Nghiên cứu ảnh hưởng của zno và cao lên phổ phát quang của mn trong vật liệu phát quang nhóm zn ca sio3 và zn ca al2o4

Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - HỒ THỊ PHƯƠNG THANH Nghiên cứu ảnh hưởng ZnO CaO lên phổ phát quang Mn vật liệu phát quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 (Zn,Ca)Al2O4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SƯ PHẠM VẬT LÝ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý MỞ ĐẦU Nhìn lại lịch sử phát quang, nhận thấy rõ để có loại ánh sáng nay, người cần nhiều ngàn năm để hiểu định luật thiên nhiên cho việc phát minh sáng tạo Cuối kỷ thứ 19, Thomas Edison tạo cách mạng "ánh sáng" qua phát minh hồn thiện bóng đèn phát quang nhờ ánh sáng điện trở làm nóng lên có dịng điện chạy ngang Sự phát quang đèn nê-ông thủy ngân cách mạng "ánh sáng" lần thứ hai nhờ vào học lượng tử Màn hình tivi dùng cực cathode phát triển dựa vào nguyên tắc phát quang Sự đời đèn LED đưa đến cáo chung đèn bóng Edison Đèn LED có kích thước nhỏ, tiêu hao lượng, hiệu suất phát quang lớn tuổi thọ dài Đèn LED có hiệu suất lớn đèn bóng dây tóc 10 lần có tuổi thọ kéo dài gấp xấp xỉ 100 lần so với đèn bóng Đèn LED ứng dụng tượng quang phát quang Chính hiếu kỳ với nhu cầu loài người nguyên nhân thúc đẩy người nghiên cứu tượng quang phát quang _Photoluminescence (PL) Vật liệu phát quang chất aluminate silicate pha tạp Mn nhà khoa học ý đến vài thập niên gần phịng thí nghiệm vật lý Đại học Sư Phạm Đà Nẵng có nghiên cứu pha tạp ion Mn2+ lên vật liệu canxi aluminate, kẽm aluminate, canxi silicate, kẽm silicate Câu hỏi đặt kẽm oxit canxi oxit ảnh hưởng lên phổ phát quang Mn vật liệu aluminate silicate Chính từ câu hỏi tơi tiến hành khảo sát ảnh hưởng kẽm oxit canxi oxit lên phổ phát quang Mn vật liệu phát quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 (Zn,Ca)Al2O4 Đó lý mà chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng ZnO CaO lên phổ phát quang Mn vật liệu phát quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 (Zn,Ca)Al O4” Mục đích đề tài tìm hiểu ảnh hưởng kẽm oxit canxi oxit lên phổ phát quang Mn vật liệu phát quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 (Zn,Ca)Al2O4 cách khảo sát tỉ lệ chất vật liệu cho phổ phát quang cao nhất, hiệu ứng gồm màu gì, khoảng bước sóng Để đạt mục đích đề tài trên, tơi chế tạo nhóm vật liệu (Zn,Ca)SiO3 (Zn,Ca)Al2O4 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn, thay đổi GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý tỉ lệ chất Có nhiều hướng nghiên cứu khác hai nhóm vật liệu này, thân tơi tập trung nghiên cứu phổ quang phát quang mẫu tỉ lệ chất khác hai hệ mẫu Sau nghiên cứu lý thuyết phát quang tài liệu tham khảo ứng dụng vật liệu phát quang, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm bao gồm chế tạo mẫu thuộc nhóm vật liệu canxi kẽm silicate canxi kẽm aluminate với nồng độ Mn tỉ lệ chất khác nhau, tiến hành đo phổ quang phát quang chúng, sau đưa nhận xét từ phổ thu Đề tài đưa nhận xét kết luận phổ phát quang ion Mn ứng với tỉ lệ chất vật liệu (Zn,Ca)SiO3 (Zn,Ca)Al2O4, xác định hiệu ứng gồm màu gì, bước sóng nào, số ưu tiên cho bước sóng nào, bước sóng ưu tiên đặc trưng ion Mn trường tinh thể Đề tài làm tài liệu tham khảo cho sinh viên nghiên cứu lý thuyết quang phát quang chế tạo tìm hiểu ảnh hưởng tỉ lệ chất vật liệu silicat aluminate lên phổ phát quang ion Mn Để có đóng góp trên, tơi xây dựng cấu trúc đề tài sau: GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN A: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1 Sự phát quang : Là phát sáng vật nhận kích thích ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, hồng ngoại, chùm điện tử,hoặc thực phản ứng hóa học hay tác dụng điện trường … 1.2 Quang phát quang (Photoluminescence) 1.2.1 Định nghĩa Quang phát quang (Viết tắt : PL) phát quang vật vật nhận kích thích quang (ví dụ laser, led, tia tử ngoại, …) Theo Vavilôp, hiệ n ợ tư ng phát quang hiệ n ợ tư ng chất phát quang phát xạcòn ố dư i với bứ đ c xạnhiệ t ờng hợp mà trư xạcòn kéo dài khoảng thời gian 10 -16 (s) lớn dư 1.2.2 Nguyên tắc bố trí hệ đo quang phát quang Mơ hình đo phổ quang phát quang thể hình sau: Hình 1.1 Sơồbố đtrí thí nghiệ m đo ổph quang phát quang Từ hình vẽ xác định nguyên tắc đo phổ phát quang gồm bước sau: - Bước 1: Chiếu chùm sáng kích thích (Ví dụ : laser) vào mẫu, vị trí chiếu ánh sáng kích thích xảy tượng phát quang - Bước 2: Dùng thấu kính hội tụ để hội tụ chùm phát quang - Bước 3: Chùm phát quang hội tụ cho qua quang phổ kế GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp - Khoa Vật Lý Bước 4: Cuối cùng, photodetector phát photon thu biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Tín hiệu điện vào khuyếch đại nối với máy tính ta thu phổ phát quang hình máy tính GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU 2.1 Canxi oxit Hình 1.2 : Trật tự nguyên tử Ca O tinh thể CaO Canxi oxit oxit canxi, sử dụng rộng rãi Nó có phân tử gam 56,1 g/mol, hệ số giãn nở nhiệt 0,148 , nhiệt độ nóng chảy 2572 °C Điểm sơi 2850 °C Canxi oxit chất rắn có dạng tinh thể màu trắng chất ăn da, có tính kiềm Canxi oxit thơng thường sản xuất cách phân hủy nhiệt (nung nóng) loại vật liệu tự nhiên đá vơi khống chất chứa canxi cacbonat (CaCO3 ) Quá trình diễn CaCO3 bị nung nóng tới nhiệt độ khoảng 900°C, q trình mà người ta cịn gọi nung vơi, để loại bỏ cacbon đioxit theo phản ứng hóa học khơng thuận nghịch Các nhiệt độ thấp tạo phản ứng thuận nghịch, cho phép vật liệu bị nung thành CaO tái hấp thụ CO2 xung quanh để trở thành CaCO3 2.2 Kẽm oxit Kẽm nguyên tố kim loại, kí hiệu Zn nằm vị trí thứ 30 bảng hệ thống tuần hoàn Kẽm, phương diện đó, có tính chất hóa học giống với magiê, ion chúng có bán kính giống có trạng thái oxi hóa thơng thường +2 Ở điều kiện thường kẽm oxit có dạng bột trắng mịn, nung 300 C, chuyển sang màu vàng (sau làm lạnh trở lại màu trắng) Kẽm oxit hấp thụ tia cực tím ánh sáng có bước sóng nhỏ 366nm Khi đưa vào mạng tinh thể kẽm oxit lượng nhỏ kim loại hóa trị I hóa trị III trở thành chất bán dẫn Kẽm oxit có khối lượng phân tử 81,38 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 1975 0C ZnO chất lưỡng tính, nhiệt độ cao khoảng 1975 0C, ZnO bị phân hủy theo phương trình phản ứng sau: GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2ZnO2Zn+O2 2.3 Nhôm oxit Nhôm oxit hợp chất hóa học nhơm oxi với cơng thức hóa học Al2O3 Nó cịn biết đến với tên gọi aluminate ngành khai khoáng, gốm sứ khoa học vật liệu Nó có hệ số giãn nở nhiệt 0.063, nhiệt độ nóng chảy 2054°C Các loại đá quý hồng ngọc xaphia chủ yếu nhôm oxit, màu chúng tạp chất gây Nhôm oxit lớp bảo vệ cho nhơm kim loại chống lại tác động ăn mịn khơng khí Nhơm kim loại chất hoạt động hóa học mạnh với oxi khơng khí nhanh chóng tạo lớp mỏng nhơm oxit bề mặt Lớp nhôm oxit vững chắc, khơng cho khơng khí thẩm thấu qua nhơm khơng bị oxy hóa tiếp Nhơm oxit chất cách nhiệt cách điện tốt Trong dạng tinh thể, gọi corunđum thích hợp để sử dụng vật liệu mài mòn thành phần thiết bị cắt Tháng năm 2004, nhà khoa học Hoa Kỳ phát triển kỹ thuật để tạo hợp kim aluminate nguyên tố đất để sản xuất thủy tinh gọi aluminate suốt Nhôm oxit thành phần vật liệu gốm aluminate, thuộc nhóm lưỡng tính Chất nằm nguồn như: caolanh, đất sét, fenspat, aluminate vơi hóa, aluminate ngậm nước Do aluminate có nhiệt độ nóng chảy cao, vật liệu gốm sứ aluminate giữ 90% độ bền 1100 °C dùng để chế tạo chi tiết cần có tính chịu nhiệt 2.4 Silic đioxit Ngun tố silic, ký hiệu hoá học Si, khối lượng nguyên tử 28,09, số thứ tự bảng hệ thống tuần hoàn 14, thuộc phân nhóm nhóm IV Trong thiên nhiên silic tồn dạng hợp chất : SiO2 (chẳng hạn cát, thạch anh, dilatômit dạng SiO2 vơ định hình) dạng muối axit silicic (các silicat) Phổ biến thiên nhiên aluminôsilicat, nghĩa silicat mà thành phần có nhơm Chẳng hạn mica, cao lanh Silic đioxit chất dạng tinh thể, nóng chảy 1713 oC, không tan nước GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2.5 Sơ lược ion kim loại chuyển tiếp Mn 2.5.1 Lý thuyết ion Mn2+ Nguyên tố Mn nằm vị trí 25 bảng hệ thống tuần hồn Cấu hình điện tử Mn2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 Hình 1.3 Giản ồđ Tanabe –Sugano cho cấu hình d Các mức 3d ion Mn2+ bị tách mức trường tinh thể Ion Mn2+ phát xạ tương ứng với dịch chuyển T1 → 6A1 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2.5.2 Lý thuyết ion Mn4+ Cấu hình điện tử Mn4+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 Hình 1.4 Giản ồđ Tanabe –Sugano cho cấu hình d Ion Mn4+ phát xạ tương ứng với dịch chuyển dịch chuyển 2E → 4A2 gồm vạch nhọn nằm vùng màu đỏ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN B: THỰC NGHIỆM Vật liệu (Ca,Zn)SiO3 1.1 Chế tạo mẫu (Ca,Zn)SiO3 Mẫu vật liệu (Ca,Zn)SiO3 chế tạo theo tỉ lệ chất khác từ hỗn hợp CaCO3, Zn(CH3COO)2.2H2O, SiO2 pha tạp MnCO3 , nghiền Bảng 2.1: Danh sách mẫu (Ca,Zn)SiO3 STT Tên Nhóm (Ca,Zn)SiO3 %Mn Nhiệt độ nung 01 A1 0,45 :0,45 :1,1 0,7 1000 0C/2 02 B1 0,5 :0,2 :1,6 0,45 + 1200 0C/4 03 A3 0,5 :0,5 :1 0,7 04 A1 0,45 :0,45 :1,1 0,3 05 A3 0,5 0,3 06 A1 0,45 :0,45 :1,1 0,3 07 A2 0,55 :0,55 :0,9 0,3 08 B3 0,55 :0,45 :1 0,3 09 A1 0,45 :0,45 :1,1 0,3 10 7.1 A2 0,55 :0,55 :0,9 0,3 11 8.1 B3 0,55 :0,45 :1 0,3 12 9.1 A1 0,45 :0,45 :1,1 0,3 13 11.1 B3 0,6 :0,4 :1 0,3 14 12 A1 0,4 :0,4 :1,2 0,3 15 13 B1 0,55 :0,4 :1,05 0,3 16 14 B2 0,6 :0,5 :0,9 0,3 17 15 B1 0,5 :0,45 :1,05 0,3 18 16 B2 0,6 :0,45 :0,95 0,3 19 17 B2 0,6 :0,55 :0,85 0,3 20 18 A2 0,6 :0,6 0,3 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn :0,5 :1 :0,8 10 1200 0C/6 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2.2.5 Mẫu Ca 0,6 Zn0,1 (Al2 O4)1,3 : 0,7% Mn a Mẫu Ca0,6 Zn0,1 (Al O4)1,3 : 0,7% Mn nung yếm khí Ca0,6Zn0,1(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn yÕm khÝ C- êng ®é (count.) 80000 60000 40000 20000 450 540 630 720 B- í c sãng(nm) Hình 2.19 PhổPL mẫu Ca 0,6 Zn0,1(Al2O3)1,3 : 0,7% Mnợc đư nung yế m khí Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 tỉ lệ 0,6:0,1:1,3 phát quang bước sóng 640nm, 654nm, 663nm_ màu đỏ, cường độ phát quang 654nm cao GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 32 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý b Mẫu Ca0,6 Zn0,1 (Al O4)1,3 : 0,7% Mn nung khơng khí yếm khí C- êng ®é (count.) 60000 40000 20000 540 630 720 B- í c sãng(nm) Ca0,6Zn0,1(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn yÕm khÝ kh«ng khÝ Hình 2.20 PhổPL mẫu Ca 0,6Zn 0,1(Al2O4)1,3 : 0,7% Mnợc đư nung khơng khí yế m khí Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 tỉ lệ 0,6:0,1:1,3 nung khơng khí yếm khí phát quang bước sóng 640nm, 654nm, 663nm_ màu đỏ, cường độ phát quang 654nm cao nhất; nhiên mẫu nung yếm khí cho hiệu ứng tốt mẫu nung khơng khí GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 33 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2.2.6 Mẫu Ca 0,7 Zn0(Al2O4)1,3 : 0,7% Mn a Mẫu Ca0,7 Zn0(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn nung yếm khí C- êng ®é (count.) Ca0,7Zn0,0(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn yÕm khÝ 10000 480 560 640 720 B- í c sãng(nm) Hình 2.21 PhổPL mẫu Ca 0,7 Zn0 (Al2 O4)1,3 : 0,7% Mnợc nung đư yế m khí Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 tỉ lệ 0,7:0:1,3 phát quang khoảng bước sóng 545nm_ màu xanh bước sóng 640nm, 654nm, 663nm_ màu đỏ, số bước sóng cho hiệu ứng màu đỏ cường độ phát quang 654nm cao nhất; cường độ hiệu ứng màu xanh cao hẳn cường độ hiệu ứng màu đỏ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 34 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý b Mẫu Ca0,7 Zn0(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn nung khơng khí yếm khí C- êng ®é (count.) Ca0,7Zn0,0(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn yÕm khÝ kh«ng khÝ 10000 480 560 640 720 B- í c sãng(nm) Hình 2.22 PhổPL mẫu Ca 0,7Zn 0Al2O4 : 0,7% Mnợc đư nung khơng khí yế m khí Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 tỉ lệ 0,7:0:1,3 nung khơng khí yếm khí phát quang khoảng bước sóng 545nm_ màu xanh bước sóng 640nm, 654nm, 663nm_ màu đỏ, số bước sóng cho hiệu ứng màu đỏ cường độ phát quang 654nm cao nhất; cường độ hiệu ứng màu xanh cao hẳn cường độ hiệu ứng màu đỏ; nhiên mẫu nung yếm khí cho hiệu ứng tốt mẫu nung khơng khí GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 35 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 60000 2.2.7 Phổ PL hệ mẫu (Ca,Zn)Al2O4 : 0,7% Mn nung yếm khí a Đối với hiệu ứng màu xanh C- êng ®é (count.) 50000 40000 30000 20000 10000 500 550 600 B- í c sãng (nm) (Ca,Zn)Al2O4 :0,7% Mn (yÕm khÝ) 0,7 :0 : 1,3 ( x 5) 0,6 :0,1 : 1,3 0,5 :0,2 : 1,3 0,2 :0,5 : 1,3 ( x 4) 0,1 :0,6 : 1,3 ( x 3) :0,7 : 1,3 ( x 2) Hình 2.23 PhổPL hệmẫu (Ca,Zn)Al2O4 : 0,7% Mn nung yế m khí cho hiệ u ứng màu xanh GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 36 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh 650 Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: x Về hiệu ứng màu xanh, tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2 O4 tỉ lệ chất khác phát quang màu xanh hai bước sóng 510nm, 545nm, cường độ phát quang vật liệu có tỉ lệ chất khác khác x Tâm quang Mn trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 cho hiệu ứng màu xanh khoảng bước sóng 510nm tốt tỉ lệ chất 0: 0,7:1,3 x Tâm quang Mn trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 cho hiệu ứng màu xanh khoảng bước sóng 545nm tốt tỉ lệ chất 0,7: 0:1,3 x Tâm quang Mn trường tinh thể Cax Zn0,7-x (Al2 O4)1,3 x≠ cho hiệu ứng màu xanh khoảng bước sóng 510nm tốt bước sóng 545nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 37 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 80000 b Đối với hiệu ứng màu đỏ 70000 C- êng ®é (count.) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 600 650 700 B- í c sãng(nm) (Ca,Zn)Al 2O4 yÕm khÝ 0,7 :0 : 1,3 (x 5) 0,6 :0,1 : 1,3 0,5 :0,2 : 1,3 (x 1/3) 0,2 :0,5 : 1,3 (x 4) 0,1 :0,6 : 1,3 (x 3) :0,7 : 1,3 (x 2) Hình 2.24 PhổPL hệmẫu (Ca,Zn)Al2O4 : 0,7% Mn nung yế m khí cho hiệ u ứng màuỏ đ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 38 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh 75 Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: x Về hiệu ứng màu đỏ, tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2 O4 tỉ lệ chất khác phát quang màu đỏ năm bước sóng 640nm, 654nm, 663nm, 677nm, 693nm cường độ phát quang vật liệu có tỉ lệ chất khác khác x Tâm quang Mn trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 cho hiệu ứng màu đỏ khoảng bước sóng 654nm tốt nhất, với tỉ lệ chất 0,5: 0,2:1,3 x Tâm quang Mn trường tinh thể Ca0 Zn0,7 (Al2O4)1,3 cho hiệu ứng màu đỏ khoảng bước sóng 693nm tốt x Tâm quang Mn trường tinh thể Ca0,7 Zn0 (Al2O4)1,3 cho hiệu ứng màu đỏ khoảng bước sóng 654nm tốt c Đối với hiệu ứng màu xanh hiệu ứng màu đỏ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 39 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 80000 70000 C- êng ®é (count.) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 500 550 600 650 700 B- í c sãng (nm) (Ca,Zn)Al 2O4 yÕm khÝ 0,7 :0 : 1,3 ( x 5) 0,6 :0,1 : 1,3 0,5 :0,2 : 1,3 ( x 1/3) 0,2 :0,5 : 1,3 ( x 4) 0,1 :0,6 : 1,3 ( x 3) :0,7 : 1,3 ( x 2) Hình 2.25 PhổPL hệmẫu (Ca,Zn)Al2O4 : 0,7% Mn nung yế m khí GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 40 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh 750 Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: x Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2 O4 tỉ lệ chất khác phát quang khoảng bước sóng 510nm, 545nm_ màu xanh bước sóng 640nm, 654nm, 663nm, 677nm, 693nm_ màu đỏ x Với tỉ lệ chất 0: 0,7:1,3 trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4, tâm quang Mn cho hiệu ứng màu xanh (ở khoảng bước sóng 510nm) tốt hẳn hiệu ứng màu đỏ x Với tỉ lệ chất 0,7: 0:1,3 trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4, tâm quang Mn cho hiệu ứng màu xanh (ở khoảng bước sóng 545nm) tốt hiệu ứng màu đỏ x Tâm quang Mn trường tinh thể CaxZn0,7-x (Al2O4 )1,3 với x≠ 0, cho x tăng từ đến 0,7 cường độ phát quang hiệu ứng màu xanh hiệu ứng màu đỏ không tăng (hoặc giảm) cách tuyến tính x Với tỉ lệ chất 0,5: 0,2:1,3 cường độ phát quang tâm quang Mn trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 tốt nhất, cho hiệu ứng màu đỏ khoảng bước sóng 654nm GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 41 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2.2.8 PhổPL hệmẫu (Ca,Zn)Al2O4 : 0,7% Mn đư ợc nung khơng khí yế m khí 80000 70000 C- êng ®é (count.) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 500 550 600 650 700 B- í c sãng (nm) (Ca,Zn)Al 2O4 nung kh«ng khÝ (Ca,Zn)Al 2O4 yÕm khÝ 0,7 :0 : 1,3 ( x 5) 0,7 :0 : 1,3 ( x 5) 0,6 :0,1 : 1,3 0,6 :0,1 : 1,3 0,5 :0,2 : 1,3 ( x 1/3) 0,5 :0,2 : 1,3 ( x 1/3) 0,2 :0,5 : 1,3 ( x 4) 0,2 :0,5 : 1,3 ( x 4) 0,1 :0,6 : 1,3 ( x 3) 0,1 :0,6 : 1,3 ( x 3) :0,7 : 1,3 ( x 2) :0,7 : 1,3 ( x 2) Hình 2.26 PhổPL hệmẫu (Ca,Zn)Al2O4 : 0,7% Mn đư ợc nung khơng khí yế m khí GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 42 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh 750 Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 nung khơng khí yếm khí x Đều phát quang khoảng bước sóng 510nm, 545nm_ màu xanh bước sóng 640nm, 654nm, 663nm, 677nm, 693nm_ màu đỏ x Dạng phổ phát quang hai mẫu có tỉ lệ chất giống giống x Mẫu nung yếm khí cho hiệu ứng tốt mẫu nung khơng khí GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 43 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu ảnh hưởng ZnO CaO lên phổ phát quang Mn vật liệu phát quang nhóm (Ca,Zn)SiO3và (Ca,Zn)Al2O4 tơi đưa đến kết luận sau : Đối với trường tinh thể polysilicat (Ca,Zn)SiO3 (4 kết luận) Tâm quang Mn với nồng độ trường tinh thể polysilicat (Ca,Zn)SiO3 phát quang yếu, cho loại hiệu ứng: màu xanh (ở khoảng bước sóng 525nm) màu cam (ở khoảng bước sóng 580nm, 590nm) với tỉ lệ chất khác cường độ hiệu ứng khác Hiệu ứng màu xanh_ 525nm thể đặc trưng ion Mn2+ trường tinh thể Zn2SiO4 Hiệu ứng màu cam _ 580nm, 590nm thể đặc trưng ion Mn2+ trường tinh thể CaSiO3 Trường polysilicat (Ca,Zn)SiO3 không ổn định Trong số 27 mẫu chế tạo có mẫu có hiệu ứng phát quang yếu Vì ảnh hưởng ZnO CaO lên phổ phát quang Mn vật liệu phát quang nhóm (Ca,Zn)SiO3 cần nghiên cứu sâu với nhiều mẫu thực nghiệm Đối với trường tinh thể polyaluminate (Ca,Zn)Al O4 (10 kết luận) Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trường tinh thể (Ca,Zn)Al2 O4 tỉ lệ chất khác phát quang cho loại hiệu ứng: màu xanh (ở khoảng bước sóng 510nm, 545nm) màu đỏ (ở bước sóng 640nm, 654nm, 663nm, 677nm, 693nm), với tỉ lệ chất khác cường độ hiệu ứng khác Hiệu ứng màu xanh_ 510nm thể đặc trưng ion Mn2+ trường tinh thể ZnAl2O4 Hiệu ứng màu xanh_ 545nm thể đặc trưng ion Mn2+ trường tinh thể CaAl2O4 Hiệu ứng màu đỏ_654nm, 683nm, 693nm thể đặc trưng ion Mn4+ trường tinh thể ZnAl2O4 Trong bước sóng này, bước sóng 693nm thể hiệu ứng rõ GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 44 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý Hiệu ứng màu đỏ_640nm, 654nm, 663nm, 677nm, 693nm thể đặc trưng ion Mn4+ trường tinh thể CaAl2O4 Trong bước sóng này, bước sóng 654nm thể hiệu ứng rõ Với tỉ lệ chất 0: 0,7:1,3 trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4, tâm quang Mn cho hiệu ứng màu xanh (ở khoảng bước sóng 510nm) cao hẳn hiệu ứng màu đỏ Vậy trường tinh thể Zn0,7 (Al2 O4)1,3 ion Mn2+ cho hiệu ứng cao ion Mn4+ Với tỉ lệ chất 0,7: 0:1,3 trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4, tâm quang Mn cho hiệu ứng màu xanh (ở khoảng bước sóng 545nm) tốt hiệu ứng màu đỏ Vậy trường tinh thể Ca0,7 (Al2O4)1,3 ion Mn2+ cho hiệu ứng cao ion Mn4+ Khi cho x tăng từ đến 0,7 trường tinh thể CaxZn0,7-x (Al2 O4)1,3 tâm quang Mn cho cường độ phát quang hiệu ứng màu xanh hiệu ứng màu đỏ không tăng (hoặc giảm) cách tuyến tính Hiệu ứng màu đỏ cao với tỉ lệ chất (Ca,Zn)Al2O4 0,5: 0,2:1,3 khoảng bước sóng 654nm Hiệu ứng màu xanh cao với tỉ lệ chất (Ca,Zn)Al2 O4 0: 0,7:1,3 khoảng bước sóng 510nm So sánh hai hiệu ứng cường độ hiệu ứng màu đỏ cao cường độ hiệu ứng màu xanh 10 Tâm quang Mn trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 nung yếm khí cho hiệu ứng màu xanh lẫn màu đỏ tốt mẫu nung khơng khí Trong mơi trường nung yếm khí tâm phát quang chủ yếu Mn2+, cịn mơi trường nung khơng khí tâm phát quang chủ yếu Mn4+ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Thanh Khẩn(2008), Chếtạo vật liệ u CaAl2O4 Khảo sát ảnh ởng hư ion Mn 2+ lên phổphát quang cuảvật liệ u này, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 45 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Khoa Vật Lý [2] Nguyễn Mạnh Sơn, Lê Văn Tuất(2007) , “Các nghiên ứu phát quang củ ca vật liệ u aluminate pha tạp nguyên tốđất hiế m”, Đại học Huế [3] Nguyễn Thành Nhân(2010), Nghiên cứu sựkhác phổphát quang ion Mn2+ mạng chủAluminate Silicate, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng [4] Phan Văn Thích (1972), Hiệ n ợ tư ng huỳ nh quang kỹthuật phân tích huỳ nh quang, Đại học tổng hợp Hà Nội Tiếng Anh [5] G.Blasse,B.C.Grabmaier(Spring 1994), Luminescent Materials, Verlag Berlin Heidelberg 2+ phosphor used in [6] M C Parmar al.et (6/2009),“Role of in Zn 2SiO SiO : Mn optoelectronic , Indian Journal materials” of Engineering & Materials Sciences, Vol 6, tr 185 – 187 GVHD: Lê Văn Thanh Sơn 46 SVTH: Hồ Thị Phương Thanh ... 0,5 Ca = Zn >0,5 Si >∑ (Ca +Zn) Si =∑ (Ca +Zn) Si Zn B1 B3 B2 Ca > Zn Ca > Zn Ca > Zn Si >∑ (Ca +Zn) Si =∑ (Ca +Zn) Si