Khảo sát quá trình truyền năng lượng từ eu2 sang mn2 trong mạng nền silicate

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ BÍCH LỰU Đề tài: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TỪ Eu2+ SANG Mn2+ TRONG MẠNG NỀN SILICATE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà nẵng, năm 2017 I ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ BÍCH LỰU Đề tài: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TỪ Eu2+ SANG Mn2+ TRONG MẠNG NỀN SILICATE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên Ngành: Vật Lý Học Khóa học: 2013-2017 Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Thanh Sơn Đà nẵng, năm 2017 II LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q Thầy Cơ, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, tơi xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Vật Lý – Trường Đại Học Sư Phạm tạo điều kiện cho tơi thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Th.S Lê Văn Thanh Sơn, quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn thời gian qua Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song lần đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi sai xót định mà thân chưa thấy Tôi mong nhận góp ý q thầy bạn để khóa luận hồn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà ẵng, N ngày 20, tháng 5, năm Sinh viên thực Nguyễn Thị Bích Lựu I 2017 MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Hiện tượng phát quang 1.2 Cơ chế phát quang 1.3 Phân loại dạng phát quang 1.3.1 Phân loại theo tính chất động học q trình xảy 1.3.2 Phân loại theo phương pháp kích thích 1.3.3 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau ngừng kích thích 1.3.4 Phân loại theo cách thức chuyển dời từ trạng thái kích thích trạng thái 1.4 Các định luật tượng phát quang 1.4.1 Định luật khơng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích 1.4.2 Định luật stock- Lomen 1.4.3 Định luật đối xứng gương phổ hấp thụ phổ phát quang 1.5 Hiện tượng dập tắt nồng độ trình phát quang 1.6 Sự phát quang phosphor tinh thể 1.6.1 Thành phần cấu tạo phosphor tinh thể 1.6.2 Phổ hấp thụ phosphor tinh thể 1.6.3 Phổ phát xạ phosphor tinh thể[ 10 1.6.4 Sự liên hệ phổ hấp thụ phổ phát xạ 10 1.6.5 Ảnh hưởng tác nhân bên vào thành phần phổ xạ 11 1.7 Sự truyền lượng 12 1.7.1 Hiện tượng truyền lượng 12 1.7.2 Sự truyền lượng tâm không giống 13 1.8 Tổng quan ion đất 14 1.8.1 Sơ lược nguyên tố đất 14 1.8.2 Chuyển dời quang học Eu2+ 16 II 1.9 Tổng quan lý thuyết kim loại chuyển tiếp 17 1.9.1 Sơ lược ion kim loại chuyển tiếp 17 1.9.2 Sơ lược ion Mn2+ (d5) 18 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Chế tạo mẫu 20 2.1.1 Các mẫu chế tạo 20 2.1.2 Các phương pháp đo 21 2.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu CaSiO3 22 2.3 Phổ kích thích mẫu CaSiO3 đồng pha tạp ion Eu2+ Mn2+ 23 2.4 Các khảo sát quang phổ thảo luận kết 23 2.4.1 Phổ phát quang mẫu 1: CaSiO3: Eu2O3, 5% MnCl2.4H2O ứng với bước sóng kích thích 350 nm 23 2.4.2 Phổ phát quang mẫu 2: CaSiO3: 0,5% Eu2O3, 5% MnCl2.4H2O ứng với bước sóng kích thích 350 nm 24 2.4.3 Phổ phát quang mẫu 3: CaSiO3: 1% Eu2O3, 5% MnCl2.4H2O ứng với bước sóng kích thích 350 nm 25 2.4.4 Phổ phát quang mẫu 4: CaSiO3: 1.5% Eu2O3, 5% MnCl2.4H2O ứng với bước sóng kích thích 350 nm 26 2.4.5 Khảo sát phổ quang phát quang CaSiO3 đồng pha tạp ion Eu2+ ion Mn2+ thay đổi nồng độ Eu2+ 28 2.4.6 Sự truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ mạng CaSiO3 29 2.4.7 Tọa độ so màu mẫu CaSiO3 đồng pha tạp Eu2+, Mn2+ thay đổi nồng độ Eu2+ ứng với bước sóng kích thích 350 nm 30 KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 33 III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Các chữ viết tắt PL : Quang phát quang (Photoluminescence) PLE : Phổ kích thích (Photoluminescence Excitation) RE : Đất (Rare earth) RE3+ : Ion đất hóa trị TL : Nhiệt phát quang (Thermoluminescence) UV : Tia tử ngoại LED : Điốt phát quang Các ký hiệu E : Năng lượng kích hoạt k : Hằng số Bolztman Dq : Thông số tách trường tinh thể B : Thông số lực đẩy điện tử Oem : Bước sóng xạ Oex : Bước sóng kích thích ߬ : Thời gian sống huỳnh quang ο‫ܧ‬ : Năng lượng dập tắt nhiệt Rc : Khoảng cách tâm tới hạn IV DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Nhóm vật liệu Silicate đồng pha tạp Eu2+, Mn2+ DANH MỤC HÌNH HÌNH Hình 1.1 NỘI DUNG HÌNH VẼ Các chuyển dời lượng trình huỳnh quang (a) lân quang (b) Hình 1.2 Phổ xạ phosphor tinh thể Hình 1.3 Q trình kích thích gián tiếp qua phần tử nhạy sáng S để truyền lượng cho tâm A TRANG 10 13 Hình 1.4 Giản đồ mức lượng Dieke 16 Hình 1.5 Sơ đồ mức lượng ion Eu2+ 17 Hình 1.6 Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d5 18 Hình 2.1 Phổ nhiễu xạ mẫu CaSiO3 22 Hình 2.2 Phổ PLE mẫu CaSiO3:0.5% Eu2+, 5% Mn2+ (λEM =600 nm) 23 Hình 2.3 Phổ phát quang mẫu M1 24 Hình 2.4 Phổ phát quang mẫu M2 25 Hình 2.5 Phổ phát quang mẫu M3 26 Hình 2.6 Phổ phát quang mẫu M4 27 Hình 2.7 Phổ phát quang CaSiO3: Eu2+, Mn2+ thay đổi nồng độ Eu2+ V 28 Hình 2.8 Sự chồng phổ phổ kích thích Mn2+ với phổ phát xạ Eu2+ Hình 2.10 29 Tọa độ so màu mẫu CaSiO3: Eu2+, Mn2+ thay đổi nồng độ Eu2+ ứng với bước sóng kích thích 350 nm VI 30 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Các vật liệu phát quang quan tâm nhiều nhà khoa học nước giới cho nhiều mục đích ứng dụng khác như: laze, dẫn sóng, kỹ thuật chiếu sáng, hiển thị, trang trí, Đặc biệt, kỹ thuật chiếu sáng hiển thị, vật liệu phát quang đóng vai trị quan trọng việc chế tạo loại đèn huỳnh quang, đèn LED, loại đèn chiếu sáng có hiệu suất cao, tiết kiệm lượng gây nguy hại cho sức khỏe người 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 tính đa hóa trị Mn ion phát quang Mn2+ phụ thuộc vào độ mạnh yếu trường tinh thể cho màu khác nên ion Mn2+ nhà khoa học quan tâm Truyền lượng phương pháp chế tạo vật liệu phát quang có màu sắc mong muốn Đó phương pháp sử dụng hệ thống vật liệu phát quang biết để chế tạo chất phát quang chế truyền lượng Sự truyền lượng nghiên cứu nhiều thời gian gần đặc biệt từ Ce3+ sang Mn2+ mạng chủ CaSiO3 tiềm ứng dụng chúng việc làm led trắng Ce3+, Mn2+ hấp thụ ánh sáng tử ngoại đặc biệt gần vùng tử ngoại vài mạng chủ Mn2+ phát xạ ánh sáng đỏ qua truyền lượng Dựa vấn đề nghiên cứu, đề tài muốn khảo sát xem có truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ vật liệu Silicate không ? Trên sở tơi chọn đề tài “KHẢO SÁT Q TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TỪ Eu2+ SANG Mn2+ TRONG VẬT LIỆU NỀN SILICATE” Mục đích nghiên cứu - Khảo sát phổ vật liệu Silicate đồng pha tạp Eu2+, Mn2+ - Khảo sát truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ - Kiểm tra xem thay đổi nồng độ Eu2+ ảnh hưởng đến phổ phát quang vật liệu Silicate Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập tổng hợp tài liệu lý thuyết phát quang đặc trưng quang phổ vật liệu Silicate đồng pha tạp Mn2+, Eu2+ - 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 phục vụ cho trình chế tạo mẫu thực phép đo - Nghiên cứu, tìm hiểu khả ứng dụng hướng phát triển vật liệu - Xử lý số liệu thực nghiệm, viết hồn chình đề tài, bảo vệ đề tài Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan lý thuyết tượng phát quang đặc trưng quang phổ ion Eu2+, Mn2+ - Khảo sát đặc trưng quang phổ vật liệu chế tạo thông qua phép đo để từ giải thích chế phát quang vật liệu từ chọn vật liệu có cường độ bước sóng thích hợp Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu - Lý thuyết phát quang, lý thuyết kim loại chuyển tiếp, ion đất - Đối tượng nghiên cứu: Ion đất hiếm: Eu2+, ion kim loại chuyển tiếp: Mn2+, mạng chủ CaSiO3 5.2 Phạm vi nghiên cứu - Chế tạo vật liệu huỳnh quang khảo sát truyền lượng từ ion Eu2+ sang ion Mn2+ mạng chủ CaSiO3 Phương pháp nghiên cứu - Tiến hành chế tạo mẫu vật liệu phương pháp phản ứng pha rắn - Đo phổ PLE (Photoluminescence Excitation), phổ PL (Photoluminescence) - Sử dụng phần mềm chuyên dụng để xử lý số liệu KẾT LUẬN Sau nghiên cứu đề tài rút số nhận xét sau: - Đối với vật liệu CaSiO3 đồng pha tạp Eu2+ Mn2+, Eu2+ đóng vai trò tâm tăng nhạy tâm phát quang Mn2+ giúp tăng cường độ phát quang vật liệu - Khi có đồng pha tạp Eu2+ chế truyền lượng phát quang từ Eu2+ đến Mn2+, điều làm tăng hiệu suất cường độ phát quang mẫu rõ rệt - Từ khảo sát phổ kích thích phổ phát quang mẫu đồng pha tạp ion Eu2+, Mn2+ với Eu2+ nồng độ thay đổi Mẫu đồng pha tạp ion Eu2+, Mn2+ kích thích bước sóng 350 nm phát xạ màu đỏ cam ứng dụng làm vật liệu chế tạo Led trắng Mặc dù cố gắng nhiều làm đề tài hạn chế điều kiện thời gian nghiên cứu nên chắn không tránh khỏi hạn chế, khiếm khuyết bất cập định.Vì vậy, tơi mong nhận chia sẻ động viên ý kiến đóng góp q báu thầy bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Phan Văn Thích,“hiện tượng huỳnh quang kỹ thuật phân tích huỳnh quang”, ĐH Tổng hợp Hà Nội(1973) [2] Phạm Nguyễn Thùy Trang, Nguyễn Mạnh Sơn, Nguyễn Quang Liêm (2017), “Chế tạo tính chất quang phổ vật liệu BaMgAl10O17: Eu2+, Mn2+” Tài liệu tiếng anh [3].G.Blasse, B.C.Grabmaier, Luminescent Materials, New York (1994) [4].Gerhard Heinrich Dieke, Spectra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals , Hardcover – February 29, 1968 [5].Shi Ye, et Al,“Energy transfer among Ce3+, Eu2+and Mn2+ in CaSiO3”, Journalf The Electrochemical Society, 155 (6) (2008) J143-J147 [6].S.W.S.McKeever, Thermoluminecence of solids, Oklahoma State University,(1988) [7].Yen William M.Shionoya Shigeo, Yamamoto Hajime, “Fundamentals of Phosphors”, CRC Press(2007) [8].Yukito Tanabe Satoru Sugano, "On the absorption spectra of complex ions", Department of Physics, University of Tokyo (1954) 32 Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Nhận xét: Ý kiến: (Đánh dấu X vào ô lựa chọn) Đồng ý thông qua báo cáo Không đồng ý thông qua báo cáo Đà ẵng, N ngày…tháng….n NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Th.S Lê Văn Thanh Sơn 33 ... SÁT Q TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TỪ Eu2+ SANG Mn2+ TRONG VẬT LIỆU NỀN SILICATE? ?? Mục đích nghiên cứu - Khảo sát phổ vật liệu Silicate đồng pha tạp Eu2+ , Mn2+ - Khảo sát truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ ... vài mạng chủ Mn2+ phát xạ ánh sáng đỏ qua truyền lượng Dựa vấn đề nghiên cứu, đề tài muốn khảo sát xem có truyền lượng từ Eu2+ sang Mn2+ vật liệu Silicate khơng ? Trên sở tơi chọn đề tài “KHẢO SÁT... TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ BÍCH LỰU Đề tài: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TỪ Eu2+ SANG Mn2+ TRONG MẠNG NỀN SILICATE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên Ngành: Vật Lý Học Khóa học: