Hình 3.5. Phổ huỳnh quang đo tại nhiệt độ phòng với bước sóng kích thích 390nm
của mẫu ZnAl2O4:0,5%Co chế tạo bằng phương pháp sol-gel và thiêu kết tại
12000C trong môi trường không khí.
Hình 3.5 trình bày Phổ huỳnh quang đo tại nhiệt độ phòng của mẫu ZnAl2O4:0,5%Co chế tạo bằng phương pháp sol-gel và thiêu kết tại 12000C trong môi trường không khí. Kết quả cho thấy tồn tại một vùng phát xạ trong dải rộng với cường độ yếu xung quanh bước sóng 540nm và các đỉnh phát xạ sắc nhọn tại 665, 675, 686, 697, 708 và 718 nm. Trong đó nguồn gốc phát xạ xung quanh bước sóng 540nm được giải thích là do sai hỏng trong mạng nền. Hai đỉnh phát xạ 665nm và 675nm liên quan đến chuyển mức 4T1(4P)-4A2(4F) của ion Co2+. Trong khi các đỉnh 686, 697, 708 và 718 nm có nguyên nhân từ sự chuyển dời 4T2(4P)-4A2(4F) của ion Co2+.
Hình 3.6. Phổ kích thích huỳnh quang (PLE) đo tại đỉnh phát xạ 697nm của mẫu
ZnAl2O4:0,5%Co chế tạo bằng phương pháp sol-gel và thiêu kết tại 12000C trong môi trường không khí.
Hình 3.7. Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnAl2O4:x%Co (x=0,5-7%) chế tạo bằng phương pháp sol-gel và thiêu kết tại 12000C trong thời gian 2 giờ.
Phổ kích thích huỳnh quang (PLE) đo tại đỉnh phát xạ 697nm của mẫu ZnAl2O4:0,5%Co chế tạo bằng phương pháp sol-gel và thiêu kết tại 12000C trong môi trường không khí. Phổ PLE chứng tỏ rằng vật liệu chúng tôi chế tạo được hấp thụ tại các bước sóng 320nm, 388nm và 512nm. Trong đó sự hấp thụ mạnh nhất quan sát được tại bước sóng 388 nm. Đây là bước sóng chúng tôi sẽ sử dụng kích thích trong suốt quá trình nghiên cứu tính chất quang của loại vật liệu này.
Phổ huỳnh quang của các mẫu ZnAl2O4:x%Co với nồng độ pha tạp khác nhau từ 0,5-7% chế tạo bằng phương pháp sol-gel và thiêu kết tại 12000C trong thời gian 2 giờ, được trình bày trên hình 3.7. Kết quả cho thấy ở nồng độ pha tạp 0,5%Co, phổ huỳnh quang có cường độ mạnh nhất. Khi tăng nồng độ Co lơn hơn 0,5% cường độ huỳnh quang giảm dần. Điều này được lý giải như sau: ở nồng độ pha tạp đủ lớn, các ion Co pha tạp gần nhau, có thể dẫn đến sự truyền năng lượng giữa các ion Co với nhau và kết quả là giảm cường độ huỳnh quang. Hiện tượng này gọi là hiện tượng dập tắt huỳnh quang do nồng độ, và được mô tả như hình 3.8.
Hình 3.8. Hiện tường truyền năng lượng giữa các ion pha tạp và dẫn đến suy giảm
cường độ phát xạ của các mẫu (hiện tượng dập tắt huỳnh quang).
Ở các nghiên cứu về tính chất quang của vật liệu, hai yếu tố quan trọng được chú trọng là nhiệt độ thiêu kết và nồng độ pha tạp. Và thường thì nồng độ pha tạp tối ưu được tìm ra. Tuy nhiên, ở nghiên cứu này chưa tìm được nồng độ pha tạp tối ưu để cho cường độ phát quang mạnh nhất. Do đó, theo hướng nghiên cứu này cần được thực hiện một cách hệ thống và chi tiết hơn trong thời gian sắp đến.
KẾT LUẬN
Trong một khoảng thời gian ngắn làm nghiên cứu, chúng tôi đã thực hiện được các công việc như sau:
1. Đã chế tạo thành công bột huỳnh quang ZnAl2O4 pha tạp Co cho phát xạ mạnh trong vùng đỏ-đỏ xa bằng phương pháp sol-gel;
2. Đã chứng minh rằng nhiệt độ bắt đầu hình thành cấu trúc tinh thể lập phương của vật liệu ZnAl2O4 tại nhiệt độ thiêu kết 8000C và tính tinh thể của nó tăng dần theo nhiệt độ thiêu kết;
3. Đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết và nồng độ pha tạp Co lên tính chất quang của vật liệu ZnAl2O4:Co. Cụ thể là cường độ huỳnh quang tăng dần khi nhiệt độ thiêu kết tăng dần từ 8000C – 10000C và nồng độ pha Co pha tạp giảm dần từ 7- 0,5%.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Phan Văn Tường (1998), Vật liệu vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (lưu hành nội bộ).
TIẾNG ANH
2. Abritta T. and Blak F.H. (1991), “Luminescence study of ZnGa2O4: Co2+”, J. Lumin. 48&49, pp. 558-560.
3. Cheng B, Qu S, Zhou H and Wang Z 2006 Nanotechnology 17 2982
4. Dexter D. L. and H. Schulman (1954), “Theory of concentration quenching in inorganic phosphors”, J. Chem. Phys., Vol. 22, pp. 1063-1070.
5. Chen X, Dai P, Zhang X, Li C, Lu S, Wang X, Jia Y, and Liu Y, (2014), A Highly Efficient.
6. Denisov A. , Volk Y.V., Malyarevich A.M., Yumashev K.V., Dymshits O.S.,Zhilin A.A., Kang U. and Lee K.H. (2003),” Linear and nonlinear optical properties of cobalt-doped zinc aluminum glass ceramics”, J. Appl. Phys. 93, pp. 3827-3831.
7. Donegan J.F., Anderson F.G., Bergin F.J., Glynn T.J., and Imbusch G.F. (1992),“Optical and magnetic-circular-dichroism- optically- detected-magnetic- resonance study of the Co2+ in LiGa5O8”, Phys. Review B, 45, pp. 563-573. 8. Duan X., Yuan D., Cheng X., Sun Z., Sun H., Xu D. and Lv M (2003)
“Spectroscopic properties of Co2+: ZnAl2O4 nanocrystals in sol-gel derived glass - ceramics”, J. Phys. Chem. Solid. 64, pp. 1021-1025.
9. Duan X., Yuan D., Sun Z., Luan C., Pan D., Xu D and Lv M (2005), “Preparation of Co2+ -doped ZnAl2O4 nanoparticales by citrate sol-gel method”, J. All. Comp.
386, pp. 311-314.
10. Feldmann C, Jüstel T, Ronda CR, Schmidt P.J (2003), Inorganic Luminescent
Materials: 100 Years of Research and Application, Adevanced Functional
Materials 13, pp. 511–516.
11. Feofilov S.P., Kaplyanskii A.A., Zakharchenya R.I. (1996), “Optical generation of nonequilibrium terahertz resonant vibrational excitations in highly porous aluminium oxide”, J. Lumin. 66&67, pp. 349-357.
Tetrahedral Co2+ in ZnAl2O4 spinel”, J. Chem. Phys. 51, pp 2904-2910. 13. Fleet M.E, Liu X, Pan Y (2000), Rare-earth elements in chlorapatite
Ca10(PO4)6Cl2: Uptake , site preference, and degradation of monoclinic
structure, American Mineralogist85, pp. 1437–1446.
14.Hetting G F, Worl H and Weiter H H 1956 Z. Anorg. Allg. Chem. 283207. 15.Jenking H.G, Mckeag A.H and Ranby P.W (1949), Alkaline earrth
halophosphates and relate photphors. US Patent 2, pp. 1-12.
16.Rong J.X, Li Y.Q, Naoto H and Hajime Y (2011), Nitride Phosphor and Solid StateLighting. CRC Press, pp. 1-2.
17.Sampath K and Cordano K 1998 J. Amer. Ceram. Soc. 81 649.
18. Shinde K.N, Dhoble S.J, Swart H.C and Park K, (2012), Phosphate Phosphors for SolidState Lighting, Springer Series in Materials Science174, pp. 10-26. 19. Tanaka K., Mukai T., Ishihara T., Hirao K., Soga N., Sogo S., Ashida M.,
KatoR., (1993), “Preparation and optical properties of transparent glass-
ceramics containing cobalt(II) ions”, J. Am. Ceram. Soc. 76, pp. 2839-2845.
20. Volk Y.V., Malyarevich A.M., Yumashev K.V., Alekseeva I.P., Dymshits O.S.Shashkin A.V., Zhilin A.A. (2007), “Stimulated emission of Co2+ -doped glass-ceramics”, J. Non-Cryst. Solids, 353, pp. 2408-2414.
21. Wang C.H, Gui D.Y, Qin R, Yang F.L, Jing X.P, Tian G.S and Zhu W (2013),
Site and local structure of activator Eu2+ in phosphor Ca10(PO4)6Cl2:Eu2+,
Journal of Solid State Chemistry 206, pp. 69-74.
22. William M.Y, Shigeo S, Hajime Y (2007), Practical Applications of Phosphors, CRC Press, pp 105-106.