Eu2+ VÀ RE3+ (RE: Nd, Gd, Dy)
3.4. Cơ chế lõn quang của vật liệu CAO:Eu 2+, RE3+
Nhiều nhúm tỏc giả đó đề xuất cỏc mụ hỡnh cơ chế khỏc nhau để giải thớch hiện tượng lõn quang của vật liệu aluminate kiềm thổ pha tạp ion đất hiếm như chỳng tụi đó trỡnh bày ở Chương I. Theo đú, chỳng tụi chọn mụ hỡnh của Matsuzawa 55 để giải thớch cơ chế lõn quang của vật liệu CAO pha tạp cỏc ion đất hiếm với cỏc lý do sau:
- Vật liệu SrAl2O4: Eu, Dy và vật liệu CAO: Eu, RE đều thuộc nhúm vật liệu nền alumiate pha tạp ion đất hiếm.
- Bức xạ 365 nm được dựng để kớch thớch vật liệu cú năng lượng là 3,39
eV. Năng lượng này nhỏ hơn nhiều so với độ rộng vựng cấm là khoảng 6,52
eV 55. Do đú, năng lượng của bức xạ 365 nm khụng đủ để kớch thớch cỏc ion đất hiếm từ vựng húa trị lờn vựng dẫn như đề xuất của Dorenbos 30 hoặc của Claubaus 27.
- Cỏc bẫy do ion đất hiếm đồng pha tạp gõy ra cú năng lượng kớch hoạt lớn nhất khoảng 0,77 eV, mức năng lượng này nằm gần với vựng húa trị.
Sơ đồ mụ tả cơ chế lõn quang của vật liệu CAO: Eu2+, RE3+ được biểu diễn trờn Hỡnh 3.53.
Hỡnh 3.53. Sơ đồ mụ tả cơ chế lõn quang của vật liệu CAO: Eu2+, RE3+
Khi được chiếu xạ bằng bức xạ tử ngoại cú bước súng 365 nm, cỏc điện tử của ion Eu2+ ở trạng thỏi cơ bản 4f7 nhảy lờn trạng thỏi kớch thớch 4f65d1
(Eu2+ + hv → Eu2+*), cỏc điện tử này hồi phục nhanh về trạng thỏi bền của cấu hỡnh 4f65d, sau đú chuyển về trạng thỏi cơ bản phỏt bức xạ huỳnh quang. Hoặc ion Eu2+ bắt một điện tử ở vựng húa trị để trở thành ion Eu1+ (Eu2+ + e-
→ Eu1+), ion này nằm ở trạng thỏi siờu bền khụng đúng gúp vào việc phỏt bức xạ huỳnh quang. Quỏ trỡnh này tạo ra ở vựng húa trị một lỗ trống và lỗ trống này bị ion RE3+ bắt để chuyển thành ion RE4+ (RE3+ + h+ → RE4+).
Sau khi ngừng kớch thớch, cỏc lỗ trống từ RE4+ được giải phúng nhiệt và xảy ra quỏ trỡnh tỏi hợp với điện tử của ion Eu1+ tạo thành Eu2+ ở trạng thỏi
kớch thớch (Eu1+ → e- + Eu2+*), sau đú ion (Eu2+)* chuyển về trạng thỏi cơ bản và phỏt ra bức xạ đặc trưng với cực đại tại bước súng 442 nm. Phần lớn cỏc ion Eu1+ cú thể rơi vào trạng thỏi siờu bền do lỗ trống bị bắt bởi ion RE3+. Chớnh vỡ vậy, sự tham gia của ion RE3+ với vai trũ là bẫy lỗ trống, gõy ra hiện tượng lõn quang của vật liệu.
3.5. Kết luận chương 3
Trong chương này, chỳng tụi trỡnh bày cỏc kết quả nghiờn cứu về tớnh chất phỏt quang của vật liệu CAO: Eu2+ và CAO: Eu2+, RE3+ (RE: Nd, Gd, Dy). Sự ảnh hưởng của cỏc ion đất hiếm pha tạp cũng như nồng độ của cỏc ion này đến cỏc tớnh chất quang của vật liệu được nghiờn cứu một cỏch chi tiết. Từ cỏc kết quả này, chỳng tụi đó đỏnh giỏ vai trũ của cỏc ion đất hiếm cũng như cỏc khuyết tật (sinh ra từ việc pha tạp) trong vật liệu.
Cỏc ion đất hiếm (Eu2+, Nd3+, Gd3+, Dy3+) pha tạp vào mạng nền CAO sẽ làm phỏ vỡ tớnh tuần hoàn của mạng tinh thể, hỡnh thành cỏc khuyết tật, tõm phỏt quang và bẫy lỗ trống trong mạng nền. Cỏc tõm và bẫy này đúng vai trũ quan trọng trong tớnh chất phỏt quang của vật liệu. Trong đú, cỏc ion Eu2+
đúng vai trũ là tõm phỏt quang, ion Dy3+ đúng vai trũ vừa là tõm phỏt quang vừa là bẫy lỗ trống, ion Gd3+ đúng vai trũ là tõm tăng nhạy đồng thời là bẫy lỗ trống, ion Nd3+ đúng vai trũ là bẫy lỗ trống.
Cỏc hệ vật liệu CAO: Eu2+, RE3+ đều phỏt bức xạ màu xanh (blue) đặc trưng cho bức xạ của ion Eu2+ trong mạng nền CAO khi được kớch thớch bởi bức xạ tử ngoại. Vật liệu CAO: Eu2+ (1 % mol), Gd3+ (1,5 % mol) cú cường độ phỏt quang tốt nhất, trong khi đú vật liệu CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+ (0,5 % mol) cú tớnh chất lõn quang tốt nhất.
CHƯƠNG 4. ẢNH HƯỞNG CỦA ION ĐẤT HIẾM(RE3+) TRONG VẬT LIỆU LÂN QUANG CaAl2O4: Eu2+, Nd3+, (RE3+) TRONG VẬT LIỆU LÂN QUANG CaAl2O4: Eu2+, Nd3+,
RE3+ (RE: Dy, Gd)
Trong chương 3, chỳng tụi đó nghiờn cứu vai trũ của ion Eu2+ và ion đất hiếm húa trị 3 trong vật liệu lõn quang CAO pha tạp 2 thành phần đất hiếm Eu2+, RE3+ (RE: Dy, Gd, Nd). Trong đú, vật liệu CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+
(0,5 % mol) cú tớnh chất lõn quang tốt nhất. Nhằm đỏnh giỏ rừ hơn sự ảnh hưởng của cỏc ion đất hiếm đến tớnh chất quang trong hệ vật liệu CAO pha
tạp đất hiếm, chỳng tụi đó tiến hành đồng pha tạp ion đất hiếm RE3+ thứ 2 vào hệ vật liệu CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+ (0,5 % mol), với RE là Dy, Gd. Vai trũ của cỏc ion đất hiếm cũng được nghiờn cứu thụng qua cỏc tớnh chất phỏt quang của vật liệu.