Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu các đặc trưng phát quang của vật liệu aluminate đồng pha tạp ion eu2 mn2 sm3

Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu các đặc trưng phát quang của vật liệu aluminate đồng pha tạp ion eu2, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất

Trường đại học

Đại học Đà Nẵng

Chuyên ngành

Vật lý học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

khóa luận tốt nghiệp

2018

53
4
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG

1.1. Hiện tượng phát quang

1.1.1. Khái niệm về hiện tượng phát quang

1.2. Phân loại hiện tượng phát quang

1.2.1. Phân loại theo tính chất động học của những quá trình xảy trong chất phát quang

1.2.2. Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau khi ngừng kích thích

1.2.2.1. Quá trình huỳnh quang (Fluorescence)
1.2.2.2. Quá trình lân quang (Phosphorescence)

1.2.3. Phân loại theo phương pháp kích thích

1.2.4. Phân loại theo cách thức chuyển dời từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản

1.3. Cơ chế của hiện tượng phát quang

1.3.1. Phát quang của nguyên tử

1.3.2. Phát quang của phân tử

1.4. Những định luật cơ bản về sự phát quang

2. CHƯƠNG II: TÍNH CHẤT PHÁT QUANG CỦA PHOSPHOR TINH THỂ

2.1. Cấu trúc của phosphor tinh thể

2.2. Phổ hấp thụ của phosphor tinh thể

2.3. Phổ bức xạ của phosphor tinh thể

2.4. Bản chất phát quang của phosphor tinh thể

2.5. Sự phát quang của phosphor tinh thể là phát quang tái hợp

2.6. Cơ chế bẫy và khử bẫy

2.6.1. Động học của quá trình bẫy

2.6.2. Cơ chế khử bẫy

2.7. Phương pháp chế tạo phosphor tinh thể lân quang dài

2.8. Cơ chế tăng thời gian phát quang

2.9. Sự truyền năng lượng phát quang

3. CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ ION ĐẤT HIẾM, ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

3.1. Ion đất hiếm

3.1.1. Khái quát chung về nguyên tố đất hiếm

3.1.2. Tính chất lý - hóa học của các nguyên tố đất hiếm

3.1.3. Chuyển dời quang học của Eu2+

3.2. Ion kim loại chuyển tiếp

3.2.1. Sơ lược về các ion chuyển tiếp

3.2.2. Chuyển dời quang học của Mn2+

4. CHƯƠNG IV: THỰC NGHIỆM

4.1. Chế tạo mẫu

4.1.1. Các bước chế tạo mẫu

4.1.2. Các mẫu đã chế tạo

4.2. Các khảo sát quang phổ và thảo luận kết quả

4.2.1. Phổ phát quang của mẫu A1: BaAl2O4 đồng pha tạp các ion Mn2+ 2%, Eu2+0%, Sm3+2% với bước sóng kích thích 365nm

4.2.2. Phổ phát quang của mẫu A2: BaAl2O4 đồng pha tạp các ion Mn2+ 2%, Eu2+0.5%, Sm3+ 2% với bước sóng kích thích 365nm

4.2.3. Phổ phát quang của mẫu A3: BaAl2O4 đồng pha tạp các ion Mn2+ 2%, Eu2+1%, Sm3+ 2% với bước sóng kích thích 365nm

4.2.4. Phổ phát quang của mẫu A4: BaAl2O4 đồng pha tạp các ion Mn2+ 2%, Eu2+1.5%, Sm3+ 1% với bước sóng kích thích 365nm

4.2.5. Phổ phát quang của mẫu A5: BaAl2O4 đồng pha tạp các ion Mn2+ 2%, Eu2+ 2%, Sm3+ 1% với bước sóng kích thích 365nm

4.2.6. Sự phụ thuộc của cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp của ion Eu2+ trong nền BaAl2O4

4.2.7. Phổ phát quang của mẫu A6: BaAl2O4: Mn2+ 2%, Eu2+ 2%, Sm3+ 1.5% với bước sóng kích thích 365nm

4.2.8. Phổ phát quang của mẫu A6: BaAl2O4: Mn2+ 0%, Eu2+ 2%, Sm3+ 1.5% với bước sóng kích thích 365nm

4.2.9. Sự phụ thuộc của cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp của ion Sm3+ trong nền BaAl2O4

4.2.10. So sánh phổ phát xạ của các mẫu khi thay đổi nồng độ của chất pha tạp

4.2.11. So sánh phổ phát quang của mẫu A6 khi thay đổi bước sóng kích thích

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu aluminate

Vật liệu aluminate là một nhóm vật liệu quan trọng trong lĩnh vực khoa học vật liệu, đặc biệt là trong nghiên cứu phát quang. Chúng có khả năng phát quang tốt nhờ vào cấu trúc tinh thể ổn định và khả năng hấp thụ năng lượng từ các ion tạp. Việc pha tạp các ion như Eu2+, Mn2+, và Sm3+ vào trong mạng lưới aluminate không chỉ cải thiện tính chất quang học mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong công nghệ chiếu sáng và hiển thị. Theo nghiên cứu, các ion này có thể tạo ra các màu sắc phát quang khác nhau, từ đó nâng cao hiệu suất và tính đa dạng của vật liệu phát quang. Sự kết hợp giữa các ion này trong vật liệu aluminate đã được chứng minh là có thể tạo ra các hiệu ứng phát quang độc đáo, làm cho chúng trở thành một chủ đề nghiên cứu hấp dẫn trong khoa học vật liệu.

II. Đặc trưng phát quang của ion Eu2 Mn2 Sm3

Các ion Eu2+, Mn2+, và Sm3+ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất phát quang của vật liệu aluminate. Ion Eu2+ thường được biết đến với khả năng phát quang mạnh mẽ trong vùng ánh sáng khả kiến, trong khi Mn2+ có thể tạo ra ánh sáng màu vàng đến đỏ. Sự kết hợp của các ion này trong vật liệu aluminate không chỉ tạo ra phổ phát quang phong phú mà còn ảnh hưởng đến thời gian phát quang. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi nồng độ của các ion này thay đổi, cường độ phát quang cũng thay đổi theo, cho thấy sự phụ thuộc mạnh mẽ vào nồng độ tạp chất. Điều này mở ra khả năng điều chỉnh tính chất quang học của vật liệu, từ đó tạo ra các ứng dụng trong công nghệ LED và các thiết bị quang học khác.

III. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Nghiên cứu về đặc trưng phát quang của vật liệu aluminate pha tạp ion Eu2+, Mn2+, và Sm3+ được thực hiện thông qua các phương pháp thực nghiệm hiện đại. Các mẫu vật liệu được chế tạo bằng cách sử dụng phương pháp nung nóng và đồng pha tạp các ion vào trong mạng lưới aluminate. Sau đó, các mẫu này được khảo sát bằng các kỹ thuật quang phổ để xác định phổ phát quang và các đặc trưng quang học khác. Kết quả cho thấy rằng, sự thay đổi nồng độ của các ion tạp ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ và thời gian phát quang của vật liệu. Điều này chứng tỏ rằng việc nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện chế tạo là rất quan trọng để phát triển các vật liệu phát quang hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng của vật liệu phát quang aluminate

Vật liệu phát quang aluminate pha tạp ion Eu2+, Mn2+, và Sm3+ có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chiếu sáng như đèn LED, đèn huỳnh quang, và các thiết bị hiển thị. Nhờ vào khả năng phát quang mạnh mẽ và hiệu suất cao, các vật liệu này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe con người. Hơn nữa, nghiên cứu về các vật liệu này còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các công nghệ quang học tiên tiến, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội hiện đại.

25/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển kh ng ngừng của khoa học c ng nghệ đã k ch th ch con ngƣời tìm tòi và phát minh ra những điều mới lạ đế đáp ng nhu cầu thiết yếu cho nhân loại. Một trong số đó là tìm hiểu những t nh chất vƣợt bậc có t nh ng dụng thực tiễn của các vật liệu phát quang vào sự tiến bộ khoa học. Bên cạnh những ng dụng rất quan trọng nhƣ trong th ng tin quang, trong y học, trong quân sự,… thì vật liệu phát quang đóng vai trò rất quan trọng trong việc chế tạo các loại đèn huỳnh quang, đèn LED, đó là các loại đèn chiếu sáng có hiệu suất cao, tiết kiệm năng lƣợng và t gây nguy hại cho s c khỏe con ngƣời.

Trong đề tài này, t i quan tâm đến nhóm vật liệu phát quang là Aluminate pha tạp các nguyên tố đất hiếm và ion kim loại chuyển tiếp. Một số ion đất hiếm Sm3+, Eu2+ và ion kim loại chuyển tiếp nhƣ Mn2+. Nếu so với các ion th ng thƣờng thì các ion của các chất ph c có thể hấp thụ nhiều tần số khác nhau và vì thế mà có thể quan sát thấy nhiều màu khác nhau. Chế tạo vật liệu phát quang là một trong những định hƣớng c ng nghệ cao mà con ngƣời đang hƣớng đến.

Hiện nay nhiều nghiên c u tập trung vào việc tổng hợp các vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm, vì khả năng đáp ng tốt nhu cầu trong thực tế. Ch nh vì thế mà nhu cầu khám phá và tìm kiếm những vật liệu phát quang hữu hiệu hơn. Trong phạm vi khóa luận này t i chọn đề tài: “ Nghiên cứu các đặc trưng phát quang của vật liệu Aluminate đồng pha tạp ion Eu2+, Mn2+, Sm3+ ”. Mục đích nghiên cứu - Khảo sát phổ của vật liệu Aluminate đồng pha tạp ion Eu2+, Mn2+, Sm3+.

- Kiểm tra t nh chất phát quang của vật liệu Aluminate có sự pha tạp của ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ và ion đất hiếm Eu2+, Sm3+. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định đƣợc phƣơng pháp cân mẫu và xây dựng quá trình chế tạo vật liệu. - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, c ng dụng và cách sử dụng các thiết bị phục vụ quá trình chế tạo và hoàn thành mẫu vật liệu. Lê Văn Thanh Sơn 8 SVTH:Nguyễn Thị Thảo Luan van Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý - Tra c u và tổng hợp các tài liệu về lý thuyết vật liệu phát quang và các phổ của vật liệu Aluminate đồng pha tạp Eu2+, Mn2+, Sm3+.

- Nghiên c u ng dụng của các vật liệu trong quá trình phát quang và hƣớng phát triển của các vật liệu. - Thu thập, tổng hợp, xử l mẫu vật liệu. - Viết đề tài và chỉnh sửa hoàn chỉnh, bảo vệ đề tài. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.

Đối tƣợng nghiên cứu - Lý thuyết phát quang, hiện tƣợng phát quang, lý thuyết các kim loại chuyển tiếp, ion đất hiếm. - Đối tƣợng nghiên c u: Ion đất hiếm: Eu2+, Sm3+ ion kim loại chuyển tiếp: Mn2+, mạng CaSiO3. Phạm vi nghiên cứu - Chế tạo vật liệu phát quang và khảo sát quá trình phát quang của các ion Eu2+, Mn2+, Sm2+ trong nền Aluminate. Phƣơng pháp ngiên cứu - Phƣơng pháp phân t ch và tổng hợp lý thuyết.

- Phƣơng pháp thực nghiệm. Lê Văn Thanh Sơn 9 SVTH:Nguyễn Thị Thảo Luan van Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG PHÁT QUANG 1. Hiện tƣợng phát quang 1. Khái niệm về hiện tƣợng phát quang Ngƣời ta làm một số th nghiệm, v dụ nhƣ : chiếu tia tử ngoại (UV) có bƣớc sóng λ vào dung dịch rƣợu fluorêxêin thì dung dịch này phát ra ánh sáng màu xanh lục nhạt có bƣớc sóng λ và (λ >λ).

Sự phát sáng biến mất ngay sau khi ngừng k ch th ch ánh sáng tử ngoại. Hay chiếu tia UV và tinh thể ZnS có pha một lƣợng rất nhỏ Cu và Co thì tinh thể cũng phát ra ánh sáng màu xanh lục, ánh sáng này tồn tại khá lâu sau khi ngừng k ch th ch. Hiện tƣợng tƣơng tự cũng xảy ra với nhiều chất rắn, lỏng và chất kh khác đồng thời với các tác nhân k ch th ch. Chúng có tên chung là hiện tƣợng phát quang (Luminescence).

Nhƣ vậy, phát quang là sự b c xạ ánh sáng của vật chất dƣới sự tác động của một tác nhân k ch th ch nào đó kh ng phải là sự đốt nóng th ng thƣờng. Bƣớc sóng của ánh sáng phát quang đ c trƣng cho vật liệu phát quang, nó hoàn toàn kh ng phụ thuộc vào b c xạ chiếu lên đó. Đa số các nghiên c u về hiện tƣợng phát quang đều quan tâm đến b c xạ trong vùng khả kiến, bên cạnh đó cũng có một số hiện tƣợng b c xạ có bƣớc sóng thuộc vùng hồng ngoại (IR) và tử ngoại. Theo Vivalôp “ Hiện tƣợng phát quang là hiện tƣợng các chất phát quang phát ra bức xạ còn dƣ đối với bức xạ nhiệt trong trƣờng hợp bức xạ còn dƣ đó kéo dài trong khoảng thơì gian 10-16(s) hoặc lớn hơn”.

Chất phát quang Trong tự nhiên và nhân tạo có rất nhiều chất có khả năng hấp thụ năng lƣợng từ bên ngoài, sau đó phát ra năng lƣợng duới dạng ánh sáng. Quá trình này đƣợc m tả nhƣ sau: Năng lƣợng đƣợc hấp thụ đƣa đến các phân tử, nguyên tử lên trạng thái k ch th ch. Từ trạng thái k ch th ch của phân tử, nguyên tử nó đƣa về trạng thái cơ bản và b c xạ ánh sáng. Các chất có khả năng biến dạng các năng lƣợng khác nhau (quang năng, điện năng, nhiệt năng,.) thành quang năng đƣợc gọi là chất phát quang.

Lê Văn Thanh Sơn 10 SVTH:Nguyễn Thị Thảo Luan van Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 1. Phân loại hiện tƣợng phát quang 1. Phân loại theo tính chất động học của những quá trình xảy trong chất phát quang Phát quang tâm bất liên tục: là loại phát quang mà những quá trình từ hấp thụ đến b c xạ năng lƣợng đều xảy ra trong cùng một nội tâm nhất định. Tâm này có thể là phân tử, tập hợp phân tử hay ion.

Những quá trình xảy ra trong tâm bất liên tục hoàn toàn độc lập với nhau, sự tƣơng tác giữa những tâm bất liên tục cũng nhƣ ảnh hƣởng m i trƣờng bên ngoài đối với chúng nói chung là kh ng đáng kể. Do vậy, đ c trƣng của phát quang tâm bất liên tục là khả năng phát quangdo những quá trình xảy ra trong nội bộ tâm phát quang quy định mà kh ng có sự tham gia của các tác nhân bên ngoài. Phát quang tái hợp: là loại phát quang trong đó những quá trình chuyển hóa năng lƣợng k ch th ch b c xạ quang học đều có sự tham gia của toàn bộ chất phát quang. Trong phát quang tái hợp vị tr k ch th ch kh ng trùng với vị tr b c xạ và sự trao đổi năng lƣợng từ vị tr k ch th ch đến vị tr b c xạ phải trải qua những vị tr trung gian.

Những quá trình này liên quan đến sự dịch chuyển của những hạt mang điện (điện tử, lỗ trống hay ion) tiến triển qua một số giai đoạn. Đầu tiên khi k ch th ch trong chất phát quang xảy ra quá trình phân ly thành những thành phần mang điện trái dấu, thƣờng thì với những thành phần mới ch kh ng phải với những thành phần bắt đầu phân ly. Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau khi ngừng kích thích Dựa vào thời gian phát quang sau khi ngừng k ch th ch, ngƣời ta phân hiện tƣợng phát quang thành hai loại: Quá trình huỳnh quang (Fluorescence) và quá trình lân quang (Phosphorescence). - Quá trình huỳnh quang: là sự phát quang mà trong đó các phân tử chất huỳnh quang hấp thụ năng lƣợng k ch th ch, chuyển hóa năng lƣợng k ch th ch này thành năng lƣợng của electron ở một số trạng thái lƣợng tử có m c năng lƣợng cao nhƣng kh ng bền trong phân tử.

Sau đó, electron rơi về trạng thái cũ gần nhƣ t c thì khiến photon đƣợc giải phóng. Kết quả là sự phát quang của các chất huỳnh quang kết thúc khi ngừng k ch th ch[1]. Lê Văn Thanh Sơn 11 SVTH:Nguyễn Thị Thảo Luan van Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý - Quá trình lân quang: là sự phát quang mà trong đó phân tử các chất lân quang hấp thụ năng lƣợng k ch th ch, chuyển hóa năng lƣợng k ch th ch này thành năng lƣợng của electron ở một số trạng thái lƣợng tử có m c năng lƣợng cao nhƣng bền vững trong phân tử. Sau đó, electron rơi về trạng thái có m c năng lƣợng thấp hơn một cách chậm chạp, và giải phóng một phần năng lƣợng dƣới dạng photon.

Kết quả là sự phát quang của các chất lân quang kéo dài khá lâu sau khi ngừng k ch th ch[2]. Phân loại theo phƣơng pháp kích thích - Quang phát quang(Photoluminescence-PL): Là loại phát quang k ch th ch bằng chùm tia tử ngoại. - Cathod phát quang(Cathodoluminescence-CAL): Là loại phát quang k ch th ch bằng chùm điện tử. - Điện phát quang(Electroluminescence-EL): Là loại phát quang k ch th ch bằng hiệu điện thế.

- X-ray phát quang(X-ray luminescence-XL): Là loại phát quang k ch th ch bằng tia X. - Hóa phát quang(Chemiluminescence-CL): Là loại phát quang k ch th ch bằng năng lƣợng phản ng hóa học. Phân loại theo cách thức chuyển dời từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản - Phát quang tự phát: Là loại phát quang có các tâm b c xạ tự phát chuyển từ trạng tháik ch th ch về trạng thái cơ bản để phát ra ánh sáng, kh ng cần sự chi phối của một yếu tố nào từ bên ngoài. - Phát quang cƣỡng b c(phát quang cảm ng): Là sự phát quang xảy ra khi các tâm b c xạ chuyển từ trạng thái k ch th ch về trạng thái cơ bản nhờ tác động từ bên ngoài (v dụ: ánh sáng ho c nhiệt độ).

Quá trình nhờ sự tăng nhiệt độ gọi là cƣỡng b c nhiệt hay nhiệt phát quang. - Phát quang tái hợp: Là sự kết hợp lại của các thành phần tâm phát quang bị tách ra khi bị k ch th ch. Lê Văn Thanh Sơn 12 SVTH:Nguyễn Thị Thảo Luan van Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 1. Cơ chế của hiện tƣợng phát quang 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài luận văn tốt nghiệp mang tiêu đề "Nghiên cứu đặc trưng phát quang của vật liệu aluminate pha tạp ion Eu2+, Mn2+, Sm3+" của tác giả Nguyễn Thị Thảo, dưới sự hướng dẫn của Th.S. Lê Văn Thanh Sơn tại Đại học Đà Nẵng, tập trung vào việc phân tích các đặc tính phát quang của vật liệu aluminate khi được pha tạp với các ion Eu2+, Mn2+, và Sm3+. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về tính chất quang học của vật liệu mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghệ chiếu sáng và cảm biến.

Để mở rộng thêm kiến thức về các vật liệu tương tự và ứng dụng của chúng, bạn có thể tham khảo bài viết "Luận án tiến sĩ về cấu trúc nano vàng bạc trên silic trong nhận biết phân tử hữu cơ bằng tán xạ Raman", nơi nghiên cứu về các cấu trúc nano và ứng dụng trong nhận biết phân tử hữu cơ. Bên cạnh đó, bài viết "Luận án tiến sĩ: Tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphene và carbon nitride" cũng sẽ cung cấp thêm thông tin về các vật liệu composite và tính chất quang học của chúng. Cuối cùng, bài viết "Luận án tiến sĩ về tổng hợp và ứng dụng vật liệu carbon hoạt tính" sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các ứng dụng của vật liệu carbon trong công nghệ hiện đại.

Những tài liệu này không chỉ bổ sung cho nghiên cứu của bạn mà còn mở rộng hiểu biết về các lĩnh vực liên quan đến vật liệu và ứng dụng quang học.