NGHIÊN CỨU SỰ KHÁC NHAU CỦA PHỔ PHÁT QUANG ION MN2+ TRONG CÁC MẠNG CHỦ ALUMINATE VÀ SILICATE pot

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
547
NGHIÊN CỨU SỰ KHÁC NHAU CỦA PHỔ PHÁT QUANG ION MN
2+

TRONG CÁC MẠNG CHỦ ALUMINATE VÀ SILICATE
RESEARCH THE DIFFERENCE OF LUMINESENT SPECTRA OF ION MN
2+
IN ALUMINATE AND SLICATE MATERIALS.

SVTH: Nguyễn Thành Nhân
Lớp 06SVL, Khoa Vật Lý, Trường Đại Sư Phạm
GVHD: Nguyễn Văn Cường
Khoa Vật Lý, Trường Sư Phạm

TÓM TẮT
Trong bài này, tác giả giới thiệu một số kết quả khảo sát phổ phát quang của các vật liệu
Aluminate và Silicate có pha tạp ion Mn
2+
. Từ các kết quả thu được tác giả so sánh phổ phát
quang của hai vật liệu Aluminate và Silicate pha tạp ion Mn
2+
.
ABSTRACT
In this paper, author present some results was studied about Aluminate and Silicate
material spectra have doped ion Mn
2+
. Obtained the result to compare the difference of
luminescene spectra of the Aluminate and Silicate have doped ion Mn
2+

1. Đặt vấn đề
Lịch sử phát quang bắt đầu từ cách đây rất lâu với truyền thuyết về những hòn đá
phát sáng trong đêm tuy nhiên trong giai đoạn này ngành vật lý phát quang vẫn chưa được
ứng dụng nhiều vào trong cuộc sống.
Trong những năm gần đây ngành vật lý phát quang bắt đầu có những bước phát
triển nhanh chóng với nhiều ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống như mực phát sáng, đồ
trang trí, màn hình plasma Nhiều nghiên cứu về sự phát quang của ion kim loại chuyển
tiếp trong các mạng chủ khác nhau đều có được những kết quả khả quan. Và đặc biệt sau
khi nghiên cứu thành công sự phát quang ion kim loại chuyển tiếp Mn
2+
trong các mạng
chủ khác nhau thì lịch sử ngành vật lý phát quang bắt đầu có những bước đột phá mới.
Câu hỏi được đặt ra ở đây là ion Mn
2+
khi pha vào các mạng chủ khác nhau thì phổ
phát quang sẽ thay đổi như thế nào. Chính từ câu hỏi này tác giả đã tiến hành khảo sát phổ
phát quang của hai vật liệu Aluminate và Silicate khi pha tạp ion Mn
2+
, từ đó tác giả sẽ đi
so sánh sự khác nhau giữa phổ phát quang của hai vật liệu này. Đó cũng chính là lý do
chọn đề tài “Nghiên cứu sự khác nhau của phổ phát quang ion Mn
2+
trong các mạng chủ
Aluminate và Silicate”
2. Vật liệu
2.1. Vật liệu Aluminate
2.1.1. Canxi Aluminate (CaAl
2
O
4

: Mn
2+
)
Với điều kiện phòng thí nghiệm tác giả tiến hành trộn và nghiền hỗn hợp gồm muối
canxi cacbonat (CaCO
3
), nhôm ôxit (Al
2
O
3
), hợp chất clorua mangan ngậm nước (MnCl-
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
548
2
.4H
2
O) với tỷ lệ thích hợp. Sau đó nung ở nhiệt độ 1300
0
C trong 6h, rồi để nguội tự nhiên
trong vài giờ.
2.1.2. Kẽm Aluminate (ZnAl
2
O
4
: Mn
2+
)
Với điều kiện phòng thí nghiệm tác giả tiến hành trộn và nghiền hỗn hợp gồm muối
kẽm axetat ngậm nước (Zn(CH
3

COO)
2
.2H
2
O), nhôm ôxit (Al
2
O
3
), hợp chất clorua mangan
ngậm nước (MnCl
2
.4H
2
O) với tỷ lệ thích hợp . Sau đó nung ở nhiệt độ 1300
0
C trong 6h,
rồi để nguội tự nhiên trong vài giờ.
2.2. Vật liệu Silicate
2.2.1. Canxi Silicate (CaSiO
3
: Mn
2+
)
Với điều kiện phòng thí nghiệm tác giả tiến hành trộn và nghiền hỗn hợp gồm muối
canxi cacbonat (CaCO
3
), oxit silic (SiO
2
), hợp chất clorua mangan ngậm nước (MnCl-
2

.4H
2
O) với tỷ lệ thích hợp. Sau đó nung ở nhiệt độ 1000
0
C trong 2h và ủ ở nhiệt độ
1200
0
C trong 4h, rồi để nguội tự nhiên trong vài giờ.
2.2.2. Kẽm Silicate (Zn
2
SiO
4
: Mn
2+
)
Với điều kiện phòng thí nghiệm tác giả tiến hành trộn và nghiền hỗn hợp gồm muối
kẽm axetat ngậm nước (Zn(CH
3
COO)
2
.2H
2
O), nhôm ôxit (Al
2
O
3
), hợp chất clorua mangan
ngậm nước (MnCl
2
.4H

2
O) với tỷ lệ thích hợp . Sau đó nung ở nhiệt độ 1000
0
C trong 2h và
ủ ở nhiệt độ 1200
0
C trong 4h, rồi để nguội tự nhiên trong vài giờ.
3. Kết quả thực nghiệm
3.1. Phổ phát quang của vật liệu Aluminate
3.1.1. Canxi Aluminate

Nhận xét:
- Đường cong phát quang là một dải phổ rộng có đỉnh phát quang là
nm545
max

450 500 550 600 650 700 750
-20000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

Hình 1. Phổ phát quang của CaAl
2
O
4
: Mn
2+


Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
549
nằm trong vùng ánh sáng xanh là cây, gần vùng ánh sáng vàng.
- Độ rộng của phổ phát quang là 49 nm
3.1.2. Kẽm Aluminate

Nhận xét :
- Đường cong phát quang là một dải phổ rộng có đỉnh phát quang là
nm510
max

nằm trong vùng ánh sáng xanh lá cây, gần vùng ánh sáng xanh da trời.
- Độ rộng của phổ phát quang là 19 nm
3.2. Phổ phát quang của vật liệu Silicate
3.2.1. Canxi Silicate

Hình 3. Phổ phát quang của CaSiO
3
: Mn
2+

450 500 550 600 650
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
Intensity
Wavelength (nm)

Hình 2. Phổ phát quang của ZnAl
2
O
4
: Mn
2+

450 500 550 600 650 700 750
0
20000
40000
Intensity (a.u)
Wavelength (nm)

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
550
Nhận xét :

- Đường cong phát quang là một dải phổ rộng có đỉnh phát quang là
nm600
max

nằm trong vùng ánh sáng đỏ.
- Độ rộng của phổ phát quang là 99 nm
3.2.2. Kẽm Silicate

Nhận xét :
- Đường cong phát quang là một dải phổ rộng có đỉnh phát quang là
nm526
max

nằm trong vùng ánh sáng xanh lá cây
- Độ bán rộng của phổ phát quang là 43 nm
4. Kết luận
Sau khi khảo sát phổ phát quang của các vật liệu nhóm Aluminate (CaAl
2
O
4
,
ZnAl
2
O
4
) và nhóm Silicate (CaSiO
3
, Zn
2
SiO

4
) cũng như so sánh phổ phát quang đã dẫn
đến một số kết quả sau:
+ CaAl
2
O
4
: Mn
2+
có đỉnh phổ phát quang là 545 nm (vùng ánh sáng xanh lá cây gần
vùng ánh sáng vàng), độ rộng phổ phát quang là 49nm.
+ ZnAl
2
O
4
: Mn
2+
có đỉnh phổ phát quang là 510 nm (vùng ánh sáng xanh là cây gần
vùng ánh sáng xanh da trời), độ rộng phổ phát quang là 19 nm.
+ CaSiO
3
: Mn
2+
có đỉnh phổ phát quang là 600 nm (vùng ánh sáng đỏ), độ rộng phổ
phát quang là 99 nm.
+ Zn
2
SiO
4
: Mn

2+
có đỉnh phổ phát quang là 526 nm (vùng ánh sáng xanh là cây), độ
rộng phổ phát quang là 43nm.
Từ các kết quả trên ta đi tới kết luận:
450 500 550 600 650 700 750
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
Intensity
Wavelength (nm)
Hình 4. Phổ phát quang của Zn
2
SiO
4
: Mn
2+

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
551
+ Phổ phát quang của ion Mn
2+
trong cùng một nhóm vật liệu là khác nhau đối với
các kim loại kiềm khác nhau.
+ Phổ phát quang của ion Mn
2+
trong các mạng chủ đều là một đám phổ, tuy nhiên
đối với các mạng chủ khác nhau thì độ rộng của phổ phát quang là khác nhau. Phổ

phát quang của CaSiO
3
: Mn
2+
có độ rộng lớn nhất, còn của ZnAl
2
O
4
: Mn
2+
thì hẹp
nhất.
+ Hầu hết đỉnh phổ phát quang của ion Mn
2+
trong các mạng chủ nằm trong vùng ánh
sáng xanh nhưng chỉ có CaSiO
3
: Mn
2+
có đỉnh phổ phát quang nằm trong vùng ánh
sáng đỏ.
+ Sự phát quang của ion Mn
2+

trong các mạng chủ Aluminate và Silicate đều ứng với
sự dịch chuyển từ
4
T
1

(
4
G) về
6
A
1
(
6
S) . Tuy nhiên do sự tách mức năng lượng của
ion Mn
2+
trong các mạng chủ khác nhau là khác nhau nên bước sóng phát quang
của ion Mn
2+
trong các mạng chủ khác nhau là khác nhau.
Đây chính là ưu điểm của ion Mn
2+
so với các ion kim loại chuyển tiếp khác.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phan Văn Thích, Hiện tượng huỳnh quang và kỹ thuật phân tích huỳnh quang, Đại học
tổng hợp Hà Nội
[2] G.Blasse.B.C.Grabmaier, Luminescent Materials
[3] Huỳnh Huệ (1981), Quang học, Đại học Sư Phạm
[4] “Long persisten phosphor” (2006), Journal of Luminescene
[5] “Role of SiO
2
in Zn
2

SiO
4
: Mn
2+
phosphor used in optoelectronic materials” (2009),
Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, (6/2009) Vol 6, tr 185 - 187
[6] Đinh Thanh Khẩn (2008), Chế tạo vật liệu CaAl
2
O
4
. Khảo sát ảnh hưởng của ion
Mn
2+
lên phổ phát quang cuả vật liệu này, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm -
Đại học Đà Nẵng