Chế tạo và nghiên cứu phổ hấp thụ của ion đất hiếm dy3 và ion mn2 trong cùng một vật liệu nền thủy tinh borate

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU PHỔ HẤP THỤ CỦA ION ĐẤT HIẾM Dy3+ VÀ ION Mn2+ TRONG CÙNG MỘT VẬT LIỆU NỀN THỦY TINH BORATE Người thực : NGUYỄN QUANG VŨ Lớp : 10SVL Khóa : 2010 – 2014 Ngành : SƯ PHẠM VẬT LÝ Người hướng dẫn : ThS LÊ VĂN THANH SƠN Đà Nẵng, 05/2014 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo khoa Vật Lý – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng tận tình dạy dỗ truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian em học tập rèn luyện trường Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Văn Thanh Sơn – cảm ơn thầy tận tình quan tâm , giúp đỡ, giải đáp thắc mắc tạo điều kiện thuận lợi cho em Nhờ đó, em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Tiếp đến, tơi xin gửi lời cảm ơn đến bạn em sinh viên nhóm nghiên cứu nhiệt tình tham gia nghiên cứu hỗ trợ suốt thời gian làm khóa luận Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình bạn bè giúp đỡ suốt thời gian học tập trường Đà Nẵng, ngày 19 tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Quang Vũ SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG 10 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 10 1.1 Tổng quan tượng phát quang 10 1.1.1 Hiện tượng phát quang 10 1.1.2 Phân loại tượng phát quang 10 1.1.3 Vật liệu phát quang 12 1.2 Lý thuyết kim loại chuyển tiếp ion đất 13 1.2.1 Sơ lược kim loại chuyển tiếp 13 1.2.2 Sơ lược ion đất 17 1.3 Tìm hiểu phổ hấp thụ 20 1.3.1 Hiện tượng hấp thụ 20 1.3.2 Cường độ hấp thụ 20 1.3.3 Các định luật hấp thụ 21 CHƢƠNG II: CHẾ TẠO MẪU VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 24 1.1 Các bước chế tạo mẫu 24 1.2 Các mẫu chế tạo 26 1.3 Các phương pháp đo 26 1.3.1 Nhiễu xạ tia X 26 1.3.2 Phổ huỳnh quang 27 1.3.3 Phổ huỳnh quang kích thích 27 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X 28 3.2 Kết đo phổ huỳnh quang kích thích 28 3.2.1 Mẫu 1: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Dy3+ 29 3.2.2 Mẫu 2: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Mn2+ 33 SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 3.2.3 Mẫu 3: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:1Dy3+.1Mn2+ 35 3.3 Kết đo phổ huỳnh quang 41 3.3.1 Mẫu 1: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Dy3+ 41 3.3.2 Mẫu 2: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Mn2+ 42 3.3.3 Mẫu 3: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:1Dy3+.1Mn2+ 43 3.4 Thảo luận kết 47 3.4.1 Phổ huỳnh quang kích thích 47 3.4.2 Phổ huỳnh quang 48 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Vị trí ngun tố kim loại chuyển tiếp hệ thống tuần hoàn Hình 1.2: Quặng Mangan 10 Hình 1.3: Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d5 11 Hình 1.4: Một mẫu Dysprosi 13 Hình 1.5: Giản đồ mức lượng Dieke 14 Hình 2.1: Cân điện tử 19 Hình 2.2: Cối sứ 19 Hình 2.3: Tủ sấy 20 Hình 2.4: Lị nung điện 20 Hình 2.5: Ảnh mẫu thủy tinh sau mài đánh bóng 21 Hình 2.6: Hệ phổ huỳnh quang QE65000 22 Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X 23 Hình 3.2: Phổ PLE mẫu ( Em  483nm ) 24 Hình 3.3: Giản đồ mức lượng Dy3+ mẫu (a) 25 Hình 3.4: Phổ PLE mẫu ( Em  575nm ) 26 Hình 3.5: Giản đồ mức lượng Dy3+ mẫu (b) 27 SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Hình 3.6: Phổ PLE mẫu ( Em  610nm ) 28 Hình 3.7: Giản đồ mức lượng Mn2+ mẫu 29 Hình 3.8: Phổ PLE mẫu ( Em  483nm ) 30 Hình 3.9: Giản đồ mức lượng Dy3+ mẫu (a) 31 Hình 3.10: Phổ PLE mẫu ( Em  575nm ) 32 Hình 3.11: Giản đồ mức lượng Dy3+ mẫu (b) 33 Hình 3.12: Phổ PLE mẫu ( Em  610nm ) 34 Hình 3.13: Giãn đồ mức lượng Mn2+ mẫu (c) 35 Hình 3.14: Phổ PL mẫu ( Ex  388nm ) 36 Hình 3.15: Phổ PL mẫu ( Ex  408nm ) 37 Hình 3.16: Phổ PL mẫu ( Ex  350nm ) 38 Hình 3.17: Phổ PL mẫu ( Ex  365nm ) 38 Hình 3.18: Phổ PL mẫu ( Ex  388nm ) 39 Hình 3.19: Phổ PL mẫu ( Ex  408nm ) 40 Hình 3.20: Phổ PL mẫu ( Ex  425nm ) 40 Hình 3.21: Phổ PL mẫu ( Ex  408nm ) ( Ex  425nm ) 41 SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 3.1: Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Dy3+ mẫu (a) 24 Bảng 3.2: Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Dy3+ mẫu (b) 26 Bảng 3.3: Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Mn2+ mẫu 28 Bảng 3.4: Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Dy3+ mẫu (a) 30 Bảng 3.5: Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Dy3+ mẫu (b) 32 Bảng 3.6: Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Mn2+ mẫu (c) 34 Bảng 3.7: Năng lượng (cm-1) đỉnh phổ hấp thụ Dy3+ mẫu (c) 35 SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu phát quang đời sớm chúng có mặt lĩnh vực đời sống, từ ứng dụng lĩnh vực chiếu sáng đèn huỳnh quang, đèn LED (Light emitting diode) lĩnh vực điện tử, truyền thông, đo xạ… Chính tiềm lớn chúng thúc đẩy người nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang với đặc tính tốt nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao xã hội Với thành công đạt nghiên cứu vật liệu phát quang, nhiều nhà nghiên cứu hướng đến số loại vật liệu mà tiêu biểu Borate pha tạp nguyên tố đất ion kim loại chuyển tiếp Vì Borate vật liệu quang học thích hợp, có độ truyền qua tốt, nhiệt độ nóng chảy thấp, có độ hịa tan lớn tạp đất Đã từ lâu đặc trưng phát quang ion Dy3+ nghiên cứu nhiều với tồn hai ánh sáng đơn sắc vùng vàng xanh kết hợp với đặc trưng phát quang Mn2+ vùng đỏ cam phù hợp cho việc chế tạo LED trắng dùng chiếu sáng Từ nghiên cứu trước điều kiện có phịng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, tiến hành chế tạo vật liệu thủy tinh Borate có pha tạp ion Dy3+, Mn2+ phát quang màu trắng mong muốn Sau chế tạo mẫu xong, tiến hành nghiên cứu, phân tích phổ ghi nhận vật liệu để tìm mẫu vật liệu thích hợp lượng kích thích (hấp thụ) tối ưu cho việc chế tạo LED trắng dùng chiếu sáng Chính lý mà tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu phổ hấp thụ ion đất Dy3+ ion Mn2+ vật liệu thủy tinh Borate” SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Mục đích đề tài Chế tạo vật liệu thủy tinh Borate pha tạp ion đất Dy3+ ion Mn2+ Khảo sát bước sóng hấp thụ ion Dy3+ ion Mn2+ vật liệu thủy tinh Borate thơng qua phổ huỳnh quang kích thích Phân tích phổ ghi nhận vật liệu để tìm mẫu vật liệu thích hợp lượng kích thích (hấp thụ) tối ưu cho việc chế tạo LED trắng dùng chiếu sáng Đối tƣợng nghiên cứu Lý thuyết phát quang, lý thuyết tượng hấp thụ Các mẫu vật liệu thủy tinh Borate pha tạp ion Dy3+ ion Mn2+ Nhiệm vụ nghiên cứu Tổng hợp kiến thức lý thuyết phát quang, vật liệu phát quang thủy tinh Borate Xác định phương pháp quy trình chế tạo vật liệu Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, hướng dẫn sử dụng thiết bị phục vụ cho trình chế tạo mẫu máy đo quang phổ Tìm hiểu khả ứng dụng vật liệu Xử lý số liệu thực nghiệm rút kết luận Phƣơng pháp nghiên cứu Chế tạo mẫu vật liệu phương pháp gốm Sử dụng phần mềm Origin để xử lý số liệu SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Thanh Sơn Cấu trúc nội dung đề tài - Phần mở đầu: Gồm trang giới thiệu chung khóa luận - Phần nội dung: Gồm chương Chương I: Tổng quan lý thuyết Chương II: Chế tạo mẫu nghiên cứu thực nghiệm Chương III: Kết thảo luận - Phần kết luận SVTH: Nguyễn Quang Vũ Trang ... tài Chế tạo vật liệu thủy tinh Borate pha tạp ion đất Dy3+ ion Mn2+ Khảo sát bước sóng hấp thụ ion Dy3+ ion Mn2+ vật liệu thủy tinh Borate thông qua phổ huỳnh quang kích thích Phân tích phổ ghi... hợp lượng kích thích (hấp thụ) tối ưu cho việc chế tạo LED trắng dùng chiếu sáng Chính lý mà chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu phổ hấp thụ ion đất Dy3+ ion Mn2+ vật liệu thủy tinh Borate? ?? SVTH: Nguyễn... hành chế tạo vật liệu thủy tinh Borate có pha tạp ion Dy3+ , Mn2+ phát quang màu trắng mong muốn Sau chế tạo mẫu xong, tơi tiến hành nghiên cứu, phân tích phổ ghi nhận vật liệu để tìm mẫu vật liệu