0070 vai trò của các tâm bẫy và các khuyết tật trong vật liệu lân quang dài caal2o4 pha tạp các ion đất hiếm luận văn tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐẠI
HỌCHUẾ
TRƯỜNGĐẠIHỌCKHOAHỌC

NGUYỄNNGỌCTRÁC

VAITRÒ CỦACÁC TÂM,BẪY
VÀ CÁC KHUYẾT TẬT TRONG VẬT
LIỆULÂNQUANGDÀICaAl2O4
PHATẠPCÁC IONĐẤTHIẾM

LUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝ

Huế,2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐẠI
HỌCHUẾ
TRƯỜNGĐẠIHỌCKHOAHỌC

NGUYỄNNGỌCTRÁC

VAITRÒ CỦACÁC TÂM,BẪY
VÀ CÁC KHUYẾT TẬT TRONG VẬT
LIỆULÂNQUANGDÀICaAl2O4
PHATẠPCÁC IONĐẤTHIẾM
CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ CHẤT
RẮNMÃSỐ: 62.44.01.04

LUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝ
Ngườihướngdẫn:PGS.TS.NguyễnMạnhSơn

PGS.TS.PhanTiếnDũng


LỜICÁM ƠN
Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng tri ân đến thầy giáo PSG. TS.
NguyễnMạnh Sơn và thầy giáo PGS. TS. Phan Tiến Dũng đã tận tình hướng
dẫn, địnhhướngkhoahọcvàtruyềnđạtchotơinhiềukiếnthứcqbáu,giúptơithựchiệntốtluậnánnày.
Tơi xin chân thành cảm ơn khoa Vật lý, bộ môn Vật lý Chất rắn
trườngĐạih ọ c K h o a h ọ c H u ế c ù n g q u ý t h ầ y c ô g i á o t r o n g k h o a đ ã l u ô n t
ạ o đ i ề u kiệnthuận lợi,giúpđỡvàđộngviêntơitrongsuốt qtrìnhthựchiệnluận án.
Tơi xin cám ơn trường Đại học Khoa học, phịng Sau đại học đã
lnquan tâm đến tiến độ công việc và tạo điều kiện thuân lợi cho tôi học tập
vànghiên cứu.
Tôi cũng xin gửi đến Ban Giám hiệu trường Cao đẳng Cơng nghiệp
Huế,khoaKhoahọcCơbảnvàcácđồngnghiệplờicảmơntrântrọngvìsựquantâm,tạo điềukiệnhỗtrợtơi
trongsuốt thờigian họctập,nghiêncứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các NCS, học viên ở phịng thí nghiệm vật
lýchất rắn, những người đã luôn động viên và hỗ trợ tôi trong quá trình làm
thựcnghiệm.Sựđộngviêncủabạnbèlànguồnđộnglựckhơngthểthiếugiúptơihồnthànhluậnán.
Cuối cùng tơi xin dành những tình cảm đặc biệt và lòng biết ơn sâu
sắcđến ba mẹ, vợ, con gái và những người thân trong gia đình đã ln ở bên
tôi,hỗ trợ và động viên, giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để thực hiện tốt đề
tàiluận án.
Huế,2015
NguyễnNgọcTrác

1


LỜICAMĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi dưới
sựhướng dẫn khoa học của PGS. TS. Nguyễn Mạnh Sơn và PGS. TS. Phan
TiếnDũng.Phầnlớncáckếtquảtrìnhbàytrongluậnánđượctríchdẫntừcácbàibáo đã và sắp được xuất
bản của tơi cùng các thành viên trong nhóm nghiêncứu. Các số liệu và kết
quả

trong

luận

án

là

trung

thực

và

chưa

từng

aicơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhnàokhác.

Tácgiảluậnán

NguyễnNgọcTrác

được


DANHMỤC CÁCCHỮVIẾTTẮTVÀKÝHIỆU

1. Cácchữviết tắt
CAO

: CaAl2O4(Calcium

aluminate)CB :Vùngdẫn(Conductionband)
Đvtđ

: Đơnvịtươngđối

LQ

:Lânquang

PL

:Phátquang(Photoluminescence)

RE

:Đấthiếm(Rare earth)

SEM

: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron

microscopy)TL
VB

: Nhiệtphátquang (Thermoluminescence)

:Vùnghóatrị(Valenceband)XRD
: Nhiễu xạ tia X (X-ray

diffraction)CAO:E :CaAl2O4: Eu2+(1 %mol)
CAO: EN

:CaAl2O4: Eu2+(1%mol),Nd3+(0,5%mol)

CAO:ENd

: CaAl2O4: Eu2+(1 %mol),Nd3+(x%mol)

CAO: ENGd: CaAl2O4: Eu2+(1 % mol), Nd3+(1 % mol), Gd3+(x%
mol)CAO:ENDy: CaAl2O4:Eu2+(1%mol),Nd3+(1%mol),Dy3+(x%mol)

2. Cáckýhiệu
E

:Năng lượngkíchhoạt

ETB

:Nănglượngkíchhoạt trungbình



: Bướcsóng

em

: Bước sóngbức xạ

ex

:Bướcsóngkíchthích

g

:Hệsốhình học

s

:Hệsốtần số



:Thờigiansốnglânquang

T

: Nhiệtđộ

wt

:Khốilượng(Weight)

U

:Năng lượngkíchhoạt nhiệt


MỤC LỤC

MỞĐẦU............................................................................................................1
CHƯƠNG1.

TỔNGQUAN LÝTHUYẾT.....................................................5

1.1. Hiện tượngphátquang..............................................................................5
1.1.1. Kháiniệm...........................................................................................5
1.1.2. Cơchếphátquang................................................................................6
1.2. Hiện tượnglânquang................................................................................7
1.2.1. Khái niệm..........................................................................................7
1.2.2. Cơchếlânquang..................................................................................7
1.2.3. Mơhìnhgiảithíchcơchếlânquangtrongvậtliệualuminate
pha tapcácionđấthiếm................................................................................10
1.3. Hiện tượngnhiệtphátquang....................................................................14
1.3.1. Kháiniệm.........................................................................................14
1.3.2. Mơhìnhnhiệtphátquang....................................................................15
1.3.3. Phươngtrìnhđộnghọc.......................................................................16
1.3.4. Ảnhhưởngcủacácthơngsốđộnghọcđếndạngđườngcong
TL..............................................................................................................19

1.3.5. Phươngphápphântíchnhiệtphátquang..............................................21
1.4. Đặcđiểmcấu trúc củavậtliệucalciumaluminate.......................................24
1.5. Phátquangcủa các nguyên tốđấthiếm....................................................25
1.5.1. Các nguyêntốđấthiếm......................................................................25
1.5.2. Cấuhìnhđiệntửcủa cácionđấthiếm....................................................26
1.5.3. Đặc điểmcủa mức nănglượng4f.......................................................27
1.5.4. Cácchuyểndờiđiệntíchcủatrạngthái4f..............................................30
...............................................
1.5.5. Cácchuyểndờiquanghọc của ionEu2+
30


..............................................
1.5.6. Cácchuyển dờiquang họccủaion Dy3+
33
..............................................
1.5.7. Cácchuyển dờiquang học củaionNd3+
33
..............................................
1.5.8. Cácchuyển dờiquang học củaionGd3+
34
1.6. Tọađộ cấuhình.......................................................................................34
1.6.1. Mơtảbằng mơhìnhcổđiển.................................................................35
1.6.2. Mơtảbằngcơhọc lượngtử..................................................................38
1.7. Kếtluận chương1....................................................................................45
CHƯƠNG2.
CHẾTẠOV Ậ T L I Ệ U C a A l 2O4P H A T Ạ P C Á C I O N ĐẤT
HIẾMBẰNGPHƯƠNGPHÁPNỔ.......................................................................46
2.1. Giớithiệu vềphươngphápnổ...................................................................46
2.2. Vaitrò củanhiênliệu trongphương phápnổ..............................................48

2.3. Độnghọccủaphảnứngnổ.........................................................................51
2.4. Khảosátsựảnhhưởngcủacácđiềukiệncơngnghệđếncấutrúc
.......................................
vàtính chất phát quang củavật liệu CAO:Eu2+,Nd3+
53
2.4.1. Chếtạovật liệu.................................................................................53
2.4.2. Khảo sát cấutrúcvàvicấu trúccủavậtliệu..........................................56
2.4.3. Tính chấtphátquang củavật liệu.......................................................60
2.5. Chết ạ o v ậ t l i ệ u C a A l 2O4:E u 2+,N d 3+b ằ n g p h ư ơ n g p h á p n ổ k ế t
hợpkỹthuậtsiêuâmhặcvisóng........................................................................62
2.5.1. Chếtạovật liệu.................................................................................63
2.5.2. Khảo sát cấu trúccủavậtliệu.............................................................63
2.5.3. Khảo sát phổphátquang củavậtliệu..................................................64
2.6. Quytrình chếtạovậtliệubằngphươngphápnổkếthợpvi sóng.....................65
2.7. Cáchệvậtliệuđãchếtạođượcsửdụngnghiên cứutrong luậnán...................67


2.8. Kếtluận chương2....................................................................................67
CHƯƠNG3.
VAITRỊCỦATÂMKÍCHHOẠTVÀBẪYTRONGVẬTLIỆUCaAl 2O
4

ĐỒ NG PHATẠPCÁC I ON Eu 2+VÀRE 3+(RE:
Nd,Gd,Dy).......................................................................................................69
.........................................................
3.1. Phátquang củavật liệu CAO: Eu2+
70
3.1.1. Phổphát quang.................................................................................70
3.1.2. Phổkíchthích....................................................................................73
3.1.3. Hiện tượngdậptắtnhiệt.....................................................................75

..................................................
3.2. Phátquang củavật liệuCAO: Eu2+,RE3+
78
3.2.1. Phổphát quang.................................................................................78
3.2.2. Phổkíchthích....................................................................................83
3.2.3. Đườngcongnhiệtphátquangtích phân...............................................88
3.2.4. Đường congsuygiảmlân quang........................................................91
3.3. Phổlân quangvànhiệt phátquang.............................................................95
...........................................
3.4. Cơchếlân quangcủavậtliệu CAO:Eu2+,RE3+
96
3.5. Kếtluận chương3....................................................................................98

CHƯƠNG4.
ẢNHHƯỞNGCỦAIONĐ Ấ T H I Ế M ( R E 3+)T R O N G VẬTLIỆULÂNQU
ANGCaAl2O4:Eu2+,Nd3+,RE3+(RE: Dy, Gd).......................................................100
........................................
4.1. Phátquang củavật liệu CAO:Eu2+,Nd3+,Dy3+
100
4.1.1. Phổphát quang...............................................................................100
4.1.2. Phổkíchthích..................................................................................102
4.1.3. Đường congsuygiảmlân quang......................................................103


4.1.4. Đườngcongnhiệtphátquangtích phân.............................................105
........................................
4.2. Phátquang củavật liệu CAO:Eu2+,Nd3+,Gd3+
106
4.2.1. Phổphát quang...............................................................................106
4.2.2. Phổkích thích.................................................................................108

4.2.3. Đường congsuygiảmlân quang......................................................109
4.2.4. Đường congnhiệtphátquangtíchphân.............................................110
4.3. Kếtluậnchương4..................................................................................112
KẾTLUẬN....................................................................................................114
DANHMỤC CÁC CƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐ..........................................116
TÀILIỆU THAM KHẢO..............................................................................118


DANHMỤCCÁCBẢNG

Bảng 1.1.C á c g i á t r ị c ủ a c á c h ằ n g s ố c vàb trongphươngtrình(1.18). 23
Bảng1.2.G i á trị củacáchằngsố cv à bt r o n g

p h ư ơ n g trình

(1.18)......................24

Bảng 1.3.C ấ u hìnhđiệntửcủacác ionnguyên tốđấthiếm................................26
Bảng2.1.C á c loạinhiênliệu thườngđượcsửdụngchophương pháp nổ............49
Bảng 2.2.B ả n g h ó a t r ị c ủ a c h ấ t k h ử và chấtơxihóa
.........................................................................................................................54
Bảng2.3.C á c hệvật liệusửdụngnghiên cứu trong luận án..............................67
Bảng
3.1.Cácthôngsốđộngh ọ c c ủ a v ậ t l i ệ u C A O : E u 2+(1% m o
l ) , Nd3+(z %mol)...........................................................................90
Bảng
3.2.Cácthôngsốđộngh ọ c c ủ a v ậ t l i ệ u C A O : E u 2+(1% m o
l ) , Gd3+(z %mol)...........................................................................91
Bảng
3.3.Cácthôngsốđộngh ọ c c ủ a v ậ t l i ệ u C A O : E u 2+(1% m o

l ) , Dy3+(z % mol)............................................................................91
Bảng 3.4.C ư ờ n g đ ộ p h á t q u a n g b a n đ ầ u v à t h ờ i g i a n s ố n g l â n q u a n g
củavậtliệuCAO:Eu2+(1%mol),Nd3+(x% mol).................................94
Bảng 3.5.C ư ờ n g đ ộ p h á t q u a n g b a n đ ầ u v à t h ờ i g i a n s ố n g l â n q u a n g
củavậtliệuCAO:Eu2+(1%mol),Gd3+(x% mol).................................94
Bảng 3.6.C ư ờ n g đ ộ p h á t q u a n g b a n đ ầ u v à t h ờ i g i a n s ố n g l â n q u a n g
củavậtliệuCAO:Eu2+(1%mol),Dy3+(x% mol).................................94
Bảng4.1.C ư ờ n g đ ộ p h á t q u a n g b a n đ ầ u v à t h ờ i g i a n s ố n g l â n q u a n
g củavậtliệuCAO:Eu2+(1%mol),Nd3+(0,5%mol),Dy3+(x
%mol)..........................................................................................104


Bảng
4.2.Cácthôngsốđộngh ọ c c ủ a v ậ t l i ệ u C A O : E u 2+(1% m o
l ) , Nd3+(0,5%mol), Dy3+(z %mol)...............................................106


Bảng
4.3.C ư ờ n g đ ộ p h á t q u a n g b a n đ ầ u v à t h ờ i g i a n s ố n g l â n
q u a n g củavậtliệuCAO:Eu2+(1%mol),Nd 3+(0,5%mol),Gd3+
(x
%mol)..........................................................................................110
Bảng
4.4.Cácthôngsốđộngh ọ c c ủ a v ậ t l i ệ u C A O : E u 2+(1% m o
l ) , Nd3+(0,5%mol), Gd3+(z %mol)...............................................111


DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ

Hình1.1.

Mơ hìnhcơchếphátquang củavậtliệu................................................7

Hình1.2.

MơhìnhcủaMatsuzawa...................................................................11

Hình1.3.

MơhìnhcủaAitasalo........................................................................11

Hình1.4.

Mơ hìnhcủaDorenbos....................................................................12

Hình1.5.

MơhìnhClaubaus...........................................................................14

Hình1.6

Mơ hình cảitiến..............................................................................14

Hình1.7.

Mơh ì n hh ai m ứ c đ ơ n gi ản . Các chuyển d ời đư ợc phép:
( 1) ionhóa;(2)và(5)bẫy;( 3 ) giảiphóngnhiệt;(4)Sựtáihợp
vàbứcxạ ánhsáng............................................................................15

Hình1.8.

DạngđườngcongTLbậcmộtthayđổitheonhiệtđộkhi:
(a)n0thayđổi;(b)NănglượngkíchhoạtEthayđổi;(c)Tốcđộ
gianhiệtthayđổi...........................................................................20

Hình1.9.

DạngđườngcongTLbậchaithayđổitheonhiệtđộkhi:
(a)n0thayđổi;(b)NănglượngkíchhoạtEthayđổi;(c)Tốcđộ
gianhiệtβthayđổi............................................................................21

Hình1.10.Cácthơng sốdạngđỉnh......................................................................23
Hình1.11.Biểu diễnsựphụ thuộccủahệsốgvàobậcđộng họcb.........................23
Hình 1.12.Cấu trúcđơn tàcủaCaAl2O4ởápsuất khíquyển.................................25
Hình1.13.Giảnđồcácmứcnănglượngcủamộtsốionđấthiếmhóatrị
3thuộcnhómlanthanides..................................................................28
Hình 1.14.
Sơđồcácm ứ c n ă n g l ư ợ n g 4 f 7v à 4 f 65d1ả n h h ư ở n g b ở i t
rườngtinhthể..................................................................................31
Hình1.15.Sơđồ mứcnănglượng củaion Eu2+trongmạng nền.............................32
Hình 1.16.Sơđồ mơ tảmột giảnđồtọađộ cấu hình............................................35
Hình1.17.Tọađộ cấuhình củamộtdao độngtửđiềuhịa.......................................39


Hình1.18.Mơ tảdạng phổthuđượctừviệctính tốn.............................................41
Hình2.1.

Sơđồbiểudiễn “tamgiáccháy”........................................................47

Hình2.2.

.......................................................................................................
Quytrìnhc h ế t ạ o v ậ t l i ệ u C A O : E u 2+,N d 3+b ằ n g p h ư ơ
n g phápnổ.....................................................................................55
Hình2.3.

Giảnđ ồ X R D c ủ a c á c m ẫ u C A O : E u 2+,N d 3+v ớ i n ồ n g đ ộ
ureathayđổi....................................................................................56

Hình2.4.
.......................................................................................................
GiảnđồXRDcủacácmẫuC A O : E u 2+,N d 3+n ổ ở n h i ệ t đ ộ khác
nhau...............................................................................................57
Hình2.5.

Giảnđ ồ n h i ễ u x ạ c ủ a C A O : E u

2+

,Nd 3+vớihàmlượngB 2O3

thayđổi...........................................................................................58
Hình2.6.

ẢnhSEM củaCAO: Eu2+,Nd3+vớihàmlượngB2O3thay đổi
(x %wt) -(a):2; (b):3; (c):4;(d): 5...................................................59

Hình2.7.

PhổPLcủa CAO: Eu2+,Nd3+vớinồngđộureakhác nhau....................60

PhổPLcủaCAO:Eu2+,Nd3+nổởcácnhiệt độ khácnhau......................61
...................................................
Hình2.9. PhổPLcủavậtliệuCAO:Eu2+,Nd3+
62
..................................
Hình 2.10.GiảnđồnhiễuxạtiaXcủamẫuCAO: Eu2+,Nd3+
64
Hình2.8.

Hình 2.11.
PhổPLcủavậtliệuCAO:Eu2+,Nd3+đượcchếtạobằngc á c phươngpháp
khácnhau........................................................................................64
Hình3.1.

Phổ PLcủamẫuCAO: Eu2+(x %mol)..............................................70

Hình3.2.

PhổPLcủam ẫu CAO: E u 2+(1,5%mol)đượclàmkhítvới
hàmGauss......................................................................................71

Hình3.3.

ĐồthịbiểudiễnsựphụthuộccủacườngđộPLvàonồngđộ
................................................................................................
Eu2+
72

Hình3.4.

Phổkíchthíchmẫu CAO: Eu2+(1,5%mol)........................................73


Hình3.5.
.......................................................................................................
Giảnđồtọađộc ấ u h ì n h c ủ a m ộ t t â m E u 2+t r o n g v ậ t l i ệ u
.....................................................................................
CAO: Eu2+
74
Hình3.6.
Hình3.7.

Sơđồnguyên lý hệđo dậptắtnhiệt....................................................76
................
Sựphụthuộc củacườngđộ PLtheonhiệt độcủaCAO:Eu2+
77


Hình3.8.

TốcđộgianhiệtcủamẫuCAO:Eu2+(1%mol).....................................77

Hình3.9.

PhổPLcủacácmẫuCAO:Eu2+(1%mol),RE3+(x%mol).....................79

Hình3.10.Sự phụthuộccủacườngđộPLcựcđạivàonồngđộionRE3+

đồng phatạp.....................................80

Hình3.11.P hổ PLcủaCAO:Eu 2+(1%mol),Dy 3+(z%mol);z=0.5÷2.5.....81
Hình 3.12.PhổPLcủaCAO:Eu 2+(1%mol),Dy 3+(z%mol)khiđược
kíchthích bởibứcxạcó bướcsóng450 nm.........................................82
Hình 3.13.PhổkíchthíchcủahệvậtliệuCAO:Eu 2+(1%mol),Nd 3+(z
%mol); z=0,5 ÷2.5.........................................................................83
Hình 3.14.PhổkíchthíchcủahệvậtliệuCAO:Eu 2+(1%mol),Gd 3+(z
%mol); z=0,5 ÷2.5.........................................................................84
Hình 3.15.Phổkích thíchvà phổbứcxạ củaCAO:Eu2+

(1%mol),Gd3+

(1,5%mol)......................................................................................85
Hình3.16.Phổkíchthíchcủa CAO:Eu2+(1%mol),Dy3+(z % mol).......................86
Hình 3.17. Phổ kíchthíchcủa mẫuC A O : E u 2+(1
%m o l ) , D y 3+( 0 , 5 % mol)ứng với bứcxạtại
cácbướcsóngkhácnhau...................................................................87
Hình3.18.ĐườngcongTLcủaCAO:Eu2+(1% mol),RE3+(x%mol)......................89
Hình 3.19.Đường congTLcủacácmẫuvới cácchếđộđokhácnhau....................90
Hình3.20.Đườngcongsuygiảm lânquangcủavậtliệuCAO:Eu2+(1%mol),RE3+(x
%mol)............................................................................................92
Hình 3.21. PhổPL,lânq u a n g
v à T L c ủ a m ẫ u C A O : E u 2+( 1 % m o l ) , Nd3+(0,5 %mol).96
...................
Hình3.22.Sơđồ mơ tảcơchếlân quangcủavật liệu CAO: Eu2+,RE3+
97
Hình4.1.

PhổPLcủaCAO:Eu2+(1%mol),Nd3+(0,5%mol),Dy3+(x
%mol);x=0÷2.5...........................................................................101

Hình4.2.

Sự phụthuộccủa cườngđộphátquangtheonồngđộionDy3+.101


Hình4.3.

PhổPLcủaCAO:Eu 2+(1%mol),Nd3+(0,5%mol),Dy 3+(z
%mol); z=0,5 ÷2.5.......................................................................102

Hình4.4.

PhổkíchthíchcủaCAO:Eu2+(1%m o l ) , N d 3+( 0 , 5
% m o l ) , Dy3+(z % mol);z= 0,5 ÷2.5.........................................103

Hình4.5.
.....................................................................................................
Đườngcongsuygiảmlânquangc ủ a C A O : E u 2+(1% m o l ) , Nd3+
(0,5 %mol),Dy3+(x %mol)............................................................104
Hình4.6.

ĐườngcongTLcủaCAO:Eu 2+(1%mol),Nd 3+(0,5%mol)Dy3+(z
%mol)..........................................................................................105

Hình4.7.

PhổPLcủaCAO:Eu2+(1%mol),Nd3+(0,5%mol),Gd3+(x

Hình4.8.

%mol);x=0÷2.5...........................................................................107
.......................
Sựphụthuộc của cườngđộPLtheonồngđộ ionGd3+
107

Hình4.9.

PhổkíchthíchcủaCAO:Eu2+(1%m o l ) , N d 3+( 0 , 5
% m o l ) , Gd3+(z %mol);z= 0,5 ÷2.5..........................................108

Hình 4.10. Đườngcongsuygiảm
lânquangc ủ a C A O : E u 2+(1% m o l ) , Nd3+(0,5 %mol),Gd3+(x
%mol)..........................................................................................109
Hình 4.11. ĐườngcongTL của CAO:Eu2+(1% m o l ) , N d 3+(0,5
%m o l ) Gd3+(z %mol)................................................................111


MỞĐẦU

Vậtl i ệ u p h á t q u a n g đ ã v à đ a n g đ ư ợ c n g h i ê n c ứ u , ứ n g d ụ n g t r o
n g k ỹ thuậtvàđờisốngnhư:kỹthuậtquanghọc,côngnghệchiếusáng,ốngtiacathode, công nghệ hiển
thịt í n

hiệu,

diode

phát

quang,…

Bên

cạnh

đó,

v ậ t liệu lân quang là vật liệu phát quang kéo dài sau khi ngừng kích thích ở
nhiệtđộphịngcũngln được quantâm[9],[17],[23],[25],[33].
Trước đây, vật liệu lân quang thương mại là ZnS: Cu đã được sử
dụngtrong nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, vật liệu này không đủ sáng
chomột số ứng dụng và thời gian lân quang không duy trì được trong vài
giờ[55].Trongnhữngnămgần đây,vật liệulânquangdài vàcóđộchói caotrên nềnaluminate kiềm thổ
MAl2O4(M: Sr, Ca, Ba) pha tạp các ion đất hiếm (Eu 2+,RE3+) đã và đang được
quan tâm nghiên cứu[21],[23],[42],[45],[70]. Loạivật liệu này có nhiều ưu
điểm vượt trội, đó là độ chói cao, thời gian lân quangdài hơn hẳn vật liệu
truyền thống, không gây độc hại cho con người và môitrường. Nhiều nghiên
cứu tập trung vào vai trò của ion Eu2+trong các nềnaluminate kiềm thổ
MAl2O4(M: Sr,Ca, Ba),mộtsốkháct ậ p t r u n g v à o nghiên cứu ảnh hưởng
của ion đất hiếm hố trị 3 đồng kích hoạt[11],[52],[78],[85],[94].
Đồng pha tạp các nguyên tố đất hiếm vào vật liệu nền tạo ra các tâm
bẫylà phương pháp phổ biến nhất trong việc chế tạo vật liệu lân quang dài.
Cáctâm bẫy này thường là bẫy điện tử và bẫy lỗ trống do sự thay đổi hố trị
củacácionphatạpxảyratrongqtrìnhtruyềnđiệntích.IonNd 3+trongCaAl2O4: Eu2+,
Nd3+và ion Dy3+trong SrAl2O4: Eu2+, Dy3+là những ví dụ củacác loại bẫy này[52],
[55],[73],[77],[80].

Trong

q

trình

chế

tạo

liệu,cácionEu 3+đượckhửthànhionEu 2+vàthaythếvàovịtrícácionSr 2+hoặc

1

vật


Ca2+trong mạng tinh thể gây nên khuyết tật trong mạng. Khi vật liệu
đượcđồngp h a t ạ p c á c i o n đ ấ t h i ế m h ó a t r ị b a t h e o m ộ t t ỷ l ệ t h í c h h ợ p s ẽ
h ì n h thànhmậtđộbẫyvàđộsâubẫyphùhợp,làmgiatăngđángkểhiệusuấtlânquang[4],[14],[19],[84],
[95]. Trong các phương pháp phân tích quang phổ,nhiệtphátquanglàmộtcôngcụhữuhiệu
được sử dụng để nghiên cứu bảnchất của các khuyết tật trong tinh thể. Sử dụng các
phương pháp phân tíchnhiệt phát quang có thể tính được các thơng số động
học của vật liệu như độsâu bẫy (E), hệ số tần số (s), tiết diện bắt và các mật
độ bẫy[20],[37],[56],[69].
Năm 1996, Matsuzawa và các cộng sự đã chế tạo vật liệu SrAl2O4:
Eu2+,Dy3+và nghiên cứu cơ chế lân quang của vật liệu này[55]. Nói chung,
trongvật liệu MAl2O4: Eu2+, RE3+, các ion đất hiếm thay thế vào vị trí của các
ionkiềm thổ M2+trong mạng gây nên sai hỏng mạng, các ion Eu 2+đóng vai trị
làtâm phátquang và các ionđất hiếm hố trị 3+ đóng vai trị là bẫy
lỗt r ố n g [12],[16],[43],[68],[78],[84]. Sự hình thành bẫy với mật độ và độ
sâu
thíchhợpgâynênhiệntượnglânquangdàicủavậtliệu.Trongđó,vậtl i ệ u SrAl2O4:

Eu2+, Dy3+phát màu xanh lá cây, vật liệu BaAl2O4: Eu2+, Dy3+phátmàuxanh
đậm và vật liệu CaAl2O4:Eu2+, Nd3+phát màux a n h [ 2 1 ] ,[60],[68].
Nhóm nghiên cứu của PGS. TS. Nguyễn Mạnh Sơn và các cộng sự
ởtrường Đại học Khoa học Huế đã nghiên cứu và chế tạo thành công vật
liệuMAl2O4: Eu2+đồng pha tạp các ion đất hiếm hóa trị 3+ có độ chói cao và
thờigian phát quang kéo dàih ằ n g g i ờ , c ó b ứ c x ạ m à u x a n h
do

bức

xạ

của

i o n Eu2+.Cườngđộ vàcự cđại phổbứcxạcủai on Eu 2+trong vậtliệunàych
ịuảnh hưởng mạnh bởi nồng độ của ion Eu2+và loại ion kiềm thổ trong
mạngnềnaluminatekiềmthổ[3],[5],[8],[64],
[65].Cáccôngnghệchếtạokhác