3.2. Tính chất quang của bột huỳnh quang ZnAl 2 O 4 pha tạp Mn
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp Mn 4+ đến tính chất quang của vật liệu.38 KẾT LUẬN
Vật liệu huỳnh quang ZnAl2O4 pha tạp ion Mn4+ mà chúng tôi tổng hợp được có cấu trúc tinh thể phụ thuộc cả vào nhiệt độ thiêu kết và nồng độ pha tạp ion Mn4+, do đó tính chất quang của chúng không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ thiêu kết mà còn phụ thuộc cả vào nồng độ pha tạp ion Mn4+. Trên cơ sở đó, để khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ pha tạp đến tính chất quang của vật liệu với mục đích tìm ra nồng độ pha tạp tối ưu cho nhóm vật liệu này, chúng tôi đã tiến hành đo phổ huỳnh quang của vật liệu tổng hợp được ở nhiệt độ thiêu kết 8000C với tỷ lệ nồng độ pha tạp Mn4+ từ 0,5-7 %.
1.8x104 1.6x104 1.4x104
PL300,Mn0,5,800 PL300,Mn1,800 PL300,Mn3,800 PL300,Mn5,800 PL300,Mn7,800
1.2x104 1.0x104 8.0x103 6.0x103 4.0x103 2.0x103
400 500 600 700 800 900 1000
B•íc sãng (nm)
Hình 3.7. Phổ huỳnh quang của bột ZnAl2O4 pha tạp ion Mn4+từ 0,5 ÷ 7 %, ủ ở nhiệt độ 800oC trong khoảng thời gian 3 giờ, đo ở nhiệt độ phòng dưới
bước sóng kích thích 300 nm
Phổ PL được kích thích bởi bước sóng 300nm ở nhiệt độ 800oC trong khoảng thời gian 3 giờ (hình 3.7) cho thấy một dải phổ rộng trong đó đỉnh phát xạ chính 670nm (phát xạ đỏ). Khi tăng nồng độ từ 0,5% đến 1% thì cường độ huỳnh quang tăng, nồng độ Mn tăng thì cường độ giảm. Điều này được lý giải như sau: Ở nồng độ pha tạp đủ lớn, các ion Mn pha tạp gần nhau,
.l)v.
t(
®. d oCường độ (đ.t.v.l)
có thể dẫn đến sự truyền năng lượng giữa các ion Mn với nhau và kết quả là giảm cường độ huỳnh quang. Hiện tượng này gọi là hiện tượng dập tắt huỳnh quang do nồng độ, được mô tả như hình 3.8.
Hình 3.8. Hiện tường truyền năng lượng giữa các ion pha tạp và dẫn đến suy giảm cường độ phát xạ của các mẫu (hiện tượng dập tắt huỳnh quang)
PL390,Mn0,5,800 PL390,Mn1,800
1.5x104
PL390,Mn3,800 PL390,Mn5,800 PL390,Mn7,800
1.0x104
5.0x103
400 500 600 700 800 900
B•íc sãng (nm)
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của bột ZnAl2O4 pha tạp ion Mn4+từ 0,5 ÷ 7 %, ủ ở nhiệt độ 800oC trong khoảng thời gian 1 giờ, đo ở nhiệt độ phòng dưới
bước sóng kích thích 390 nm.
Phổ PL được kích thích bởi bước sóng 390nm ở nhiệt độ 800oC trong khoảng thời gian 1 giờ (hình 3.9) cho thấy một dải phát xạ rộng từ 500-800nm trong đó các đỉnh phát xạ chính 530, 670nm. Các đỉnh phát xạ có thể có nguồn gốc như sau:
- Đỉnh phát xạ 530nm (phát xạ xanh lục) nguồn gốc của đỉnh phát xạ này được giải thích liên quan đến sự dịch chuyển điện tử từ trạng thái kích thích
4T1 về trạng thái 6A1 của ion Mn2+ của mạng nền ZnAl2O4.
- Đỉnh phát xạ 670nm (phát xạ đỏ) nguồn gốc của đỉnh phát xạ này được giải thích liên quan đến sự dịch chuyển điện tử từ trạng thái kích thích 2E về trạng thái 4A2g của ion Mn4+ của mạng nền ZnAl2O4.
Kết quả phổ huỳnh quang hình 3.9 tại 800oC với các nồng độ Mn khác nhau cho thấy khi tăng nồng độ từ 0,5% đến 1% thì cường độ huỳnh quang tăng, nồng độ Mn tăng thì cường độ giảm. Điều này được lý giải như sau: Ở nồng độ pha tạp đủ lớn, các ion Mn pha tạp gần nhau, có thể dẫn đến sự truyền năng lượng giữa các ion Mn với nhau và kết quả là giảm cường độ huỳnh quang.
KẾT LUẬN
Từ kết quả thu được chúng tôi rút được một số kết luận sau:
1. Tổng hợp thành công vật liệu phát quang ZnAl2O4: Mn bằng phương pháp sol-gel với quy trình tổng hợp vật liệu ổn định, các hạt tạo thành đều là đơn pha và có kích thước nanomet.
2. Kết quả khảo sát phổ huỳnh quang cho thấy: Khi kích thích bước sóng 390nm thì bột huỳnh quang chế tạo được phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ ở bước sóng cực đại là 670nm, ngoài ra phát xạ vùng ánh sáng xanh lục 530nm.
3. Đã khảo sát được nhiệt độ ủ mẫu và nồng độ Mn pha tạp tối ưu để vật liệu thu được có cường độ huỳnh quang lớn nhất. Nhiệt độ ủ mẫu tối ưu là 800oC và nồng độ Mn tối ưu là 1%.
Tiếng việt