pha tạp đến phổ phát xạ của vật liệu
Vật liệu huỳnh quang ZnO pha tạp ion Eu3+
mà chúng tôi tổng hợp đƣợc có cấu trúc tinh thể phụ thuộc cả vào nhiệt độ khuếch tán và nồng độ pha tạp của ion Eu3+
vậy nên tính chất quang của chúng không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ khuếch tán mà còn phụ thuộc cả vào nồng độ pha tạp ion Eu3+
. Các kết quả nghiên cứu ở phần trên đã cho thấy vật liệu hấp thụ mạnh ở các bƣớc sóng 393nm, 460nm và phát xạ mạnh nhất với mẫu khuếch tán ở 1000oC. Trên cơ sở đó, để khảo sát sự ảnh hƣởng của nồng độ pha tạp đến tính chất quang của vật liệu với mục đích tìm ra nồng độ pha tạp tối ƣu cho nhóm vật liệu này, tôi đã tiến hành đo phổ huỳnh quang của vật liệu tổng hợp đƣợc ở nhiệt độ thiêu kết 1000oC với tỷ lệ nồng độ pha tạp Eu3+
từ 1 ÷ 12 %.
Hình 3.6. Phổ huỳnh quang phụ thuộc vào nồng độ tạp của ion Eu3+
của bột ZnO: Eu
Hình 3.6 trình bày phổ huỳnh quang PL của bột ZnO pha tạp ion Eu3+
với nồng độ từ 1 ÷ 12% khuếch tán ở 1000oC trong 3 giờ, đo ở nhiệt độ phòng và đƣợc kích thích bởi bƣớc sóng 393 nm.
Kết quả đo phổ PL cho thấy, khi pha tạp Eu3+
với các tỷ lệ khác nhau thì ngoài các đỉnh đặc trƣng cho ion Eu3+
vẫn còn xuấn hiện các đỉnh phát xạ đặc trƣng cho mạng nền ZnO (520nm). Điều này chứng tỏ rằng việc khuếch tán ion Eu3+ chủ yếu xảy ra ở bề mặt hạt bột ZnO.
Trong nền tinh thể ZnO, đỉnh phát xạ mạnh nhất là 610nm tƣơng ứng với quá trình dịch chuyển mức năng lƣợng từ 5
D0 về 7F2 của ion này. Khi nồng độ pha tạp ion Eu3+
tăng lên từ 1 ÷ 10% thì cƣờng độ phát xạ huỳnh quang tăng lên và đạt cực đại ở nồng độ pha tạp 10%. Nhƣng khi tiếp tục tăng nồng độ Eu pha tạp lên đến 12% thì cƣờng độ phát xạ giảm đi. Hình 3.6 trình bày rõ sự phụ thuộc của cƣờng độ phát xạ của mẫu vào nồng độ Eu pha tạp đối với đỉnh phát xạ 610nm. Kết quả này đƣợc giải thích là do khi nồng độ pha tạp còn thấp, khi tăng nồng độ pha tạp sẽ dẫn tới làm tăng nồng độ các tâm phát quang trong mẫu điều này dẫn tới hệ quả là làm tăng cƣờng độ phát xạ của mẫu. Tuy nhiên, khi nồng độ pha tạp tăng lên lớn hơn một giá trị nhất định, sự có mặt của các ion Eu3+
với nồng độ cao trong mẫu sẽ dẫn tới sự kết đám của các ion Eu3+, làm cho mật độ tâm phát quang trong mẫu giảm, dẫn đến cƣờng độ phát xạ huỳnh quang giảm. Hơn nữa, khi nồng độ các ion Eu3+
tăng cao, sự truyền năng lƣợng giữa các tâm phát xạ có thể xảy ra, làm tăng quá trình hồi phục không phát xạ, cũng dẫn đến làm giảm cƣờng độ phát xạ của mẫu. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là dập tắt cƣờng độ huỳnh quang do nồng độ.
KẾT LUẬN
Chúng tôi đã chế tạo thành công bột huỳnh quang ZnO pha tạp Eu3+
bằng phƣơng pháp khuếch tán nhiệt.
Bột huỳnh quang tổng hợp đƣợc có sự xuất hiện của các hạt Eu2O3 ( hình thành trong qua trình khuếch tán bằng nhiệt) bám trên bề mặt các hạt tinh thể ZnO. Bột có cấu trúc tinh thể tốt khi nhiệt độ khuếch tán ở 1000o
C trong thời gian 3 giờ với kích thƣớc hạt thu đƣợc từ 0,5 – 5µm.
Bột huỳnh quang Zn: Eu3+
hấp thụ kích thích mạnh tại các bƣớc sóng trong vùng tử ngoại gần và vùng ánh sáng xanh lam với các đỉnh hấp thụ lớn nhất tại các bƣớc sóng 393nm và 460nm. Kết quả khảo sát phổ huỳnh quang cho thấy bột huỳnh quang tổng hợp đƣợc phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ tại bƣớc sóng cực đại là 610nm.
Tính chất quang của vật liệu phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ khuếch tán cũng nhƣ nồng đội pha tạp của ion Eu3+. Cho phổ PL tốt nhất khi thực hiện khuếch tán ở 1000oC với nồng độ tối ƣu là 10%.
Các kết quả nghiên cứu bƣớc đầu của chúng tôi đã cho thấy khả năng phát quang tốt trong vùng ánh sáng đỏ của bột huỳnh quang ZnO: Eu3+. Điều này có ý nghĩa là bột huỳnh quang ZnO: Eu3+
có thể ứng dụng trong công nghệ chiếu sáng LED sử dụng các chip LED NUV hoặc xanh lam. Mặt khác ánh sáng đỏ đƣợc sử dụng nhiều trong trồng trọt cũng nhƣ chăn nuôi nên có thể hy vọng vào tiềm năng chế tạo đèn LED phát ra ánh sáng đỏ và có cƣờng độ phát quang cao, giá thành rẻ từ bột huỳnh quang ZnO: Eu3+
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
1. Lê Tiến Hà (2016), Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang SrPB, SrPCl và Y2O3 pha tạp Eu ứng dụng trong đèn huỳnh quang. Luận án Tiến sĩ khoa học vật liệu, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
2. Nông Ngọc Hồi (2015), nghiên cứu tính chất vật liệu nano ZnO pha tạp Eu3+. Luân án thạc sĩ khoa học ngành Vật lý chất rắn, Trƣờng đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.
3. Nguyễn Thị Hƣơng, Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano ZnO. Luận án ThS. Vật lý chất rắn: 60 44 07.
4. Nguyễn Ngọc Trác (2015), Vai trò của các tâm, bẫy, và khuyết tật trong vật liệu lân quang dài CaAl2O4 pha tạp các ion đất hiếm. Luận án tiến sĩ Vật lý, Trƣờng đại học Khoa học – Đại học Huế.
5. Nguyễn Tƣ (2017), Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của vật liệu ZnO, ZnO pha tạp cacbon. Luân án tiến sĩ khoa học vật liệu, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
6. Lê Thị Vinh (2017), Chế tạo, Nghiên cứu tính chất của vật liệu nano YVO4: Eu3+ và EuPO4.H2O thử nghiệm tính ứng dụng đánh dấu huỳnh quang y sinh. Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
TIẾNG ANH
7. Dieke G.H, Crosswhite H.M (1963), The Spectra of the Doubly and Triply Ionized Rare Earths, Applied Optics 2, pp. 675–686.
8. M. Najafi* and H. Haratizadeh (2015), Synthesize and Optical properties of ZnO:Eu Microspheres Based Nano-sheets at Direct and
Indirect Excitation. Journal of Luminescence 167, pp. 197 – 203.
9. Patrícia M. dos Reis & Adriana S. de Oliveira (2015),
using PEG as precursor. Int. J. Nanosci. Nanotechnol., Vol. 11, No. 2, June 2015, pp. 101-113
10. B. Sundarakannan, M. Kottaisamy (2016), Synthesis of blue light excitable white light emitting ZnO for luminescent converted light emitting diodes (LUCOLEDs), Materials Letters 165, pp. 153–155.