Dựa vào lý thuyết cũng như cỏc kết quả đo phổ phỏt quang và phổ huỳnh quang của cỏc vật liệu Al2O3: Ln3+ thay đổi theo nhiệt độ nung cũng như theo nồng độ pha tạp. Bước đầu chỳng tụi cú thể nhận định cơ chế phỏt quang của của vật liệu là cỏc tõm phỏt quang RE3+ nhận được năng lượng kớch thớch thụng qua quỏ trỡnh truyền năng lượng từ mạng chủ (S) hấp thụ được từ nguồn kớch thớch [3],[8], [23].
Sơ đồ giải thớch cho quỏ trỡnh như sau: S + hυkt (S)*
(S)* + RE3+ (RE3+)* + S (RE3+)* RE3+ + hυpq
Trong đú: * đặc trưng cho trạng thỏi kớch thớch, υkt và υpq tương ứng với tần số của ỏnh sỏng kớch thớch và chuyển dời bức xạ phỏt quang (υkt > υpq: định luật Stocke).
Tuy nhiờn cú thể xảy ra khả năng với xỏc suất bộ hơn, cỏc ion RE3+ nhận năng lượng kớch thớch trực tiếp từ nguồn kớch thớch, để chuyển lờn trạng thỏi kớch thớch cao hơn và quỏ trỡnh phục hồi của nú về cỏc trạng thỏi cơ bản, tạo nờn cỏc chuyển dời bức xạ quang phỏt quang. Mụ hỡnh giải thớch cho cơ chế này cú thể được mụ tả như sau:
RE3+ + hυkt (RE3+)* (RE3+)* RE3+ + hυpq
Trong trường hợp của ion Nd3+, cỏc bước chuyển dời của Neodim chịu ảnh hưởng lớn của trường tinh thể, trong khi đú cỏc bước chuyển dời của Eu3+ thỡ ngược lại. Dựa vào việc Nd3+ chịu ảnh hưởng của trường tinh thể ta cú thể tỡm cỏc nền thớch hợp để pha tạp Neodim cú thể cho ra những ỏnh sỏng phỏt quang thớch hợp trong chừng mực cho phộp sự chuyển dịch cỏc bước chuyển dời.
Để cú thể cỏc nhận định chớnh xỏc hơn về cơ chế phỏt quang của vật liệu phỏt quang cần phải cú cỏc bước nghiờn cứu sõu sắc hơn với nhiều phộp đo tỉ mĩ hơn, khảo nhiều yếu tố hơn để cỏc kết quả cú độ lặp lại cao hơn. Do điều kiện về thời gian chỳng tụi chưa thực hiện được.
KẾT LUẬN
Qua quỏ trỡnh nghiờn cứu chế tạo vật liệu phỏt quang chứa nguyờn tố đất hiếm chỳng tụi nhận thấy cỏc yếu tố ảnh hưởng đến hệ vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 pha tạp nguyờn tố đất hiếm húa trị ba khỏ rừ rệt.
1. Thời gian làm muồi gel vật liệu ảnh hưởng lớn đến cường độ phỏt quang của vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 pha tạp ion Ln3+. Thời gian làm muồi thớch hợp để tổng hợp vật liệu Al2O3: Eu3+ hoặc Nd3+ tốt nhất là 3 ngày.
2. Nhiệt độ nung thớch hợp để chuyển pha vật liệu Al2O3: Eu3+ hoặc Nd3+ là 10000C, lỳc này Al2O3 tồn tại đồng thời cả 2 pha: γ- Al2O3 và α- Al2O3.
3. Cường độ phỏt quang của vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ pha tạp ion đất hiếm (III). Trong trường hợp ion Eu3+ pha tạp trong vật liệu phỏt quang cú tỷ lệ càng lớn thỡ cường độ phỏt quang càng mạnh. Cường độ phỏt quang của vật liệu phỏt quang chứa Eu(III) tốt nhất là 2% mol Eu3+. Nhưng khi pha tạp ion Nd3+ trong vật liệu phỏt quang thỡ cú giới hạn rừ rệt. Cường độ phỏt quang tốt nhất của vật liệu phỏt quang là 0,5% mol Nd3+, cỏc khoảng nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn đều giảm cường độ phỏt quang của vật liệu.
Cường độ phỏt quang của vật liệu phỏt quang chứa đồng pha tạp Eu(III) và Nd(III) phụ thuộc nhiều vào bản chất của ion pha tạp Eu(III) và khả năng phỏt quang của Eu(III) là mạnh hơn Nd(III) trong vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 pha tạp Eu(III) và Nd(III).
4. Đó chế tạo được vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 pha tạp ion đất hiếm: - Vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 pha tạp Eu3+, cú bước súng phỏt quang tương ứng là: λ = 580,151nm; 591,841nm; 616,909nm.
- Vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 pha tạp Nd3+, cú bước súng phỏt quang tương ứng là: λ = 562,498 nm; 599,708 nm; 646,853 nm.
- Vật liệu phỏt quang trờn nền Al2O3 pha tạp hỗn hợp Eu3+ và Nd3+, cú bước súng phỏt quang đặc trưng chủ yếu của Eu3+ tại λ = 616,577 nm với cường độ mạnh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Vũ Đăng Độ, Triệu Thị Nguyệt (2009), Húa học Vụ cơ, Quyển 2 cỏc nguyờn tố d và f, NXB Giỏo dục, Hà Nội.
2. Đinh Văn Long (2008), Nghiờn cứu chế tạo vật liệu phỏt quang chứa Neodim, Luận văn Thạc sĩ Húa học, ĐHSP – ĐH Huế.
3. Đinh Xuõn Lộc, Nguyễn Vũ (2010), “Tổng hợp vật liệu phỏt quang CePO4: Tb cú kớch thước nanomet”, Tạp chớ Húa học, 48 (4A), tr 146 – 151.
4. Phạm Đức Roón, Nguyễn Thế Ngụn (2008), Húa học cỏc nguyờn tố hiếm và phúng xạ, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội.
5. Nguyễn Mạnh Sơn (2007), Đặc trưng phỏt quang của Europium trong halophotphat canxium, Kỷ yếu hội thảo khoa học: Nguyờn tố đất hiếm, chiết tỏch, phõn chia và ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm – ĐH Huế, Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Cụng nghệ Việt Nam, tr.69 – 74.
6. Phan Văn Tường (2005), Giỏo trỡnh Vật liệu Vụ cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn, Đại học Quốc gia, Hà Nội.
7. Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Cụn (1977), “Sự phỏt triển của ngành khoa học đất hiếm Việt Nam”, Tạp chớ Húa học, 35(3B), tr.3 – 7.
Tiếng Anh
8. Abram B. L. (2001), Temperature and vacuum abiemt effects on the cathodeluminescence degradation on sulfit – based thin film and power phosphor,
University of Florida, USA.
9. Alombert G. – Goget, Gomer N., Obriot J., Rammal A., Chaussedent S., Monteil A., Portales H., Chiasera A., Ferrari M. (2005), “Aluminum effect on photoluminescence properties of sol – gel – derived Eu3+- activated silicate glasses”,
10. Blasse G. (1975), “Influence of local charge compensation on site occuppation and luminescence of apaties”, J. Solid Sate Chem, pp. 181 – 184. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
11. Blasse G. Grabmaier B. C. (1994), Luminescent Materials, Spinger – Verlag, Berlin Heidelberg.
12. Bruce H. T. Chai, John Nicholls, George B Luotts (1995), Neodymium doped Sr5(PO4)3 and Sr(VO4)3, J. Acta Cryst, C51, pp. 549 – 551.
13. Budin J. P, Michel JC, Auzel F (1979), “Oscillator – Strengths and laser effect in Na2Nd2Pb6(PO4)6Cl2 (chlorooapatite), a new high – Nd – Cocentration laser material”, J. Appl, 50, pp. 641 – 646.
14. Budin J. P, Neubauer M. Rondot M. (1978), “Miniature Nd – pentaphosphate laser with bonded mirrors side pumped with low – current – density LEDS”, Appl Phys Lett, 33: pp. 309 – 311.
15. Dhiraj K. Sardar and Peter D. Bella (1994), “Optical characterization of Nd3+: Sr5(VO4)3F”, Division of Earth Physical Sciences, The University of Texas at San Antonio, San Antonio, Texas, pp. 78 – 92.
16. J. Freim et al (1994), Nanostructured Materials, 4(4), pp. 371 – 385 . 17. Heesun Yang, Sooyeon Seo, Mostafa Abboudi and Paul H. Holloway (2007), “Synthesis and luminescent properties of rare earth – doped YVO4 nanocrystalline Powders”, Journal of Ceramic Processing research, 8(4), pp. 256 – 260.
18. Massabni A. M. G., G. J. M. Montandon, M. A. Couto dos Santos (1998), “ Synthesis and luminescence Spectroscopy of YndO4 doped with Eu(III)”,
Mat.Res, Vol.1, pp. 231 – 235.
19. R.Mazelsky (1970), “Fluorapatit laser material doped with Neodymium and manganese”, J Fluoresc, 2, pp. 342 – 346.
20. M. A. F. Monterio, H. F. Brito, M. C. F. C. M. Felinto, G. E. S. Brito, E. E. S. Teotonio, F. M. Vichi, R. Stefani (2008), Photoluminescence behavior of Eu3+
ion doped into γ và α- alumina systemspreparedby combustion, ceramic and Pechini methods, Microporous and Mesoporous 108, p.237 – 246.
21. T. Matsuzawa, Y. Aoki, N. Takeichi and Y. Murayama (1996), A new long phosphorescent phosphor with brightness SrAl2O4: Eu2+, Dy3+, J. Electrochem. Soc, pp. 143 – 2670.
22. E. Nakazawa, T. Mochida (1997), Traps in SrAl2O4: Eu3+ phosphor with rare earth ion doping, J. Lum. Pp. 72 – 74, 236 – 237.
23. Owelties J. L. (1996), “Luminescence and phosphors in modern materials”, J. Academic Press – New York – USA, pp. 161.
24. Ozawa L. (2007), Cathodoluminescence and photoluminescences theories and practical application, University of New York, USA.
25. Sommerdijk J. L., Bril A.(1976), “ Position of D-5(0) level of Eu3+ in AMGF ( A= K, Rb, Cs)”, J. Lumin, pp. 669 – 673.
26. H. Yamamoto, T. Matsuzawa (1997), Mechanism of long phosphorescence of SrAl2O4: Eu3+, Dy3+ và CaAl2O4: Eu3+, Dd3+, J. Lum. pp.72 – 74, 287 – 289.