CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
3.4. Ảnh hưởng của bismuth đến tính chất quang của vật liệu
3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của bismuth đến cường độ phát xạ của vật liệu GdVO 4 :Eu
Trên cơ sở đã nghiên cứu tính chất quang học của các loại vật liệu bằng phương pháp phổ huỳnh quang, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của ion Bi(III) đến tính chất quang của các loại vật liệu. Đối với vật liệu pha tạp ion Eu(III), chúng tôi lựa chọn vật liệu GdVO4:Eu vì có cường phát xạ đỏ
5D0-7F2 trội, thời gian sống dài hơn vật liệu YVO4:Eu. Còn đối với vật liệu pha tạp ion Tb(III), chúng tôi lựa chọn tiếp tục khảo sát sự ảnh hưởng của ion Bi(III) đến tính chất quang của vật liệu GdPO4:Tb vì chúng có đặc tính thú vị như đã trình bày ở trên.
Hình 3.79. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdVO4: 5%Eu, x%Bi nung ở 900oC
Hình 3.79 trình bày phổ huỳnh quang của vật liệu GdVO4:5%Eu, x%Bi.
Dưới bước sóng kích thích 313 nm, các mẫu vật liệu GdVO4:5%Eu với nồng độ
ion Bi(III) đồng pha tạp khác nhau đều thể hiện các chuyển dời đặc trưng của ion Eu(III) là 5D0-7FJ (J=1-4) trong đó phát xạ 5D0 - 7F2 trội hơn so với các chuyển dời còn lại và việc thêm Bi(III) không làm ảnh hưởng đến các chuyển dời phát xạ đặc trưng của ion Eu(III). Kết quả nhận được ở đồ thị cường độ của chuyển dời 5D0 - 7F2 phụ thuộc vào nồng độ Bi(III) trong hình 3.79 cho thấy: khi tăng nồng độ ion đồng pha tạp Bi(III) từ 1 đến 3% mol thì cường độ phát xạ quang tăng dần nhưng khi nồng độ Bi(III) vượt quá 3 mol% thì cường độ huỳnh quang lại giảm dần. Trong nghiên cứu này, nồng độ tối ưu của ion đồng pha tạp Bi(III) là 3 mol%. Sự suy giảm cường độ huỳnh quang cũng được giải thích là do sự truyền năng lượng giữa các ion khi khoảng cách giữa các ion ngắn dần và hạn chế quá trình phục hồi năng lượng về trạng thái cơ bản.
Hình 3.80. Phổ huỳnh quang của vật liệu GdVO4: 5%Eu và GdVO4: 5%Eu, 3%Bi
Kết quả so sánh phổ huỳnh quang của hai mẫu vật liệu GdVO4:5%Eu và GdVO4: 5%Eu, 3%Bi (hình 3.80) cho thấy sự có mặt của ion Bi(III) trong thành phần vật liệu phần nào làm tăng cường độ phát quang lên hơn 3,7 lần mà vẫn giữ nguyên được các phát xạ đặc trưng.
Từ dữ liệu phổ huỳnh quang ở hình 3.80, chúng tôi tính toán được hiệu suất lượng tử của hai loại vật liệu GdVO4: 5%Eu và GdVO4: 5%Eu, 3%Bi nhằm đánh giá hiệu suất phát quang của một vật liệu, đại lượng này được đo bằng tỉ số giữa số photon phát ra và số photon bị vật liệu hấp thụ trong trong cùng thời gian. Hiệu suất lượng tử được tính theo công thức: exp
. Trong đó
cal
τexp là thời gian sống thực nghiệm, τcal là thời gian sống tính toán được thông qua lý thuyết Judd-Ofelt. Giá trị hiệu suất lượng tử của hai loại vật liệu GdVO4: 5%Eu và GdVO4: 5%Eu, 3%Bi lần lượt là 63% và 66%. Kết quả cho thấy, hiệu suất lượng tử của vật liệu GdVO4 pha tạp ion Eu(III) có giá trị cao.
Đặc biệt, khi đồng pha tạp 3% ion Bi(III), không chỉ cường độ huỳnh quang cải thiện 3,7 lần mà hiệu suất lượng tử cũng tăng lên 3%.
Vật liệu GdVO4:5%Eu, 3%Bi được chọn để tiến hành thử nghiêm trong việc in bảo mật vì vật liệu này có tỉ lệ phân nhánh của phát xạ ánh sáng đỏ rất cao, thời gian sống huỳnh quang tương đối dài. Bên cạnh đó, kỹ thuật in lụa được chúng tôi lựa chọn thử nghiệm vì đây kỹ thuật in phổ biến nhất trong in ấn thương mại vì có chất lượng hình ảnh cao, độ nét lớn.
Mực in bảo mật gồm các thành phần sau: GdVO4:5%Eu, 3%Bi (5 wt%), dung môi Toluene (93 wt%) và chất liên kết poly methyl methacrylate (2 wt
%). Sản phẩm của in bảo mật mà TEM chống hàng giả cho công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Sunwindow.
Hình 3.81. Mẫu TEM bảo mật dùng cho công ty Sunwindow (tại Cần Thơ)