Khảo sát đặc trưng phát quang của vật liệu nền aluminate khi đồng pha tạp ion ce3 mn2 và ce3 tb3

LỜI CẢM ƠN Khơng có thành cơng đến từ cá nhân, bên cạnh nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu thân, giúp sức q thầy bạn bè đóng phần khơng nhỏ Tơi cảm kích trước nhiệt tình hỗ trợ Đầu tiên tơi xin gửi lời cảm ơn đến khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện cho tơi thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy khoa Vật lý tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng tơi kiến thức bổ ích quý báu suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo Th.s Lê Văn Thanh Sơn, người tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cuối tơi xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln quan tâm, động viên tạo điều kiện tốt cho suốt q trình học tập hồn thành khóa luận Mặc dù cố gắng hồn thành đề tài khóa luận phạm vi khả cho phép chắn tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đóng góp bảo quý thầy cô, bạn sinh viên để khóa luận hồn chỉnh Đà Nẵng, tháng năm 2017 Sinh viên thực Hà Thị Hiếu I DANH MỤC HÌNH ẢNH STT Tên hình vẽ Trang Hình 1.1: Cơ chế phát quang cưỡng Hình 1.2: Sơ đồ chế phát quang Hình 1.3: Cơ chế phát quang nguyên tử Hình 1.4: Cơ chế phát quang phân tử Hình 1.5: (a): Sự truyền lượng tâm S A có khoảng cách R (trên) Sơ đồ mức lượng Hamiltonian tương tác( dưới), 10 (b): Sự che phủ phổ Hình 2.1: Phổ xạ phosphor tinh thể 13 Hình 2.2: Chuyển động điện tử tinh thể 15 Hình 3.1: Vị trí kim loại chuyển tiếp bảng tuần hồn Mendeleev 18 Hình 3.2: Hình ảnh quặng Mangan 19 10 Hình 3.3: Giản đồ lượng Tanabe – Sugano cho cấu hình d5 19 11 Hình 3.4: Giãn đồ Dieke ion đất 22 12 Hình 3.5: Các vịng trịn cấu hình điện tử Ce 23 13 Hình 3.6 : Sơ đồ mức lượng giản hóa ion Ce3+ 23 14 Hình 3.7: Vịng trịn cấu hình điện tử Tb 24 15 Hình 3.8 Sơ đồ mức lượng giản hóa Tb3+ 25 II STT Tên hình vẽ Trang 16 Hình 4.1: Hệ đo FL3 -22 28 17 Hình 4.2: Phổ PLE mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ cho ߣEm 28 = 380 nm 18 Hình 4.3 Phổ PL mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ cho ߣEx = 29 330 nm 19 Hình 4.4: Phổ PLE CaAl2O4: Mn2+ (ߣEm = 545 nm) 30 phổ PL CaAl2O4: Ce3+ (ߣEx = 330 nm) 20 Hình 4.5: Phổ phát xạ mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+, 31 x%Mn2+ với ߣEx =330 nm 21 Hình 4.6 Phổ PLE mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ 32 λem =410 nm 22 Hình 4.7 Phổ PL mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ λex = 320nm 33 23 Hình 4.8 Phổ PLE mẫu BaAl2O4: 1%Tb3+ cho 34 ߣEm = 543nm 24 Hình 4.9: Phổ PLE mẫu BaAl2O4: 1%Tb3+ với ߣEm 35 = 543nm (a) Phổ PL mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ với ߣEx = 320 nm (b) 25 Hình 4.10: Phổ phát xạ mẫu vật liệu BaAl2O4: 1% Tb3+ , x% Ce3+ (λEx = 320 nm) III 36 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu: Nhiệm vụ nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: .2 Phương pháp nghiên cứu: .2 NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan tượng phát quang 1.1.1 Vật liệu phát quang .3 1.1.2 Hiện tượng phát quang 1.1.3 Phân loại dạng phát quang .4 1.1.4 Cơ chế phát quang 1.1.5 Sự truyền lượng 10 1.2 Sự phát quang Phosphor tinh thể .11 1.2.1 Thành phần cấu tạo Phosphor tinh thể 11 1.2.2 Phổ hấp thụ phosphor tinh thể .12 1.2.3 Phổ xạ phosphor tinh thể 13 1.2.4 Sự liên hệ phổ hấp thụ phổ xạ 13 1.2.5 Bản chất phát quang phosphor tinh thể .14 1.3 Tổng quan kim loại chuyển tiếp nguyên tố đất .17 1.3.1 Lý thuyết kim loại chuyển tiếp 17 1.3.2 Sơ lược nguyên tố đất 20 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM .26 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 26 2.2 Phương pháp đo .27 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ .28 3.2 Phổ PLE CaAl2O4: 1%Mn2+ (ɉ Em= 545 nm) phổ PL CaAl2O4: 1%Ce3+ (ɉ Ex = 330 nm) 29 IV 3.3 Phổ phát quang nhóm vật liệu CaAl2O4 đồng pha tạp ion Ce3+ Mn2+ 31 3.4 Mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ .32 3.5 Phổ kích thích (PLE) mẫu BaAl2O4: 1%Tb3+ λem = 543nm 33 3.6 Phổ kích thích BaAl2O4: 1% Tb3+ phổ phát xạ mẫu BaAl2O4: 1% Ce3+ 34 3.7 Phổ phát quang nhóm vật liệu BaAl2O4 đồng pha tạp ion Ce3+ Tb3+ 35 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 V MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Vật liệu phát quang đời từ sớm đóng vai trị vơ quan trọng đời sống, từ ứng dụng lĩnh vực chiếu sáng đèn huỳnh quang, đèn LED (Light emiting diode) lĩnh vực điện tử, truyền thông hay đo xạ….Với khoa học kĩ thuật nói chung kĩ thuật hiển thị, kĩ thuật chiếu sáng nói riêng có phát triển vượt bật, thiết bị đại đời hình hiển thị từ loại CRT (màn huỳnh quang ống phóng tia cathode tác động vào điểm ảnh để tạo phản xạ ánh sáng) đến loại LCD (Liquid Crystal Display), PDP-Plasma,… Chính thành tựu tiền đề cho nhà khoa học không ngừng nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang có đặc điểm trội hơn, tiết kiệm lượng thân thiện với môi trường Theo hướng nghiên cứu vật liệu phát quang, nhà khoa học quan tâm đến nhóm vât liệu Aluminate đồng pha tạp nguyên tố đất ion kim loại chuyển tiếp Các ion kim loại chuyển tiếp có nhiều ưu điểm, có đặc điểm phát quang phụ thuộc vào độ mạnh yếu trường tinh thể màu sắc phát quang khác nhau, nhờ ion Mn2+ nhà khoa học quan tâm Với điều kiện phịng thí nghiệm chun đề trường Đại học Sư Phạm- Đại học Đà Nẵng, muốn tìm hiểu đặc trưng phổ phát quang ion đất Ce3+, Tb3+ Ce3+, Mn2+ pha tạp Chính lý trên, chọn đề tài: “Khảo sát đặc trưng phát quang vật liệu Aluminate đồng pha tạp ion Ce3+/Mn2+ Ce3+/Tb3+” Mục đích nghiên cứu: + Tìm hiểu lý thuyết phát quang + Kiểm tra xem thay đổi nồng độ Ce3+ Tb3+ ảnh hướng đến phổ phát quang vật liệu Aluminat? + Kiểm tra tỉ lệ nồng độ Ce3+ Tb3+ để tạo hiệu suất phát quang cao + Kiểm tra xem thay đổi nồng độ Ce3+ Mn2+ ảnh hướng đến phổ phát quang vật liệu Aluminat? + Kiểm tra tỉ lệ nồng độ Ce3+ Mn2+ để tạo hiệu suất phát quang cao Nhiệm vụ nghiên cứu: + Nghiên cứu vấn đề lí luận phát quang + Nghiên cứu vật liệu Aluminat, nguyên tố đất (Ce3+ Tb3+), kim loại chuyển tiếp Mn + Nghiên cứu thực nghiệm: + Chế tạo mẫu + Tiến hành đo nghiệm thu kết Đối tượng phạm vi nghiên cứu: + Đối tượng nghiên cứu: vật liệu aluminat, ion đất Ce3+ Tb3+, ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ + Phạm vi nghiên cứu: đặc trưng phát quang vật liệu Aluminat đồng pha tạp ion Ce3+ Tb3+ Mn2+ Phương pháp nghiên cứu: + Nghiên cứu tài liệu tham khảo + Chế tạo mẫu vật liệu phát quang điều kiện phịng thí nghiệm + Đo phổ phát quang mẫu vật liệu phát quang + Xử lý số liệu NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan tượng phát quang 1.1.1 V̵t li͏ u phát quang Trong tự nhiên nhân tạo có nhiều chất có khả hấp thụ lượng từ bên ngồi, sau phát lượng dạng xạ ánh sáng Q trình mơ tả sau: 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 1.1.2 Hi͏ QW˱ ͫng phát quang Người ta tiến hành thí nghiệm: chiếu tia tử ngoại (UV) có bước sóng λ vào dung dịch rượu fluorêxêin dung dịch phát ánh sáng màu xanh lục nhạt có bước sóng λ’ (λ’ > λ); phát sáng 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 có màu xanh lục, ánh sáng tồn lâu sau ngừng kích thích Hiện tượng tương tự xảy với nhiều chất rắn, lỏng khí khác đồng thời với tác nhân kích thích khác Chúng có tên chung tượng phát quang (Luminescence) Như vậy, xạ quang học chất phát quang sau kích thích gọi tượng phát quang Sự phát quang kích thích nhiều loại lượng thông thường nằm vùng quang học, nghĩa vùng từ tử ngoại đến hồng ngoại Tuy nhiên, dùng xạ hạt để kích thích phát quang xạ nằm vùng tử ngoại Bên cạnh xạ phát quang cịn có xạ khác xạ nhiệt, ánh sáng phản xạ khuếch tán chiếu vật nguồn sáng bên ngoài…Các loại xạ nằm vùng quang học xạ phát quang Vì việc nhận xạ phát quang gặp nhiều khó khăn Một định nghĩa khác tượng phát quang theo Vavilôp: “Hi͏ QW˱ ͫng phát quang hi͏ QW˱ ͫng ch̭t phát quang phát bͱc x̩FzQG˱ÿ ͙i vͣi bͱc x̩ nhi͏ WWURQJWU˱ ͥng hͫp mà bͱc x̩FzQG˱ÿyNpRGjLWURQJ ̫ng thͥi gian 10-16 (s) ho̿c lͣQK˯Q ” [1] 1.1.3 Phân lo̩i d̩ng phát quang 1.1.3.1 Phân lo̩i theo tính ch̭Wÿ ͡ng h͕c cͯa nhͷng trình x̫y ch̭t phát quang - Phát quang tâm bất liên tục: loại phát quang mà trình diễn biến từ hấp thụ lượng 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 tương tác tâm liên tục ảnh hưởng mơi trường bên ngồi chúng nói chung không đáng kể Do vậy, đặc trưng loại phát quang khả phát quang trình xảy nội tâm phát quang quy định mà khơng có tham gia tác nhân bên - Phát quang tái hợp: Là loại phát quang q trình chuyển hóa lượng kích thích sang xạ quang học có tham gia tồn chất phát quang Trong trường hợp vị trí kích thích khơng trùng với vị trí xạ Sự trao đổi lượng từ vị trí kích thích đến vị trí xạ phải qua trình trung gian Những trình liên quan đến dịch chuyển hạt mang điện (điện tử, lỗ trống hay ion) tiến triển qua số giai đoạn 1.1.3.2 Phân lo̩i theo thͥi gian phát quang kéo dài sau ngͳng kích thích Người ta phân loại tượng phát quang thành loại: trình huỳnh quang (Fluorescence) trình lân quang (Phosphorescence) + Quá trình huỳnh quang xạ xảy sau ngừng kích thích suy giảm khoảng thời gian pico – giây (10-12 s) Hiện tượng xảy phổ biến hầu hết vật liệu phát quang dạng chất lỏng, chất khí số chất rắn Huỳnh quang phát quang phân tử hấp thụ lượng dạng nhiệt (phonon) dạng quang (photon) Ở trạng thái So, phân tử hấp thụ lượng từ mơi trường bên ngồi chuyển thành lượng electron, nhận lượng electron chuyển lên mức lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích S*, trạng thái khơng bền, electron mau chóng nhường lượng dạng nhiệt để trạng thái kích thích lượng thấp ିଽ S*o, thời gian tồn electron mức lượng S*->S*o vào khoảng ͳͲ ିଵଶ đến ͳͲ (s), sau trạng thái kích thích S*o, electron lại lần phát lượng dạng photon để mức thấp hơn, tượng gọi huỳnh quang phân tử + Quá trình lân quang xạ suy giảm chậm, thời gian suy giảm kéo dài từ vài phút hàng tuần sau ngừng kích thích Hiện tượng xảy phổ biến vật liệu dạng rắn Lân quang hay gọi quang dạng phát quang, phân tử chất lân quang hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa lượng photon thành lượng electron số trạng thái lượng tử có mức lượng cao bền phân tử để sau electron chậm chạp rơi trạng thái lượng tử mức lượng thấp hơn, giải phóng phần lượng trở lại dạng photon 1.1.3.3 Phân lo̩i theo SK˱˯ ng pháp kích thích + Quang phát quang (Photoluminescence - PL): Kích thích chùm tia tử ngoại + Cathod phát quang (Cathodoluminescence - CAL): Kích thích chùm điện tử + Điện phát quang (Electroluminescence - EL): Kích thích hiệu điện + X – ray phát quang (X-ray luminescence - XL): Kích thích tia X + Hố phát quang (Chemiluminescence - CL): Kích thích lượng phản ứng hố học… + Phóng xạ phát quang (Radioluminescence – RL): kích thích tia phóng xạ tia Ƚǡ Ⱦǡ ɀ… 1.1.3.4 Phân lo̩i theo cách thͱc chuy͋ n dͥi tͳtr̩ng thái kích thích v͉tr̩ng WKiLF˯E ̫n cho bͱc x̩phát quang Theo cách thức chuyển dời từ trạng thái kích thích trạng thái người ta phân thành loại: + Phát quang tự phát: tâm xạ tự phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái để phát ánh sáng mà không cần chi phối yếu tố từ bên + Phát quang cưỡng (phát quang cảm ứng): phát quang xảy tâm xạ chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái nhờ tác động từ bên ngồi (ví dụ: ánh sáng nhiệt độ) Quá trình nhờ tăng nhiệt độ gọi cưỡng nhiệt hay nhiệt phát quang Phát quang cưỡng bao gồm hai giai đoạn: Giai đoạn chuyển điện tử từ mức siêu bền III lên mức kích thích II yếu tố tác dụng bên Giai đoạn chuyển từ mức kích thích thích II mức I CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 2.1 Quy trình chế tạo mẫu Nguyên liệu lấy từ hợp chất theo tỉ lệ chế tạo điều kiện phòng thí nghiệm trường Đại học Sư Phạm_Đại học Đà Nẵng Mẫu vật liệu gồm: + CaO.Al2O3 có pha tạp thêm ion đất Ce3+, Mn2+ theo tỉ lệ + BaO.Al2O3 có pha tạp thêm ion đất Ce3+, Tb3+ theo tỉ lệ Các bước trình chế tạo mẫu: Bước 1: Chuẩn bị khuôn Khuôn chén sứ rửa cho vào máy siêu âm sau sấy khơ tủ sấy nhiệt độ khoảng 50oC Bước 2: Cân nghiền hóa chất Các tiền chất cân cân điện tử có độ xác 0,001 gam Các mẫu vật liệu thành phần phần trăm mẫu thể rõ bảng 2.1 2.2 Tổng khối lượng hóa chất mẫu vật liệu gam Hóa chất sau cân xong nghiền mịn trộn cối sứ suốt Bảng 2.1 : Thông tin mẫu vật liệu Aluminate đồng pha tạp Ce3+ Mn2+ Mẫu vật liệu Tỉ lệ mol chất % nồng độ Ce3+: Mn2+ Điều kiện nung CaO.Al2O3: Ce3+ 1:1,1 1:0 1300oC 5h CaO.Al2O3: Mn2+ 1:1,1 0:1 1300oC 5h CaO.Al2O3.Ce3+: Mn2+ 1:1,1 1:0,5 1300oC 5h CaO.Al2O3.Ce3+: Mn2+ 1:1,1 1:1 1300oC 5h CaO.Al2O3.Ce3+: Mn2+ 1:1,1 1:1.5 1300oC 5h CaO.Al2O3.Ce3+: Mn2+ 1:1,1 1:2 1300oC 5h CaO.Al2O3.Ce3+: Mn2+ 1:1,1 1:2.5 1300oC 5h 26 Bảng 2.2: Thông tin mẫu vật liệu Aluminate đồng pha tạp Ce3+, Tb3+ Mẫu vật liệu Tỉ lệ mol chất % nồng độ Ce3+:Tb3+ Điều kiện nung BaO.Al2O3.Tb3+ 1:1,1 0:1 1300o C 5h BaO.Al2O3.Ce3+ 1:1,1 1:0 1300o C 5h BaO.Al2O3.Tb3+: Ce3+ 1:1,1 0.5:1 1300o C 5h BaO.Al2O3.Tb3+: Ce3+ 1:1,1 1:1 1300o C 5h BaO.Al2O3.Tb3+: Ce3+ 1:1,1 1.5:1 1300o C 5h Bước 3: Nung mẫu Hóa chất sau nghiền mịn cho vào cốc sứ cho vào lò điện nung nhiệt độ 1300oC giờ, để nguội tự nhiên vài Bước 4: Xử lí mẫu vật liệu Các mẫu sau làm nguội lấy khỏi cốc nung, nghiền mịn cho vào ống nhựa (ghi tên mẫu rõ ràng) để tiến hành đo phổ 2.2 Phương pháp đo Các mẫu làm cho nhiễu xạ tia X viện khoa học kỹ thuật quân Hà Nội Tiến hành đo phổ hệ FL3-22 trường Đại học Duy Tân- Đại học Đà Nẵng Hình 4.1: Hệ đo FL3 -22 27 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ * Phổ kích thích (PLE) mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ (ࣅEm= 380 nm) CaAl2O4: 1% Ce 3+ 200000 Intensity 150000 100000 50000 250 300 350 400 Wavelenght (nm) Hình 4.2: Phổ PLE mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ cho ࣅEm = 380 nm Hình 4.2 mơ tả phổ kích thích mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+ cho phát xạ tương ứng có đỉnh bước sóng ߣEm= 380 nm Từ hình 4.2 ta thấy phổ kích thích mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+ có dạng phổ đám, bước sóng kích thích nằm khoảng 270 đến 330 (nm) Trong đó, phổ kích thích bước sóng khoảng 330 nm có cường độ cao Từ phổ kích thích ta định chọn bước sóng kích thích λex = 330 (nm) để kích thích cho mẫu vật liệu CaAl2O4 có pha tạp ion Ce3+ * Phổ phát xạ (PL) mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ (ࣅEx = 330 nm) 28 CaAl2O4: 1% Ce 50000 3+ 40000 Intensity 30000 20000 10000 350 400 450 500 550 600 Wavelenght (nm) Hình 4.3 Phổ PL mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ cho ࣅEx = 330 nm Hình 4.3 mơ tả phổ phát xạ mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+ kích thích bước sóng ߣEx =330 nm Từ hình 4.2 ta thấy phổ phát xạ mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+ cho phổ phát xạ có dạng phổ đám (với đỉnh nằm khoảng bước sóng từ 370 ՜ 430 nm); tương ứng với mức chuyển dời từ 5d ՜ 4f 3.2 Phổ PLE CaAl2O4: 1%Mn2+ (ࣅEm= 545 nm) phổ PL CaAl2O4: 1%Ce3+ (ࣅEx = 330 nm) 29 (a) CaAl2O4: 1% Mn (b) CaAl2O4: 1% Ce 250000 2+ 3+ (a) 200000 Intensity 150000 100000 50000 (b) 250 300 350 400 450 500 550 600 Wavelenght (nm) Hình 4.4: Phổ PLE CaAl2O4: 1%Mn2+ (ࣅEm = 545 nm) (a) phổ PL CaAl2O4: 1%Ce3+ (ࣅEx = 330 nm) (b) Hình 4.4 mơ tả phổ phát xạ mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+ bước sóng kích thích ߣEx = 330 nm (b) phổ kích thích mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Mn2+ cho phổ phát xạ ߣEm = 545 nm (a) Phổ phát xạ mẫu pha 1% Ce3+ (khi kích thích bước sóng 330 nm) có dạng phổ đám với bước sóng khoảng từ 370 - 430 (nm) ứng với dịch chuyển từ 5d ՜4f Phổ phát xạ (b) cho ta thấy phổ kích thích mẫu CaAl2O4: 1% Mn2+ xuất đỉnh phát xạ tương ứng với dịch chuyển: 6A1(S)-4T1g(G) (λ=456 nm); 6A1(S)4T (G) (λ= 425 nm); 6A (S)-4T (D) (λ= 384 nm); 6A (S)-4E (D) (λ= 361 nm) 2g 2g g Trong đó, dịch chuyển 6A1 (S) ՜ 4T2g (G) ứng với đỉnh ߣ= 425 nm có cường độ mạnh Từ hình 4.4 ta thấy phần phổ phát xạ Ce3+ chồng lên phổ kích thích Mn2+ vật liệu Aluminate (CaAl2O4) có truyền lượng từ Ce3+ sang Mn2+ Phổ phát xạ Ce3+ vùng 370 ՜ 430 nm kích thích bước sóng 330 (nm) lúc đóng vai trị nguồn kích thích Mn2+ 30 3.3 Phổ phát quang nhóm vật liệu CaAl2O4 đồng pha tạp ion Ce3+ Mn2+ 3+ CaAl2O4: 1% Ce , 50000 3+ CaAl2O4: 1% Ce , 2.5% Mn 3+ CaAl2O4: 1% Ce , 2% Mn 3+ 3+ CaAl2O4: 1% Ce , 1% Mn 3+ 2+ 2+ CaAl2O4: 1% Ce , 0.5% Mn 30000 Intensity 2+ CaAl2O4: 1% Ce , 1.5% Mn 40000 2+ 2+ 20000 10000 350 400 450 500 550 600 650 700 Wavelenght (nm) Hình 4.5: Phổ phát xạ mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+, x%Mn2+ với ࣅEx =330 nm Hình 4.5 mơ tả phổ phát xạ mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+, x%Mn2+ với nồng độ Mn2+ thay đổi từ 0% đến 2.5% bước sóng kích thích ߣEx = 330 nm Từ hình 4.5 ta thấy bước sóng kích thích 330 nm, giữ ngun nồng độ Ce3+ thay đổi nồng độ Mn2+ phổ phát quang CaAl2O4 có hình dạng tương đối giống nhau, cường độ phổ khác - Vị trí đỉnh phổ thay đổi không đáng kể + Ce3+: phổ phát xạ có dạng phổ đám có đỉnh dịch chuyển khoảng bước sóng từ 370- 430 (nm) tương ứng với dịch chuyển 5d ՜ 4f + Mn2+: phổ phát xạ có dạng phổ đám có đỉnh ߣ= 545 (546) nm tương ứng với dịch chuyển từ 4T1(G) ՜6A1(S) - Cường độ phổ: 31 + Khi giữ nguyên nồng độ ion Ce3+ tăng dần nồng độ Mn2+ từ ՜ 2% cường độ phổ phát xạ Ce3+ giảm dần cường độ phổ phát xạ Mn2+ tăng dần + Cường độ phổ phát xạ Mn2+ đạt cực đại nồng độ pha tạp tương ứng là: 1%Ce3+: 2% Mn2+ Phổ phát xạ Mn2+ cao gần lần phổ phát xạ Ce3+ nên phát quang mẫu CaAl2O4: 1%Ce3+, 2%Mn2+ phát xạ Mn2+ chiếm ưu cho phát quang ánh sáng màu lục (xanh lá) + Khi tăng nồng độ Mn2+ lên 2.5% cường độ phổ phát xạ Ce3+ Mn2+ giảm cường độ phổ Ce3+ lại cao so với phổ phát xạ Mn2+ Như chứng tỏ có truyền lượng từ Ce3+ sang Mn2+ 3.4 Mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ * Phổ PLE mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ λem = 410nm BaAl2O4: 1% Ce 3+ 14000000 12000000 10000000 Intensity 8000000 6000000 4000000 2000000 200 300 400 Wavelength (nm) Hình 4.6 Phổ PLE mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ λem = 410nm Hình 4.6 mơ tả phổ kích thích mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ cho phát xạ bước sóng 410 (nm) Từ hình cho thấy phổ kích thích mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ λem = 410nm có dạng phổ đám với bước sóng khoảng 320 (nm) có cường độ mạnh Từ phổ kích thích ta định chọn bước sóng λex = 320 (nm) để kích thích cho mẫu vật liệu BaAl2O4 có pha tạp ion Ce3+ 32 * Phổ PL mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ λex = 320nm BaAl2O4: 1% Ce 12000000 3+ 10000000 Intensity 8000000 6000000 4000000 2000000 300 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) Hình 4.7 Phổ PL mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ λex = 320nm Hình 4.7 mô tả phổ phát xạ mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ kích thích bước sóng 320nm Từ hình cho thấy phổ phát xạ mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ λex = 320nm có dạng phổ đám với bước sóng nằm khoảng từ 370- 430 (nm) tương ứng với chuyển dời từ 5d ՜ 4f 3.5 Phổ kích thích (PLE) mẫu BaAl2O4: 1%Tb3+ λem = 543nm 33 1% Tb 3+ 20000000 F6- G6 18000000 16000000 14000000 Intensity 12000000 10000000 8000000 6000000 F6- D2 10 F6- L5 F6- G4 4000000 2000000 -2000000 300 400 Wavelength (nm) Hình 4.8 Phổ PLE mẫu BaAl2O4: 1%Tb3+ cho ࣅEm = 543nm Hình 4.8 mơ tả phổ kích thích mẫu vật liệu BaAl2O4: 1%Tb3+ ứng với xạ phát quang cho bước sóng ߣEm = 543 nm Từ hình 4.8 cho thấy phổ kích thích mẫu vật liệu BaAl2O4: 1%Tb3+ xuất đỉnh với dịch chuyển tương ứng là: 7F ՜ 5G6 ( 376 nm); 7F6 ՜ 10L5 ( 369 nm); 7F6 ՜ 5D2 ( 357 nm); 7F6 ՜ 5G4 ( 353 nm).Trong dịch chuyển 7F6 ՜ 5G6 (376 nm) có cường độ mạnh 3.6 Phổ kích thích BaAl2O4: 1% Tb3+ phổ phát xạ mẫu BaAl2O4: 1% Ce3+ 34 20000000 (a)BaAl2O4: 1% Ce 18000000 (b)BaAl2O4: 1% Tb 3+ 3+ 16000000 14000000 Intensity 12000000 10000000 8000000 6000000 (a) 4000000 (b) 2000000 -2000000 300 400 500 Wavelength (nm) Hình 4.9: Phổ PLE mẫu BaAl2O4: 1%Tb3+ với ࣅEm = 543nm (a) Phổ PL mẫu BaAl2O4: 1%Ce3+ với ࣅEx = 320 nm (b) Hình 4.9 mơ tả phổ kích thích mẫu BaAl2O4: 1%Tb3+ cho bước sóng phát xạ ߣEm = 543nm (a) phổ phát xạ mẫu vật liệu CaAl2O4: 1%Ce3+ kích thích bước sóng ߣEx = 320 nm (b) Từ hình ta thấy phần phổ phát xạ Ce3+ kích thích bước sóng 320 (nm) chồng lên phổ kích thích Tb3+ vật liệu Aluminate (BaAl2O4) có truyền lượng từ Ce3+ sang Tb3+ Phổ phát xạ Ce3+ vùng 370 ՜ 430 nm kích thích bước sóng ߣEx = 320 (nm) lúc đóng vai trị nguồn kích thích Tb3+ 3.7 Phổ phát quang nhóm vật liệu BaAl2O4 đồng pha tạp ion Ce3+ Tb3+ 35 3+ 3+ 3+ 3+ (a) BaAl2O4: 1% Tb , 0.5% Ce (b) BaAl2O4: 1% Tb , 1.5% Ce 35000 3+ (c) BaAl2O4: 1% Tb , 1% Ce 30000 3+ (a) 25000 Intensity D - F6 20000 10000 D - F5 15000 (c) 5000 D4 - F4 5D - 7F (b) 400 450 500 550 600 650 Wavelenght (nm) Hình 4.10: Phổ phát xạ mẫu vật liệu BaAl2O4: 1% Tb3+ , x% Ce3+ (λEx = 320 nm) Hình 4.10 mơ tả phổ phát xạ mẫu vật liệu BaAl2O4: 1% Tb3+ , x% Ce3+ với nồng độ Ce3+ thay đổi từ 0.5 ՜ 1.5% bước sóng kích thích 320 (nm) Từ hình 4.10, ta thấy bước sóng kích thích 320 (nm), phổ phát xạ BaAl2O4 với nồng độ Ce3+ thay đổi cho đỉnh phát xạ với cường độ phổkhác - Vị trí đỉnh phổ khơng có thay đổi: 5D4 ՜ 7F6 (λ= 489 nm); 5D ՜7F (λ= 543 nm); 5D4 ՜ 7F4 (λ= 587 nm); 5D4 ՜ 7F3 (λ= 613 nm) - Cường độ phát xạ: + Giữ nguyên nồng độ Tb3+ tăng nồng độ Ce3+ từ 0.5 ՜ 1% cường độ phát xạ tất đỉnh giảm, cường độ phát xạ λ= 489 nm giảm mạnh + Khi tăng từ 1%՜ 1.5% cường độ phổ phát xạ tất đỉnh λ= 489, λ= 543, λ= 587 λ= 613 (nm) tăng + Cường độ phát xạ đỉnh λ= 543 nm cao nồng độ Ce3+ 1.5% 36 - Từ phổ phát xạ cho thấy có truyền lượng từ Ce3+ sang Tb3+ không rõ ràng 37 KẾT LUẬN Trong q trình tìm hiểu thơng tin thực đề tài khóa luận em tìm hiểu lý thuyết phát quang Cũng chế tạo thành công mẫu vật liệu tinh thể Aluminate đồng pha tạp ion đất kim loại chuyển tiếp như: + CaO.Al2O3 1% Ce3+ , x% Mn2+ + BaO.Al2O3 x% Ce3+ , 1% Tb3+ ( chưa hoàn chỉnh) Từ kết phổ phát xạ nhóm vật liệu Canxi Aluminate đồng pha tạp ion Ce3+/ Mn2+ nhóm vật liệu Bari Aluminate đồng pha tạp ion Ce3+/ Tb3+ cho thấy có truyền lượng từ ion Ce3+ sang Mn2+ từ Ce3+ sang Tb3+ Tuy nhiên mẫu vật liệu Bari Aluminate đồng pha tạp Ce3+ Tb3+ q trình khơng rõ nên cần khảo sát thêm Nhờ truyền lượng mà làm tăng cường độ phát quang kéo dài thời gian phát quang vật liệu nên thích hợp việc chế tạo vật liệu lân quang cho phát xạ ánh sáng màu lục 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Văn Thích, Hi͏ n tuͫng huǤ nh quang kͿthu̵t phân tích huǤ nh quang, Ðại học tổng hợp Hà Nội, (1973) [2 ] Phạm Nguyễn Thùy Trang (2017), Luận án tiến sĩ vật lí chất rắn: ³&K ͇t̩o tính ch̭t quang ph͝cͯa v̵t li͏ u BaMgAl10O17: Eu2+, Mn2+´, Đại học Huế Tiếng Anh [3] G Blasse B C Grabmaier (1994), Luminescent Material, Berlin [4] Gerhard Heinrich Dieke, Maryland, Spectra and Energy levels of Rare Earth Ions in Crystals, The Jonhs Hopkins University Baltimor [5] Shi Ye, et al Energy transfer among Ce3+, Eu3+ and Mn2+ in CaSiO3, Journal of The Electrochemical Society, 155 (6) (2008) J143-J147 39 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét: (Về chất lượng khóa luận cần) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ý kiến: Đánh dấu (X) vào ô lựa chọn Đồng ý thông qua báo cáo Không đồng ý thông qua báo cáo Đà Nẵng, ngày….tháng năm 2017 NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) 40 ... tìm hiểu đặc trưng phổ phát quang ion đất Ce3+ , Tb3+ Ce3+ , Mn2+ pha tạp Chính lý trên, chọn đề tài: ? ?Khảo sát đặc trưng phát quang vật liệu Aluminate đồng pha tạp ion Ce3+ /Mn2+ Ce3+ /Tb3+ ” Mục... phổ phát xạ nhóm vật liệu Canxi Aluminate đồng pha tạp ion Ce3+ / Mn2+ nhóm vật liệu Bari Aluminate đồng pha tạp ion Ce3+ / Tb3+ cho thấy có truyền lượng từ ion Ce3+ sang Mn2+ từ Ce3+ sang Tb3+ ... tượng nghiên cứu: vật liệu aluminat, ion đất Ce3+ Tb3+ , ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ + Phạm vi nghiên cứu: đặc trưng phát quang vật liệu Aluminat đồng pha tạp ion Ce3+ Tb3+ Mn2+ Phương pháp nghiên