nệmCcệC nệmCcệC
3.2.5 Đặc trưng nhiệt phỏt quang
Trong cấu trỳc vật liệu núi chung và cỏc vật liệu phỏt quang núi riờng luụn tồn tại cỏc sai hỏng. Cú nhiều nguyờn nhõn gõy ra sai hỏng, nhưng nhỡn chung cú thể quy về một trong cỏc nguyờn nhõn sau:
- Nguyờn nhõn đầu tiờn là do sai hỏng cấu trỳc vốn cú của mạng nền, đõy là nguyờn nhõn khỏch quan. Tuy nhiờn sự sai hỏng do mạng nền thường khụng lớn.
- Nguyờn nhõn thứ hai: đõy là nguyờn nhõn chủ yếu và cú tớnh mục đớch. Cỏc tạp chất được pha tạp vào mạng nền với một lượng nhất định để cú thể tạo ra những hiệu ứng mong đợi mà khụng phỏ vỡ cấu trỳc của mạng chủ. Chớnh sự pha tạp cú chủ đớch này đó gúp phần sinh ra sai hỏng trong cấu trỳc tinh thể.
Đối với vật liệu silicate kẽm, khi pha tạp cỏc ion Mn2+, Eu2+ vào mạng nền, ngoài việc đúng vai trũ là tõm kớch hoạt trong quỏ trỡnh quang phỏt quang, chỳng cũn cú thể phỏ vỡ cấu trỳc tuần hoàn cục bộ của mạng tinh thể dẫn đến việc xuất hiện cỏc mức năng lượng định xứ trong vựng cấm trờn giản đồ vựng năng lượng của mạng nền. Cỏc mức định xứ này giữ vai trũ bẫy cỏc
điện tử và lỗ trống, đõy là nguyờn nhõn chớnh gõy hiện tượng nhiệt phỏt quang. Nhiệt phỏt quang là sự phỏt quang cưỡng bức nhiệt của cỏc chất dưới tỏc dụng kớch thớch của bức xạ ion húa (Thermally Stimulated Luminescence- TSL hay Thermoluminescence-TL). Hiện tượng TL đó và đang trở thành cơ sở cho nhiều ứng dụng thực tiễn như đo liều bức xạ, định tuổi cổ vật, tuổi địa chất...
Vỡ vậy, việc khảo sỏt hiện tượng TL đối với vật liệu Zn2SiO4: Mn2+, Zn2SiO4: Eu3+ là cần thiết để cú thể xỏc định cỏc mức năng lượng định xứ. Phộp đo được thực hiện trờn hệ đo HARSHAW-TLD 3500 của Phũng Quang phổ và Ngọc học thuộc Viện Khoa học Vật liệu Hà Nội. Quỏ trỡnh đo mẫu được thực hiện với hai chế độ đo:
1. Đo mẫu khụng cú chiếu xạ (chỉ cú ỏnh sỏng tự nhiờn)
2. Đo mẫu khi cú chiếu xạ đốn D2, thời gian chiếu 20 giõy, với tốc độ gia nhiệt là 2 oC/s.
Hỡnh 3.22 là cỏc đường cong nhiệt phỏt quang tớch phõn của mẫu Zn2SiO4: Mn2+ đo ở hai chế độ đo khỏc nhau.
Trong trường hợp khụng chiếu xạ, đường cong TL của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+ cú cường độ rất yếu, cực đại bức xạ ứng ở nhiệt độ 210 oC. Khi được chiếu xạ đốn D2, đường cong nhiệt phỏt quang của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+
khụng đơn thuần là đỉnh đơn, mà là chồng chập của nhiều đỉnh, với một đỉnh chớnh cú cường độ cực đại tại nhiệt độ 100 oC, và cú một vai tại 145 oC. Như vậy, cú thể coi vật liệu Zn2SiO4: Mn2+ cú hai đỉnh TL, tương ứng ở khoảng 100 oC (đỉnh 1) và 210 oC (đỉnh 2).
100 200 3000 0
1x106
2x106
3x106 (2) (1) : không chiếu (2) : chiếu đèn D 2 (1)x30 I TL (đ vt đ) Nhiệt độ ( oC )
Hỡnh 3.22: Đường cong nhiệt phỏt quang tớch phõn của mẫu Zn2SiO4: Mn2+(9 %mol). (1): khụng chiếu xạ, (2): chiếu xạ.
Trờn đường cong nhiệt phỏt quang tớch phõn, cường độ đỉnh 2 bộ hơn nhiều so với đỉnh 1. Vai ở phớa nhiệt độ cao của đỉnh 1 cú thể do sự dịch chuyển đỉnh của đỉnh 2 khi liều chiếu xạ tăng sinh ra. Năng lượng kớch hoạt của hai đỉnh này được xỏc định bằng phương phỏp dạng đỉnh (đỉnh 1) hoặc vựng tăng ban đầu. Năng lượng kớch hoạt tớnh toỏn được liệt kờ ở bảng 3.5.
Bảng 3.5: Cỏc thụng số động học TL của mẫu Zn2SiO4: Mn2+
Đỉnh
Năng lượng kớch hoạt E (eV) Phương phỏp vựng
tăng ban đầu Phương phỏp dạng đỉnh ( R. Chen)
k E
E (eV) T1 ( oC) Tmax ( oC) E (eV)
1 8047 0,69 79 102 0,82
2 11519 0,99
Theo phương phỏp vựng tăng ban đầu, ở nhiệt độ đủ thấp nồng độ hạt tải giải phúng khỏi bẫy khụng đỏng kể nờn phần tăng ban đầu của đường cong
TL được biểu diễn theo hàm I(T) =const.exp(−E/kT). Vỡ thế, khi vẽ đồ thị
Ln(I) theo 1/T thỡ trờn vựng tăng ban đầu này ta sẽ thu được đường thẳng với hệ số gúc -E/k như hỡnh 3.23. Từ đú năng lượng E sẽ tớnh được và liệt kờ ở bảng 3.5. 0.0023 0.0024 0.0025 6 8 Y =34 - 11519 X Ln ITL 1/T (K-1 ) đ ờng thực nghiệm đ ờng làm khít tuyến tính hệ số hồi quy 0.997 0.0028 0.0029 0.0030 12 13 14 Y =36 - 8047 X Ln ITL 1/T (K-1 ) : đ ờng thực nghiệm : đ ờng làm khít tuyến tính hệ số hồi quy 0.999
Hỡnh 3.23: Đồ thị LnI = f (1/T) của cỏc mẫu để xỏc định hệ số gúc - E/ k. (a): khụng chiếu xạ (đỉnh 2), (b): cú chiếu xạ (đỉnh1)
Khi tăng liều chiếu, vị trớ bức xạ dịch chuyển về phớa nhiệt độ thấp. Tuy nhiờn, dạng phổ của mẫu Zn2SiO4: Mn2+ chiếu xạ khụng đơn thuần là đỉnh đơn bậc hai, mà cú thể chồng chập của nhiều phổ nờn năng lượng kớch hoạt E tớnh toỏn được cú sự chờnh lệch so với năng lượng tớnh theo vựng tăng ban đầu.