4. Bố cục nghiên cứu
2.3.4.Phương pháp đo phổ huỳnh quang, kích thích huỳnh quang
Các phương pháp đo phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE) đã được sử dụng để nghiên cứu tính chất quang của vật liệu. Chúng tôi đã khảo sát phổ huỳnh quang trên hệ đo phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang NanoLog spectrofluorometer, HORIBA Jobin Yvon tại viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST) Đại học Bách khoa Hà Nội (hình 2.8).
Để so sánh cường độ huỳnh quang giữa các mẫu chúng tôi thực hiện đo trên cùng điều kiện như: lượng mẫu tương đương, thời gian phân tích, bước quét…Tất cả các mẫu nghiên cứu đều được đo ở nhiệt độ phòng.
27
Hình 2.8: Hệ đo phổ huỳnh quang, kích thích huỳnh quang (NanoLog spectrofluorometer, HORIBA Jobin Yvon).
28
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Như đã trình bày ở chương 2 bột huỳnh quang SrAl2O4: Mn4+ đã được chúng tôi chế tạo một cách hệ thống bằng phương pháp sol-gel với nồng độ Mn4+ pha tạp từ 0.01-10% được thiêu kết ở các nhiệt độ khác nhau. Trong chương này chúng tôi sẽ trình bày chi tiết và phân tích các kết quả nhận được từ các phép đo khảo sát cấu trúc tinh thể và tính chất quang của các loại bột huỳnh quang chế tạo được. Trên cơ sở so sánh các số liệu nhận được, các điều kiện tối ưu về nhiệt độ thiêu kết và nồng độ pha tạp cho cường độ phát quang cao nhất đã được xác định.
3.1.Kết quá khảo sát thuộc tính của vật liệu
Hình 3.1a Phổ nhiễu xạ tia X của bột huỳnh quang SrAl2O4: Mn4+ 5% nung thiêu kết tại các nhiệt độ từ 900-12800C trong 5 giờ.
Kết quả phân tích phổ XRD hình 3.1a cho thấy các bột huỳnh quang nung thiêu kếttại các nhiệt độ từ 900-12800Ctrong thời gian 5 giờ đã hình thành pha tinh thể của mạng nền SrAl2O4 có cấu trúc đơn tà ứng với số thẻ chuẩn JPPDS 00-034- 0379 có các thông số mạng a= 8.442 Å, b= 8.882 Å, c= 5.1067 Å, z= 4.00 Å. Bên cạnh đó còn quan sát thấy tinh thể SrMnAl11O19. Pha SrMnAl11O19 được hình thành là do nồng độ pha tạp của ion Mn4+ (5%) cao nên một số ion Mn4+ khi chưa đi vào thay thế vị trí cho ion Sr2+ trong mạng nền nên có khả năng liên kết thêm với các
29
ion O2- bên cạnh để tạo thành pha mới SrMnAl11O19. Khi nhiệt độ nung thiêu kết thấp thì cường độ của đỉnh phổ chính của SrMnAl11O19 cao hơn các đỉnh phổ SrAl2O4 là do các nguyên tử chưa khuếch tán đúng vào vị trí để hình thành pha mạng nền. Ngược lại khi tăng nhiệt độ nung lên thì các ion Mn4+ sẽ thay thế các ion Sr2+ dẫn đến cường độ của các đỉnh XRD SrAl2O4 tăng lên trong khi đó cường độ của các đỉnh XRD của SrMnAl11O19 giảm và có sự dịch đỉnh nhiễu xạ về phía góc lớn hơn. Ngoài ra khi tăng nhiệt độ còn thấy bán độ rộng của các đỉnh phổ giảm, cường độ của các đỉnh phổ tăng điều đó chứng tỏ khi tăng nhiệt độ thiêu kết thì kích thước hạt tăng.
Hình 3.1b:Phổ nhiễu xạ tia X của bột huỳnh quang SrAl2O4: Mn4+5%nung không khí tại nhiệt độ 12800C.
Ở nhiệt độ 12800C trên hình 3.1b phổ XRD ta nung thiêu kết ở các thời gian khác nhau từ 3h-8h thì thấy rằng nung thiêu kết trong thời gian 3h, 4h đỉnh phổ có cường độ yếu, khi nung trong thời gian 5-6h cường độ đỉnh phổ cao nhất và đạt tối ưu tại 5h.
3.2.Kết quả khảo sát hình thái bề mặt vật liệu
Hình thái bề mặt và kích thước hạt của vật liệu huỳnh quang có ảnh hưởng lớn đến tính chất quang của vật liệu do chúng ảnh hưởng tới hiệu suất hấp thụ và phát xạ của vật liệu. Vật liệu huỳnh quang ứng dụng trong các thiết bị chiếu sáng
30
phải có kích thước hạt đồng đều và phù hợp sao cho hiệu suất hấp thụ thấp và phát xạ của vật liệu là tốt nhất. Do đó rất cần thiết phải khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái bề mặt và kích thước hạt của bột. Vì vậy cần phải khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái bề mặt và kích thước hạt của bột. Nhiệt độ nung thiêu kết là yếu tố ảnh hưởng đến hình thái bề mặt và kích thước hạt của bột huỳnh quang. Để khảo sát hình thái bề mặt và kích thước hạt bột, chúng tôi sử dụng phương pháp hển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM).
Hình 3.2: Ảnh SEM của các mẫu nung tại các nhiệt độ khác nhau ủ nhiệt trong 5 giờ, 10000C (a), 11000C (b), 12000C (c), 12800C (d).
Kết quả khảo sát FESEM của bột huỳnh quang cho thấy vật liệu thu được khi nung thiêu kết ở nhiệt độ 10000C và 11000C có cấu trúc dạng hạt kích thước khá đồng đều, biên hạt sắc nét rõ ràng còn khi nung thêu kết ở nhiệt độ cao hơn 12000C và 12800C các hạt nhỏ có kích thước khoảng vài trăm nm nóng chảy, co cụm liên kết với nhau tạo thành các hạt lớn cấu trúc dạng hạt không đồng đều với kích thước từ 1-10 µm.
31