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 ĈҤ,+Ӑ&Ĉ¬1Ҹ1* 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0 +2$9Ұ7/é KHẽA LUN TT NGHI3,+& NGơ1+63+0 97/ộ WjL : 1*+,ầ1&811*/1*.ậ&+7+ậ&+&$ 1+ẽ097/,811$/80,1$7(9ơ6 Người hướng dẫn: 1JX\ӉQ9ăQ &ѭӡQJ Người thực hiện: /r1JӑF/LrP Ĉj1̽QJWK i ng 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 '$1+0& +ẻ1+99ơ 7+ Hỡnh 1: chuyn di phỏt x v khơng 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, OEx OEm 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, OEx OEm 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, OEx OEm mẫu Hình 31: Phổ PLE mẫu Hình 32: Phổ PL mẫu Hình 33: Giản đồ T-S mẫu Hình 34: Mức lượng, OEx OEm mẫu Hình 35: Phổ PLE mẫu Hình 36: Phổ PL mẫu Hình 37: Giản đồ T-S Mẫu Hình 38: : Mức lượng, OEx OEm 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, OEx OEm mẫu Hình 49: Phổ PLE mẫu 12 Hình 50: Giản đồ T-S Mẫu 12 Hình 51: Các mức lượng, OEx OEm mẫu 12 SVTH: Lê Ngọc Liêm iv Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường 0Ө&/Ө C 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 &+ѬѪ1*7Ә1*48$19ӄ0$1*$19¬6Ӵ7È& 2+ /ѬӦ1*&Ӫ$,210Q 7521*75ѬӠ1*7,1+7+ӆ 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 3+Ҫ17+Ӵ&1*+,ӊ0 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 không 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 ӂ748Ҧ9¬7+Ҧ2/8Ұ1 41 Kết : .41 Thảo luận : .42 Hướng nghiên cứu tương lai 42 7¬,/,ӊ87+$0.+Ҧ2 43 SVTH: Lê Ngọc Liêm Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Văn Cường 0ӢĈҪ8 7tQKFҩSW KLӃWFӫDÿӅWjL /tGRFKӑQÿӅWjL Vật liệu phát quang lĩnh vực đời sớm đến ngày với phát triển khoa học cơng nghệ có bước tiến nhảy vọt Từ ứng dụng thực tiễn lĩnh vực chiếu sáng đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LED (Light emitting diode) lĩnh vực hiển thị hình phẳng, hình Plasma PDPs (Plasma display panels) , vật liệu phát quang ln đóng vai trị quan trọng Và với phát triển không ngừng, nhiều vật liệu phát quang đời với đặc tính tốt nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao xã hội Hiện có nhiều cở sở đào tạo, nhiều nhà nghiên cứu nước tập trung vào lĩnh vực Theo hướng nghiên cứu vật liệu phát quang , nhà khoa học quan tâm đến họ vật liệu Aluminate, Silicate pha tạp nguyên tố đất ion kim loại chuyển tiếp.Với ưu điểm ion kim loại chuyển tiếp, đặc biệt với đặc tính đa hóa trị ion Mn phát quang ion Mn2+ phụ thuộc vào độ mạnh yếu trường tinh thể, cho màu sắc khác nhau.Với nhiều phịng thí nghiệm việc trang bị máy quang phổ đo phổ kích thích cịn khó khăn, việc tìm lượng kích thích tối ưu cho ion Mn giúp tiết kiệm thời gian, vật chất cho cán phịng thí nghiệm quang phổ, với sinh viên nghiên cứu lĩnh vực Với lý trên, chọn đề tài : “ 1JKLrQFͱX năQJO ˱ͫQJNtFKWKt ´ LRQ0QWURQJQKyPY̵WOL͏XQ͉Q$OXPLQDWH 0өFÿtFKÿ ӕLWѭӧQJQӝLGXQJQKLӋPYөYjSK 0өFÿtFKÿӕLWѭӧQJQJKLrQFӭX 0өFÿtFKQJKLrQFӭXFӫDÿӅWjL 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 ĈӕLWѭӧQJQJKLrQFӭX 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+ 1ӝLGXQJQJKLrQFӭX -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 thông qua phép đo để từ giải thích chế phát quang vật liệu đưa bước sóng kích thích phù hợp 1KLӋPYөQJKLrQFӭX - 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 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭX - 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 3+Ҫ17Ә1*48$1/é7+8