5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp đến tính chất quang của bột huỳnh
quang BaMgAl10O17: Cr3+
Trong vật liệu BaMgAl10O17: Cr3+, ion kim loại chuyển tiếp Cr3+ đóng vai trò là tâm phát quang. Nồng độ tâm phát quang ảnh hưởng lớn đến cường độ phát quang của bột huỳnh quang. Để tăng khả năng ứng dụng của vật liệu, vật liệu phải có cường độ phát quang mạnh nhất có thể. Do đó, việc nghiên cứu để tìm ra một tỷ lệ pha tạp phù hợp để thu được vật liệu phát quang tốt nhất đã được đề tài tập trung nghiên cứu. Dựa vào nhiệt độ tối ưu đã tìm được, các mẫu pha tạp khác nhau được nung nhiệt độ 1400oC với nguồn kích thích 410nm.
Hình 3.6. Phổ huỳnh quang của mẫu bột BaMgAl10O17: Cr3+ với nồng độ pha tạp Cr3+ từ 0,1 ÷ 1.5% nung ở nhiệt độ 1400 oC
Để phân tích và đánh giá chính xác ảnh hưởng của nồng độ Cr3+ đến tính chất quang, vật liệu BaMgAl10O17: Cr3+ được nung ở nhiệt độ 1400 oC, với
nồng độ Cr3+ thay đổi từ 0,1 ÷ 1,5%, sau đó được khảo sát huỳnh quang ở nhiệt độ phòng. Hình 3.6 biểu diễn phổ huỳnh quang theo các nồng độ pha tạp ion Cr3+ khác nhau. Kết quả cho thấy khi nồng độ pha tạp ion Cr3+ thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi cường độ bức xạ cực đại nhưng không làm thay đổi dạng phổ và vị trí cực đại bức xạ. Cường độ bức xạ cực đại tăng khi nồng độ của ion Cr3+ tăng từ 0,1% đến 1,0% và đạt cực đại tại 1%. Nếu tiếp tục tăng nồng độ pha tạp đến 1,5% thì cường độ huỳnh quang của vật liệu giảm.
Sự suy giảm cường độ huỳnh quang này được cho là do hiện tượng dập tắt nồng độ và được giải thích như sau:
- Khi nồng độ ion Cr3+ tăng từ 0,1% đến 1,0%, cường độ huỳnh quang tăng lên vì: ban đầu, nồng độ pha tạp thấp, sự thay thế của ion Cr3+ vào vị trí của Al3+ trong mạng nền ít. Sau đó, nồng độ càng tăng thì sự thay thế của ion Cr3+ vào vị trí của Al3+ trong mạng nền tăng lên làm cho số tâm phát xạ tăng, dẫn đến cường độ huỳnh quang của mẫu cũng tăng lên.
- Khi nồng độ pha tạp lớn hơn 1% xảy ra hiện tượng truyền năng lượng giữa các tâm phát xạ dẫn đến hiện tượng các tâm phát xạ hấp thụ không phát xạ làm cho cường độ huỳnh quang giảm. Không chỉ thế, đối với ion kim loại chuyển tiếp Cr3+, trong quá trình vật liệu kết tinh ở nhiệt độ cao. Nếu tăng tỷ lệ pha tạp lên thì ion Cr3+ sẽ liên kết yếu với mạng nền dẫn đến mật độ tâm phát xạ giảm làm cho cường độ huỳnh quang giảm.
Kết quả phân tích phổ huỳnh quang còn cho thấy, vật liệu BaMgAl10O17: Cr3+ với nồng độ pha tạp từ 0,1÷ 1,5% Cr3+ phát xạ mạnh trong cùng ánh sáng đỏ (~ 695nm) của ion Cr3+ trong trường tinh thể của vật liệu.
Như vậy, kết quả khảo sát cho thấy vật liệu BaMgAl10O17: Cr3+ được nung ở nhiệt độ 1400 oC phát xạ trong vùng ánh sáng đỏ mạnh nhất với nồng độ 1%.