3.2. Tính chất quang của vật liệu
3.2.1. Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO 3 :5%Eu(III),x%Bi(III)
Phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III) (nêu ở mục 1.2.3.1 hình 1.7) được kích thích bằng đèn xenon trong khoảng bước sóng 240 - 560 nm. Phổ gồm một số vạch kích thích mạnh tại 289, 300, 320, 363, 381, 394, 406, 418, 466, 468, 527, 537 nm. Các vạch tại gần 527, 537 nm tương ứng với chuyển dời điện tử từ trạng thái cơ bản 7F0,1 lên trạng thái kích thích 5D1. Hai vạch tại 466 và 468 tương ứng với chuyển dời 7F0,1 → 5D2, các vạch gần 418 nm được gắn cho chuyển dời 7F0, 1 → 5D3, các vạch 394, 406 tương ứng với chuyển dời 7F0, 1 → 5L6, các vạch gần 381 nm tương ứng với chuyển dời 7F0, 1 → 5Gj ,vạch 363 tương ứng với chuyển dời 7F0, 1 → 5D4, vạch 320 nm được gắn với chuyển dời 7F0, 1 → 5H3 của ion Eu3+. Lưu ý, đây là kích thích đặc trưng của ion Eu3+ (tương ứng với chuyển dời 4f – 4f).
Đặc biệt, chúng ta có thể quan sát được một dải hấp thụ rộng ở 240-270 nm với cực đại ở 252 nm, được quy cho dải hấp thụ truyền điện tích Eu3+ - O2- [2]. Kết hợp với điều kiện thiết bị hiện có tại Viện Khoa học Vật liệu chúng tôi lựa chọn bước sóng kích thích 266 nm và 355 nm để đo phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III),x%Bi(III)
Hình 3.6 là phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III),x%Bi(III) nung ở 900o trong 1 giờ dưới kích thích 266 nm được biểu diễn trong khoảng 580-650 nm. Trên phổ thể hiện các đỉnh huỳnh quang đặc trưng của ion Eu(III).
590 600 610 620 630
0 20000 40000 60000
0 2 4 6 8 10
0 20000 40000 60000
I593 I610
% Bi 5D0 - 7F2
5D0 - 7F1
Cươứng độ (đ.v.t.đ)
Bước sóng nm a) x=0
b) x=5 c) x=7,5 d) x=10 YBO3:5%Eu(III) , x% Bi(III)
λEXC = 266 nm
5D0 - 7F3 KT: 266 nm
b
d a c
Hình 3.6. Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III) x%Bi(III) nung ở 900oC trong 1 giờ (hình lớn) và cường độ huỳnh quang tại bước sóng 593 và
610 nm dưới kích thích 266 nm (hình nhỏ)
Ta có thể dễ dàng nhận thấy cường độ huỳnh quang của vật liệu có pha tạp Bi(III) ở các nồng độ khác nhau đều cao hơn cường độ huỳnh quang của vật liệu không pha tạp Bi(III). Điều đó cho thấy sự có mặt của ion Bi(III) trong thành phần của vật liệu đã làm tăng cường độ huỳnh quang của vật liệu. Theo Lei Chen [18] và cộng sự, nguyên nhân của hiện tượng này là do có sự truyền năng lượng cộng hưởng giữa Bi(III) và Eu(III).
Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III),x%Bi(III) còn cho thấy rằng khi nồng độ Bi(III) tăng từ 0% đến 5% cường độ huỳnh quang của vật liệu tăng lờn rừ rệt, nhưng khi nồng độ của Bi(III) vượt quá 5% thì cường độ huỳnh quang lại giảm.
Theo GuifangJu và cộng sự [14] khi nồng độ Bi(III) tăng cao, nồng độ Eu(III) không đổi làm cho khoảng cách giữa Bi(III) và Eu(III) trong mạng tinh thể giảm xuống do đó làm ảnh hưởng đến quá trình cộng hưởng truyền năng lượng từ Bi(III) đến Eu(III), kết quả là làm giảm cường độ huỳnh quang của vật liệu.
Hình 3.7. Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III) x%Bi(III) nung ở 900oC trong 1 giờ (hình lớn) và cường độ huỳnh quang tại bước sóng 593 và
610 nm dưới kích thích 355 nm (hình nhỏ).
Hình 3.7 trình bày phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III) x
và 610 nm dưới kích thích 355 nm.
Nhằm làm rừ hơn vai trũ của Bi(III) pha tạp với tớnh chất quang của vật liệu, chúng tôi so sánh cường độ phát quang của vật liệu tại bước sóng phát xạ 593 nm với các kích thích 266 nm và 355 nm. Kết quả so sánh được thể hiện trên hình 3.13. Kết quả so sánh cho thấy với vật liệu không pha tạp Bi(III) cường độ phát quang của vật liệu khi kích thích bằng bước sóng 266 nm và 355 nm là gần tương đương nhau. Nhưng khi pha tạp Bi(III) trong vật liệu thì cường độ huỳnh quang tại bước súng 266 nm và 355 nm cú sự chờnh lệch rừ rệt đặc biệt với nồng độ pha tạp Bi(III) là 5%. Điều đó chứng tỏ rằng, sự có mặt của Bi(III) làm tăng cường độ phát quang của vật liệu khi kích thích bởi bước sóng 266 nm mạnh hơn so với kích thích bởi bước sóng 355 nm.
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0
0 20000 40000 60000
Cườngưđộư(đ.v.t.đ)
NồngưđộưBi3+ư(%)
I266 I355
Hình 3.8. Cường độ huỳnh quang của vât liệu YBO3:5%Eu(III),5%Bi(III) tại bước sóng 593 nm
Những kết quả trên cho thấy, sự có mặt của Bi(III) trong thành phần vật liệu phát quang YBO3:5%Eu(III),x%Bi(III) có ý nghĩa quan trọng. Nó làm tăng cường độ phát quang của vật liệu, đặc biệt là cường độ phát quang khi kích thích bằng bước sóng 266 nm.
3.2.2. Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:x%Tb(III) ( x = 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5)
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:x%Tb(III) nung ở 900oC trong 1 giờ ( hình lớn) và cường độ huỳnh quang tại bước sóng 488 và 543 nm dưới
kích thích 266 nm (hình nhỏ).
Hình 3.9 là phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:x%Tb(III), nung ở 900oC trong 1 giờ, dưới kích thích 266 nm được thể hiện trong khoảng 470 – 640 nm.
Phổ huỳnh quang của các vật liệu được ghi với lượng mẫu như nhau. Phổ huỳnh quang của vật liệu ở các nồng độ Tb(III) pha tạp khác nhau, đều thể hiện các đỉnh huỳnh quang đặc trưng của Tb(III) Các đỉnh huỳnh quang tại 488, 583 và 625 nm tương ứng với các chuyển mức 5D4 - 7F6, 5D4 - 7F4 và 5D4 - 7F0. Đỉnh huỳnh quang tại 543 nm, tương ứng với chuyển mức 5D4 - 7F5, có cường độ lớn nhất chứng tỏ Tb(III) được định xứ trong mạng tinh thể không có tâm đối xứng đảo.
Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:x%Tb(III) (x = 2,5-12,5) cho thấy có sự thay đổi cường độ huỳnh quang của vật liệu theo nồng độ Tb(III) pha tạp. Vật liệu thể hiện khả năng phát quang tốt nhất ứng với nồng độ Tb(III) pha tạp là 12,5% về số mol. Với nồng độ Tb(III) pha tạp thấp hơn 12,5% cường độ huỳnh quang của vật liệu đều giảm. Hiện tượng này cho thấy khả năng phát quang của Tb(III) phụ thuộc nhiều vào nồng độ pha tạp của ion này trong vật liệu. Ở nồng độ thấp của Tb(III) năng lượng giam giữ bởi các ion Tb(III) ít do đó cường độ huỳnh quang cũng thấp. Khi nồng độ Tb(III) quá cao xảy ra quá trình phục hồi ngang giữa các ion Tb(III) lân cận, làm giảm năng lượng cung cấp cho quá trình phát quang, do đó cường độ huỳnh quang giảm.
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung mẫu đối với vật liệu YBO3:12,5%Tb(III)