2. Chế tạo và khảo sát tinh thể phát quang ZnS:Mn
2.2.2. Đánh giá độ phát quang của các mẫu
Các mẫu ở bảng 1 được chiếu dưới đèn tử ngoại bước sóng λ=320nm. Sau đó chọn ra bốn mẫu M1, M2, M3, M6 đi chụp phổ huỳnh quang. Kết quả được chỉ ra dưới đây.
Hình 25: Phổ huỳnh quang thể hiện sự phụ thuộc của cường độ phát quang vào hàm lượng Mn2+.
M1_ mẫu ZnS:Mn, [Mn2+ ]/ [Zn2+ ] = 0.01 M2_ mẫu ZnS:Mn, [Mn2+ ]/ [Zn2+ ] = 0.02 M3_ mẫu ZnS:Mn, [Mn2+ ]/ [Zn2+ ] = 0.03 M6_ mẫu ZnS:Mn, [Mn2+ ]/ [Zn2+ ] = 0.06
Để dễ đánh giá sự phụ thuộc của cường độ phát quang các mẫu vào hàm lượng Mn2+, từ đồ thị ở phổ huỳnh quang ở hình 25 em chuyển về đồ thị hình 25b. Đồ thị này so sánh giá trị cực đại của cường độ phát quang của mẫu
Nhận xét:
Tinh thể ZnS nguyên chất thì không phát quang. Khi có mặt ion Mn2+ thì hiện tượng phát quang xảy ra. Khi hàm lượng Mn2+ trong tinh thể còn nhỏ thì ZnS:Mn phát ra ánh sáng màu vàng cam bước sóng λ = 610 nm và cường độ phát quang tăng theo sự tăng của hàm lượng ion Mn2+ trong tinh thể. Cường độ phát quang đạt cực đại khi tỷ lệ [Mn2+ ]/[Zn2+ ] = 3% và sau đó giảm nếu tăng hàm lượng Mn2+. Sự phát quang ra ánh sáng màu vàng cam được dự đoán là do ion Mn2+ đi vào trong mạng tinh thể chủ và tương tác với các ion S2- và Zn2+ xung quanh. Khi nồng độ Mn2+ trong tinh thể lớn thì cực đại peak dịch chuyển về phía vùng da cam như là kết quả của tương tác giữa các ion Mn2+.
2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp tới độ phát quang của ZnS:Mn
2.3.1. Chế tạo mẫu
Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp tới cường độ phát quang của tinh thể ZnS:Mn bằng cách so sánh cường độ phát quang của mẫu M3 (như ở bảng1) khi nó được tổng hợp ở 25 0C, 580C và 75 0C. Sự gia nhiệt được thực hiện nhờ máy khuấy từ có bộ gia nhiệt.
Bảng 2
Mẫu Mẫu M3 Mẫu M3 580C Mẫu M3 750C
Nhiệt độ tổng hợp 0C 25 58 75
2.3.2. Đánh giá độ phát quang của các mẫu
Kết quả sau khi chiếu các mẫu dưới ánh sáng tử ngoại λ = 320 nm để đánh giá sơ bộ các mẫu. Sau đó các mẫu được mang đi chụp phổ huỳnh quang. Kết quả chỉ ra ở các hình dưới đây.
Hình 26: Sự phụ thuộc của cường độ phát quang vào nhiệt độ tổng hợp - Mẫu M3 là mẫu tổng hợp ở nhiệt độ thường (250C)
- Mẫu M3 58 là mẫu có thành phần giống mẫu M3 nhưng tổng hợp ở 580C - Mẫu M3 75 cũng có thành phần giống M3 nhưng tổng hợp ở 750C
Nhận xét:
Mẫu tổng hợp ở 75 0C cho cường độ phát quang cao nhất. Nhiệt độ tổng hợp tăng làm tăng cường độ phát quang của ZnS:Mn. Dựa vào phổ huỳnh quang có thể định lượng được mức độ tăng cường độ phát quang của mẫu tổng hợp ở 750C so với mẫu tổng hợp ở nhiệt độ thường là:
6 2 25000 65000 0 25 75 , max max C t C t I I o
Như vậy cường độ phát quang của mẫu M3 khi tổng hợp ở nhiệt độ 750C sẽ lớn gấp 2,6 lần cường độ phát quang của mẫu cùng loại khi tổng hợp ở nhiệt độ thường (250C).
Hiện tượng khi nhiệt độ tổng hợp tăng làm tăng cường độ phát quang của tinh thể ZnS:Mn có thể giải thích như sau: Thứ nhất là khi nhiệt độ tổng hợp tăng, tích số tan của ZnS và MnS tăng lên, mức độ quá bão hòa cũng giảm do độ tan tăng, do đó phản ứng kết tủa xảy ra chậm hơn. Số lượng mầm tinh thể tạo ra cũng ít hơn, tinh thể tạo thành sẽ hoàn chỉnh hơn. Thứ hai là ở nhiệt độ cao thì quá trình làm muối tinh thể cũng dễ thực hiện hơn vì trong quá trình tổng hợp sau khi kết tủa hoàn toàn còn tiếp tục khuấy thêm 10 phút để làm muối tinh thể.
Hình 27: Mẫu M3 khi tổng hợp ở 750C