NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG GIỮA CÁC ION Eu 3+ TRONG THỦY TINH TELLURITE

��a vào
đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của xác suất dịch chuyển đa phonon vào số phonon để
xác định xác suất AMP.
Trƣớc hết phải dựa vào kết quả phép đo phổ Raman của thủy tinh Tellurite
Lê Thị Mỹ Hạnh

Trang 38


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.s Trần Thị Hồng

Từ hình 2.7b (giản đồ các mức năng lƣợng) ta thấy đối với các ion Eu3+ thì
khoảng cách từ mức kích thích 5D0 đến mức năng lƣợng thấp hơn liền kề 7F6
khoảng 12300 cm-1, trong khi năng lƣợng phonon cực đại trong nền thủy tinh
Tellurite là 1328cm-1 (hình 2.9). Tức là khe năng lƣợng tƣơng đƣơng với khoảng 9
lần năng lƣợng của phonon hay số phonon cực đại p

9. Theo tài liệu [13], sự phụ

thuộc của AMP vào số phonon p đƣợc biểu diễn nhƣ đồ thị dƣới đây:

Ứng với số phonon xác định đƣợc khoảng 9 phonon thì xác suất phục hồi đa
phonon là rất nhỏ (AMP

0) đó ta có thể bỏ qua đại lƣợng này. Vì vậy, xác suất

dịch chuyển không bức xạ bằng xác suất truyền năng lƣợng. Xác suất truyền năng
lƣợng thông qua phục hồi ngang là: ATR 

1

 exp



1

(2.8)

 cal

Từ đây xác định đƣợc xác suất truyền năng lƣợng (ATR) đƣợc tính ở bảng 2.6:
Bảng 2.6. Xác suất truyền năng lƣợng trong các mẫu
Mẫu

T01

T1

T2

T5

ATR (s-1)

3,292

49,526

85,565

220,574

- Quá trình truyền năng lƣợng giữa các ion Eu3+ sẽ ảnh hƣởng đến hình dạng
của các đƣờng cong suy giảm cƣờng độ phát quang theo thời gian. Tại các nồng độ
rất thấp (pha tạp dƣới 1,0 mol%) thì khoảng cách giữa các ion tạp là khá lớn nên

Lê Thị Mỹ Hạnh

Trang 39


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.s Trần Thị Hồng

tƣơng tác giữa chúng là rất nhỏ, do đó quá trình truyền năng lƣợng là không đáng
kể và đƣờng cong phát quang suy giảm theo thời gian có dạng một đƣờng
exponential đơn.
- Tuy nhiên, khi nồng độ pha tạp lớn (hơn 1,0 mol%) thì tƣơng tác giữa các ion
tăng lên, dẫn đến năng lƣợng có thể đƣợc truyền từ một ion bị kích thích (donor)
sang một ion đang ở trạng thái cơ bản (acceptor), dẫn đến đƣờng cong suy giảm
cƣờng độ phát quang theo thời gian không tuân theo đƣờng exponential đơn mà
tuân theo phƣơng trình :

3/ S
 t
t  
I (t )  I (0) exp   Q  

  0
  0  

trong đó Q là thông số truyền năng lƣợng và τ0 là thời gian sống riêng khi không có
sự truyền năng lƣợng (cụ thể ở đây là thời gian sống của mẫu T01). Các đƣờng cong
phát quang suy giảm theo thời gian của mẫu pha tạp 5,0 mol% Eu3+ đƣợc làm khớp
tốt nhất với giá trị S = 6 (Hình 2.8). Điều này chỉ ra rằng cơ chế chính của tƣơng tác
trong quá trình truyền năng lƣợng thông qua phục hồi ngang là tƣơng tác d-d (tƣơng
tác lƣỡng cực- lƣỡng cực). Kết quả khảo sát phù hợp với các nghiên cứu về cơ chế
tƣơng tác giữa các ion Eu3+ trong một số công bố trƣớc [7], [14].

Lê Thị Mỹ Hạnh

Trang 40


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.s Trần Thị Hồng

KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã đi đến một số kết luận ban
đầu sau đây:
 Chế tạo thành công mẫu thủy tinh Tellurite pha tạp Eu3+ bằng phƣơng
pháp nóng chảy và khảo sát cấu trúc và phân tích phổ phát quang cũng
nhƣ phổ kích thích trên mẫu thuỷ tinh đã chế tạo.
 Sử dụng lý thuyết Judd – Ofelt để tính đƣợc một số các thông số đặc
trƣng của mẫu từ phổ phát quang. Từ đó đã xác định đƣợc các thông số
Ωλ , xác suất chuyển dời, thời gian sống ở trạng thái kích thích, tỷ số phân
nhánh…

 Xác định đƣợc xác suất truyền năng lƣợng giữa các ion Eu3+, cụ thể
khi nồng độ Eu3+ tăng lên thời gian sống của mức kích thích 5Do giảm là
do xác suất truyền năng lƣợng giữa các tâm quang học cùng bản chất
tăng.
 Xác định đƣợc cơ chế tƣơng tác truyền năng lƣợng là lƣỡng cực –
lƣỡng cực (d – d).

KIẾN NGHỊ
* Các kết quả nghiên cứu vật lý của vật liệu này là những cơ sở cho việc sử
dụng và cải tiến nâng cao chất lƣợng của vật liệu, áp dụng trong lĩnh vực phát triển
các linh kiện quang học dựa trên các vật liệu pha tạp đất hiếm. Vì vậy vật liệu này
cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu theo hƣớng nhƣ: thay đổi nguyên tố đất hiếm, thay
đổi các nhiệt độ ủ khác nhau để tìm ra vật liệu glass-ceramic, hay thay đổi các phần
tử biến tính (modifier) của thủy tinh...
* Sự kết hợp lý thuyết Judd – Ofelt và mô hình Inokuti – Hirayama là một
lựa chọn hữu hiệu để tính toán các thông số của quá trình phát quang và khảo sát
quá trình truyền năng lƣợng giữa các ion đất hiếm. Sự kết hợp giữa hai lý thuyết
này sẽ đƣa ra một bức tranh khá hoàn chỉnh về phổ quang học của các ion đất hiếm
hóa trị 3 vì vậy cần tiếp tục đƣợc phát huy ở những nghiên cứu về sau

Lê Thị Mỹ Hạnh

Trang 41


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.s Trần Thị Hồng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt:
[1] Lê Văn Thanh Sơn (2009), Thí nghiệm quang phổ. Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng.
[2] Lê Văn Thanh Sơn (2013), Vật lý phát quang. Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng.
[3] Phan văn Thích (1973), Hiện tƣợng huỳnh quang và kĩ thuật phân tích huỳnh
quang (Giáo trình chuyên đề). Đại học tổng hợp Hà Nội.
[4] Vũ Xuân Quang, cường độ các chuyển dời f-f trong ion đất hiếm lý thuyết Judd
– Ofelt, bài giảng tại phòng quang phổ ứng dụng và Ngọc học (Viện Khoa học Vật
liệu), Phòng Vật lý ứng dụng (Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha
Trang), lớp cao học Vật lý tại Nha Trang 5/2008, lớp học lần thứ 4 về Nhiệt huỳnh
quang tại Đồng Hới 7/2008.
[5] Vũ Xuân Quang (2001), Quang phổ của các tâm điện tử trong vật rắn, Viện
khoa học vật liệu, Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam.
Tiếng anh:
[6]. A.Mohan Babu, B.C.Jamalaiah, T.Suhasini, T.Srinivasa Rao, L.Rama
Moorthy, Solid State Sci.13 (2011) 574-578.
[7]. Akshaya Kumar, D.K.Rai, S.B.Rai, Optical studies of Eu3+ ions doped in
Tellurite glass, Spectrochimica Acta Part A 58 (2002) 2115 – 2125.
[8]. D. Parisi, A. Toncelli, M. Tonelli, E. Cavalli, E. Bovero, A. Belletti, Optical
spectroscopy of BaY2F8:Dy3+, J. Phys.: Condens. Matter 17 (2005) 2783–2790
[9]. G. Blasses, B.C. Grabmair, Luminescence materials, Stringer_Verlag, Berlin
Heidelberg, 1994.
[10]. Gao Tang, Jiqian Zhu, Yumei Zhu, Chaoyin Bai, J.Alloys Compd.453 (2008)
487-492.
[11]. Holand. W, Beall.G, Glass cersmic technology, The American ceramic
society, 2002
Lê Thị Mỹ Hạnh

Trang 42

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.s Trần Thị Hồng

[12]. Judd B. R. (1962), Optical absorption intensities of Rare-Earth ion, Phys.
Rev. Vol. 127, No 3, pp. 750-761.
[13]. J. García Solé, L.E.Bausá and D. Jaque, An introduction to the optical
spectroscopy of Imorganic solids, (2005).
[14]. K. Maheshvaran, K. Marimuthu, Concentration dependent Eu3+ doped boroTellurite glasses – struc tural and optical investigations. Journal of Luminescence
132 (2012) 2259 – 2267.
[15]. K.Marimuthu, R.T.Karunakaran, S. Surendra Babu, G.Muralidharan,
S.Arumugam, C.K.Jayasankar, J.Solid State Sci.11 (2009) 1297-1302.
[16].

Michael

D.

Lumb,

Luminescence

Spectrorcopy,

Academic

Press

INC.(Londen), 1978.
[17]. M.Inokuti, F.Hirayama, Influece of Energy transfer by the exchange

mechanison on donor luminescence, Jour Chem phys, 43(1965) 1979-1989.
[18]. Ofelt G.S., (1963), Intensities of crystal spectra of Rare – Earth ion, J. Chem.
Phys. Vol. 37, No 2, pp. 511 – 522.
[19]. P. Solarz, W.R. Romanowski, Luminescence and energy transfer processes of
Sm3+ in K5Li2LaF10:Sm3+-K5Li2SmF10 single crystals, Phys Rev B 72, 075105
(2005)
[20]. P.Abdul Azeem, M.Kalidasan, K.Rama Gopal, R.R.Reddy, J.Alloys
Compd.474 (2009) 536-540.
[21] R.Balakrishnaiah, R.Vijaya, P.Babu, C.K.Jayashankar, M.L.P.Reddy, J.NonCryst.Solids 353 (2007) 1397-1401.
[22] S.Methfessel Rurh University Bochum (1984), Structure and Magnetism in
Metal glasses.
[23]. S. surendra Babu, P. badu, CK. Jayasarkar, W. sievers, Th. Troster, G.
Womtann, Optical absortion and photoluminescence studies of Eu3+ - doped
Lê Thị Mỹ Hạnh

Trang 43


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.s Trần Thị Hồng

phosphate and fluorophosphate glasses, joural of luminescence 126 (2007) 109120
[24]. T. Sasikala, L.R. Moorthy, A.M. Babu, Optical and luminescent properties of
Sm3+doped Tellurite glasses, Spect Acta Part A 104 (2013) 445–450.
[25]. W.A. Pisarski, J. Pisarska, R. Lisiecki, G..D. Dzik, W.R. Romanowski,
Luminescence quenching of Dy3+ions in lead bismuthate glasses, Chem Phys Lett
531 (2012) 114–118.
[26]. Walrand Ch. G. and Binnemans K.(1998), Spectral Intensities of f-f
transitions, Handbook of Physics and Chemistry of Rare Earth, vol 25, chapter 167,

pp 101 pp. 101-263.
[27]. Y.Tian, B.Chen, R.Hua, J.Sun, L.Cheng, H.Zhong, X.Li, J.Zhang, Y.Zheng,
T.Yu, L.Huang and H.Yu, Optical transition, electron-phonon coupling and
fluorescent quenching of La(MoO4)3:Eu3+, JAP 109,053511 (2011).

Lê Thị Mỹ Hạnh

Trang 44