Aluminate, khoảng 409 đến 420nm nhóm Silicate Vậy để đo phổ PL nhóm vật liệu Aluminate pha tạp ion Mn2+ bước sóng kích thích tốt khoảng 425nm, nhóm Silicate pha tạp ion Mn2+ bước sóng kích thích tốt khoảng 409-420nm Với nhóm mạng Silicate trường tinh thể lớn nhóm Aluminate, nên phổ PL có dạng phổ đám, cơng tua lớn Các mẫu 1, 2, 3, 4, 5, mạng Spinel có ZnO, nên Mn2+ chủ yếu vào thay Zn2+ trường tứ diện Đặc biệt mẫu mẫu mạng khơng hồn tồn giống nhau, đo máy khác phổ lại chồng khít Mẫu mẫu dạng phổ hoàn toàn nhau, Mn2+ chủ yếu vào thay Ba2+ trường tứ diện Lực trường tinh thể nhóm mạng Spinel gần Vì bán kính ion, khoảng cách từ tâm đến đỉnh tứ diện, bán kính obitan, điện tích mẫu gần Hướng nghiên cứu tương lai -Khảo sát bước sóng hấp thụ ion Mn4+ trường tinh thể khác - Tính lại thông số Racah B cho trường khác -Nghiên cứu cấu trúc mạng Spinel thuận đảo -Tính lực trường tinh thể lý thuyết SVTH: Lê Ngọc Liêm 42 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường TÀI LIỆU THAM KHẢO Andre Bleise, Holger Winkler and Thomas Jüstel On the Luminescence of Mn4+ and Mn2+, University of Applied Sciences Münster, Stegerwaldstraße 39, D48565 Steinfurt, Germany G.Blasse, et al Luminescent Materials Ignacio Hernández and Fernando Rodríguez, 2007 New pressure-induced photoluminescence phenomena in Mn2+ and Cr3+ materials Lê Chí Kiên, 2006 Liên kết hóa học phức chất NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2006.Tr 30 – 89 Nguyễn Ngọc Trung Phương pháp phân tích phổ sử dụng q trình nghiên cứu vật liệu phát quang Shi Ye, Xiao-Ming Wang, and Xi-Ping Jingz, 2008 Energy Transfer among Ce3+, Eu2+, and Mn2+ in CaSiO3 Journal of The Electrochemical Society, 155 -6J143-J147 -2008 Sung Hoon Lee, Je Hong Park, Boo Won Park, Nam Sik Choi, Kwang Il Seo and Jong Su Kim, 2007 White-Light-Emitting (Ca, Sr, Ba)MgSi2O6 : Eu, Mn Phosphor Pumped by Using an Ultraviolet LED Journal of the Korean Physical Society, Vol 53, No 5, November 2008, pp 2458_2461 Võ Thị Thanh Trúc, 2011 Nghiên cứu chế tạo vật liệu phát xạ màu lục BaMgAl10O17 phương pháp sol-gel Vũ Xuân Quang, 2012 Quang phổ tâm điện tử vật rắn 10 Yukito Tanabe and Satoru Sugano, 1954 On the absorption spectra of complex Ions Journal of the physical society of Japan Vol.9,No.5 SVTH: Lê Ngọc Liêm 43 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường SVTH: Lê Ngọc Liêm 44 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường access control cardencoded SVTH: Lê Ngọc Liêm 45 ... “ Nghiên cứu lượng kích thích ion Mn nhóm vật liệu Aluminate Silicate? ?? Mục đích, đối tượng, nội dung, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích, đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Mục đích nghiên cứu. .. để đo phổ PL nhóm vật liệu Aluminate pha tạp ion Mn2 + bước sóng kích thích tốt khoảng 425nm, nhóm Silicate pha tạp ion Mn2 + bước sóng kích thích tốt khoảng 409-420nm Với nhóm mạng Silicate trường... Các mẫu vật liệu Aluminate, Silicate pha tạp ion Mn2 + 2.2 Nội dung nghiên cứu -Tìm hiểu tổng quan lý thuyết tượng phát quang đặc trưng quang phổ vật liệu Aluminate, Silicate pha tạp ion Mn2 + -