4. Bố cục của đề tài
3.4.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thiêu kết lên tính chất quang vật liệu
Để khảo sát tính chất quang của vật liệu, chúng tôi tiến hành đo phổ huỳnh quang đƣợc kích thích bởi các bƣớc sóng khác nhau và đo phổ huỳnh quang 3D. Các kết quả nghiên cứu đƣợc thể hiện ở phần sau. Kết quả chỉ ra
rằng vật liệu phát xạ mạnh trong vùng đỏ với nhiều vạch phát xạ hẹp tại các bƣớc sóng 667, 677, 687, 698, 709, 718 và 724 nm. Trong đó, đỉnh phổ tại 687 nm có cƣờng độ mạnh nhất. Nguồn gốc của các đỉnh phát xạ này đƣợc giải thích là do quá trình tái hợp giữa điện tử và lỗ trống của quá trình chuyển mức 2E(2G) → 4
A2(4F) của ion Cr3+ [6][7].
Một điều cần đƣợc chú ý là hình dạng phổ huỳnh quang của mẫu ZnAl2O4:0,8%Cr3+ khi kích thích ở hai bƣớc sóng khác nhau (390 nm và 532 nm) gần nhƣ không thay đổi. Tuy nhiên cƣờng độ của phổ PL kích thích ở 390 nm cao hơn khoản ~2 lần so với phổ PL kích thích tại 532 nm. Kết quả này cũng khá phù hợp với phổ PLE nhƣ trên hình 3.6.
Hình 3. 8. Phổ huỳnh quang kích thích tại bƣớc sóng 390 nm của mẫu ZnAl2O4: 0,8%Cr3+ chế tạo bằng phƣơng pháp sol-gel và thiêu kết tại các nhiệt độ khác nhau
Ảnh hƣởng của nhiệt độ thiêu kết lên tính chất quang của ZnAl2O4:Cr3+ đƣợc nghiên cứu chi tiết và kết quả trình bày trên hình 3.8. Có thể thấy rằng tại nhiệt độ ủ mẫu thấp (600 C), các phát xạ đặc trƣng của ion Cr3+
gần nhƣ không đƣợc quan sát. Điều này có thể là do nhiệt độ thiêu kết thấp, tinh thể chƣa phát triển tốt, các ion Cr3+
khó khuếch tán vào mạng nền. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên 700 C, phổ huỳnh quang bắt đầu xuất hiện các đỉnh phát xạ đặc trƣng cho ion Cr3+
và cƣờng độ của nó tăng dần theo nhiệt độ thiêu kết.
Hình 3. 9. Đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang vào nhiệt độ thiêu kết của mẫu ZnAl2O4:0,8%Cr3+ chế tạo bằng phƣơng pháp sol-gel
Để rõ ràng hơn, chúng tôi vẽ đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang (đỉnh 687 nm) vào nhiệt độ thiêu kết và kết quả chỉ ra trên hình 3.9. Có thể thấy rằng cƣờng độ huỳnh quang bắt đầu tăng mạnh với nhiệt độ
thiêu kết từ 900 C-1200 C và tăng chậm khi nhiệt độ lớn hơn 1300 C. Điều này có thể giải thích do hai nguyên nhân chính sau đây.
Thứ nhất, khi nhiệt độ tăng, sẽ làm chất lƣợng tinh thể của pha ZnAl2O4 đƣợc cải thiện và làm tăng cƣờng tính chất quang của mẫu, điều này là phù hợp với giản đồ nhiễu xạ tia X trên hình 3.3.
Thứ hai, quá trình khuếch tán ion Cr3+ có thể tỷ lệ với nhiệt độ thiêu kết và làm tăng cƣờng độ PL của mẫu.
Sự tăng chậm cƣờng độ PL ở nhiệt độ lớn hơn 1200 C cho phép chúng ta dự đoán cấu trúc tinh thể ZnAl2O4 có thể bị phá hủy ở nhiệt độ cao (≥ 1500 C ).