Nghiên cứu ảnh hưởng của đồng pha tạp lên tính chất quang của ion đất hiếm Sm3+ trong thuỷ tinh Borate Kiềm (Khóa luận tốt nghiệp)

I H C QU NG BÌNH

KHOA KHOA H C T

NHIÊN

TR N TH

KHÓA LU N T T NGHI P

NGHIÊN C U
NG C A S
NG PHA T P
LÊN TÍNH CH T QUANG C
T HI M Sm3+
TRONG TH Y TINH BORATE - KI M

NGÀNH H

IH
M V T LÝ
H
o: Chính quy
Khóa h c: 2013 2017

QU NG BÌNH, 2017


I H C QU NG BÌNH

KHOA KHOA H C T

NHIÊN

TR N TH

KHÓA LU N T T NGHI P

NGHIÊN C U
NG C A S
NG PHA T P
LÊN TÍNH CH T QUANG C
T HI M Sm3+
TRONG TH Y TINH BORATE - KI M

NGÀNH H

GI

IH
M V T LÝ
H
o: Chính quy
Khóa h c: 2013 2017

NG D N:
PGS.TS TR N NG C

QU NG BÌNH, 2017

L IC
T

c h t, em xin chân thành g i l i c

i quý th

i h c Qu ng Bình, khoa Khoa h c T

ng

u ki

em

trong su t quá trình h c t p, nghiên c u và hoàn thành khóa lu n này.
c bi t, em xin bày t lòng bi
PGS.TS Tr n Ng

c c

v n và t

n th y giáo

ng d

em, truy n

t cho em nh ng ki n th c quan tr ng, s

h

c và tinh th n h c

i có công to l n cho s hoàn thành c a khóa lu n t t nghi p.
cg il ic

n th y giáo - Th.S Hoàng S Tài, ph trách

phòng thí nghi m V t lý, quý th y cô giáo ph trách phòng thí nghi m Hóa h c
ng d n và t

u ki n thu n l i nh t cho em trong quá trình

nghiên c u và hoàn thành khóa lu n.
Và cu i cùng, em xin g i l i c
t p th l

ih

ng viên tinh th

m V t lý K55-

i thân, b n bè và
i h c Qu

em trong su t quá trình h c t p và hoàn thành

khóa lu n t t nghi p.

Kính chúc quý th

n bè s c kh e và thành công!
Qu ng Bình
Sinh viên

Tr n Th


M CL C
M

U............................................................................................................... 1
NG QUAN LÝ THUY T ......................................................... 3
1.1. Hi
ng phát quang ................................................................................... 3
1.1.1. Khái ni m hi
ng phát quang............................................................ 3
1.1.2. Phân lo i hi
ng phát quang.............................................................. 3
1.2. Tâm quang h c ............................................................................................... 4
1.2.1. Phân lo i và tính ch t c a các tâm quang h c ........................................ 4
1.2.2. Các tâm quang h c là các m ng n n........................................................ 4
1.2.3. Các tâm quang h c thu c nhóm kim lo i chuy n ti p............................. 5
1.2.4. Các tâm quang h c thu
t hi m (RE+)...................................... 6
1.2.5. Nhóm các tâm màu .................................................................................. 7
1.3. Lý thuy t v quá trình truy
ng...................................................... 8
1.3.1. Quá trình truy

ng gi a các tâm khác nhau ........................... 9
1.3.2. Quá trình truy
ng gi a các tâm gi ng nhau ........................ 12
1.4. Lý thuy t v th y tinh ................................................................................. 14
1.4.1. Khái ni m chung v v t li u th y tinh................................................... 14
1.4.2. Các tính ch t c a th y tinh..................................................................... 15
t o th y tinh ............................................................. 17
y......................................................................... 17
1.5.2.
- gel............................................................................ 18
1.6. Lý thuy t v
t hi m................................................................................... 19
1.6.1. Khái ni m chung v
t hi m ................................................................ 19
1.6.2. Tính ch t và ng d ng c
t hi m...................................................... 20
1.6.3. Lý thuy t v nguyên t
t hi m Sm ..................................................... 20
NG C A S
NG PHA T P LÊN
3+
TÍNH CH T QUANG C
T HI M Sm TRONG TH Y TINH
BORATE-KI M ................................................................................................. 24
p Sm3+ ......................................................................................... 24
2.1.1. Ph h p th c a ion Sm3+ trong th y tinh BLN:Sm3+............................ 24
2.1.2. Ph phát quang c a ion Sm3+ trong th y tinh BLN:Sm3+.......................26
ng pha t p Sm3+, Ce3+ và Sm3+, Tb3+ trong cùng m ng n n BLN........... 28
2.2.1. Th
ng pha t p BLN:Sm3+, Ce3+ ............................................... 28

2.2.2. Th
ng pha t p BLN: Sm3+, Tb3+ ............................................. 29
2.3. Phân tích
ng c a s
ng pha t p lên tính ch t quang c
t
3+
hi m Sm trong th y tinh borate-ki m............................................................... 30
2.3.1. Ph phát quang c a ion Sm3+, Ce3+ ng pha t p trong th y tinh BLN 30
2.3.2. Ph phát quang c a ion Tb3+, Sm3+ ng pha t p trong th y tinh BLN 31
2.4. Gi
t
màu ...................................................................................... 33
p ion Sm3+ ....................................................................... 33
ng pha t p ion Sm3+, Ce3+ và Sm3+, Tb3+ trong cùng m ng n n
BLN ..................................................................................................................... 34
K T LU N ......................................................................................................... 41
................................................................................... 42


DANH M C CÁC CH

VI T T T VÀ KÍ HI U

1. Các ch vi t t t
LED

- t phát quang (lingt-emiting diode)

W-LED

- t phá quang ánh sáng tr ng (white LED)

RE

t hi m (Rare Earth)

BLN

Borate-ki m (B2O3, Li2CO3, Na2CO3)

CIE

Gi

t

màu

(Commisson Internationale de
UV

Vùng t ngo i

IR

Vùng h ng ngo i

UV-VIS

Vùng t ngo i - Kh ki n

2. Các kí hi u
E

ng kích ho t

G

T

gi

T

ai

N
c sóng
H s gi n n nhi t


STT
b ng

Tên b ng
n t và tr

Trang

B ng 1.1

C

n c a các ion RE hóa tr 3

B ng 1.2

Các h s Baillih

B ng 1.3

Các h s c

B ng 2.1

c sóng (nm); s sóng (cm-1
ng v
nh ph h p th c a Sm3+ (trong vùng t ngo i nhìn th y)

B ng 2.2

C

7
16

tính h s gi n n nhi t

phát quang c a ion Sm3+ trong th y tinh BLN

16

25

ng

31

ng

32

pha t p Sm3+, Ce3+
B ng 2.3

phát quang c a ion Sm3+ trong th y tinh BLN
pha t p Sm3+, Tb3+

B ng 2.4

T
màu (x,y,z) và t l R/G/B c a th
3+
Sm ,Ce3+

ng pha t p

36

B ng 2.5

T
màu (x,y,z) và t l R/G/B c a th
3+
Sm ,Tb3+

ng pha t p

40


DANH M C HÌNH NH
STT hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Quá trình kích thích

9

Hình 1.2

S truy

10

Hình 1.3

S

ng gi a các tâm S và A có kho ng cách R
và tách m

ng c a các ion

22

t hi m
Hình 1.4
Hình 2.1

23
Ph h p th c a ion Sm3+ trong th y tinh borate kim lo i ki m

24

trong vùng t ngo i - nhìn th y
ng c a ion Sm3+ và các chuy n d i h p th

Hình 2.2

Gi

Hình 2.3

Ph quang phát quang c a ion Sm3+ trong thu tinh

25
26

BLN:1.0Sm3+
ng c a ion Sm3+ và các chuy n d i b c x

Hình 2.4

27

Hình 2.5

Ph h p th c a ion Sm3+ và Ce3+ trong th y tinh BLN

28

Hình 2.6

Ph phát quang c a Sm3+, Ce3+

29

ng pha t p trong th y tinh

BLN
Hình 2.7

Ph phát quang c a Tb3+ và Sm3+

ng pha t p trong th y tinh

29

BLN
Hình 2.8

Ph phát quang c a Sm3+, Ce3+

ng pha t p trong th y tinh

30

BLN
Hình 2.9

v in
Hình 2.10

ng pha t p Tb3+, Sm3+

Ph phát quang c a h th

0,75Tb3+,xSm3+ (x = 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75)
ng pha t p Tb3+ , Sm3+

Ph phát quang c a h th

v in

31

32

1Sm3+ yTb3+ (y = 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5)

Hình 2.11

T

màu CIE c a th

p Sm3+

33

Hình 2.12

T

màu CIE c a th

ng pha t p Ce3+ và Sm3+

35

Hình 2.13

T

màu CIE c a th y tinh BLN:0,75Tb3+,xSm3+

38

Hình 2.14

T

màu CIE c a th y tinh BLN:1Sm3+ Tb3+ (y = 0,5; 0,75;

39

1; 1,25) ph thu c n

t p Sm3+


M
Hi
ng

U

ng phát quang t

t hi m (rare-earth: RE) là m t trong các

c quan tâm nghiên c u do các ng d ng th c t c a các v t li u này

quang chi u sáng, khu
c tìm ki m v t li u cho các linh ki n quang và ngu n sáng ho

ng

trong vùng ánh sáng nhìn th y (white LED) v i yêu c u ngày càng cao v s
ng r

c quan tâm nghiên c

Th y tinh là lo i v t li u d ch t o, d t o dáng, d
pha t p các ch t v i n

u ch nh thành ph n, d

bi n thiên trong m t d i r ng, d thu các m u kh i.

Vì v y th y tinh là l a ch

u cho các nghiên c

Th y tinh borate - ki m (BLN)
th y tinh oxit do các tính ch
ch y th

c bi t c

trong su

t hi m cao.

t hi

th s

c này

c nghiên c u nhi u nh t trong s các
m nóng

ng pha t

hi m trong th y tinh borate - ki m s gây
t ng

c.

t

ng lên tính ch t quang c a

ng tr c ti

phát quang và

ph màu. V i m c tiêu ch t o v t li u cho ngu n sáng LED tr ng, vi c nghiên
c u công ngh , thành ph n và t l t p t

ng nh t cho công

vi c trên. Vì v y chúng tôi l a ch n h v t li u th y tinh borate - ki m pha t p ion

t hi

phát tri n các nghiên c u cho khóa lu n này.

Samarium (Sm) là m t trong s các nguyên t

t hi m tiêu bi u. Trong các

tr ng thái ion hoá tr 3 (Sm3+

i l p 4f5

h p ch

ng

không l

c che ch n b i hai l p b c ngoài 5s2 và 5p6, vì v

các nguyên t
l p 4f) ít b

t hi m khác, các d ch chuy n c
ng c

ng tinh th m ng n n.

n t quang h c (thu c
ng pha t p v i

Cerium (Ce) thì ph h p th c a Sm3+ n m trong vùng b c x c a Ce3+. Vì v y,
s phát quang c a Sm3+ s có nhi
ch

i. Trong khóa lu n này, chúng tôi l a

t hi m Sm3+ và nghiên c u

ng c a quá trình pha t p lên tính

ch t quang c a ion này trong n n th y tinh BLN.
Tên khóa lu n: Nghiên c u
ch t quang c

ng c a s

ng pha t p lên tính

t hi m Sm3+ trong th y tinh borate ki m

1


1. M c tiêu c a khóa lu n
- Nghiên c u các ph quang h c: ph h p th , ph phát quang,
t

t hi m Sm3+ trong th y tinh borate - ki m.

ng pha t p
- Nghiên c u gi

t

màu

ng pha t p

t

hi m Sm3+ trong th y tinh borate - ki m.
m vi nghiên c u
Th c hi n các nghiên c

n trên h v t li u ch t o, c th là nghiên

c u các tính ch t quang h c c a s

ng pha t p lên tính ch t quang c

t

hi m Sm3+ trong th y tinh borate - ki m.
3.

u
S d

nghiên c u lí thuy

th c nghi m

trong vi c:
Nghiên c u các tính ch t quang c a v t li u thông qua ph h p th , ph
quang phát quang

gi

t

màu c a m u v t li u.

4. N i dung nghiên c u
- Nghiên c u các tính ch t quang c a v t li u ch
th , phát quang..). Nghiên c u quá trình truy
u ch nh n

t hi m Sm3+ (h p
ng gi a các ion t

pha t p và nghiên c u v gi

t

v t li u có hi u su t phát quang t

màu nh m t o

c

và vùng ph (vùng ánh sáng

tr ng).
-T ph

u, vi t báo cáo, t ch c seminar v k t qu nghiên

c u, các tính ch t quang c a m u ch t o.
5. C u trúc c a khóa lu n
Ngoài ph n m

u, k t lu n, danh m c các hình nh, b ng bi u, tài li u

tham kh o thì c u trúc c a khóa lu n g m 2

:

1: T ng quan lý thuy t
2: Phân tích
c

ng c a s

t hi m Sm3+ trong th y tinh borate

2

ng pha t p lên tính ch t quang
ki m

NG QUAN LÝ THUY T
1.1. Hi

ng phát quang

1.1.1. Khái ni m hi

ng phát quang

Trong thiên nhiên có r t nhi u ch t h p th
bi

i n i t i, r

ng t

c x ánh sáng. Các ch t có kh

n d ng
i

là các ch t phát quang, hi

y g i là hi

ng phát quang.

Phát quang là s b c x ánh sáng c a v t ch

ng c a m t tác

i là s
c

c sóng

t li u phát quang, nó hoàn toàn không

ph thu c vào b c x chi u lên nó. Các nghiên c u v hi
ph n l
s hi

ng phát quang

n b c x tronng vùng kh ki
ng b c x

c sóng thu c vùng h ng ngo i (IR) và vùng t ngo i

c nghiên c u tùy thu c vào m
1.1.2. Phân lo i hi

có m t

d ng riêng.

ng phát quang

Có nhi

phân lo i hi

- Phân lo i theo tính ch

ng phát quang.

ng h c c a nh ng quá trình x

i ta

phân ra: phát quang c a nh ng tâm b t liên t c và phát quang tái h p.
- Phân lo
+ Quang phát quang (Photoluminescence

PL): Kích thích b ng chùm tia

t ngo i.
+ Cathod phát quang (Cathodoluminescence

CAL): Kích thích b ng

nt .
n phát quang (Electroluminescence

EL): Kích thích b ng hi

n

th .
+ X-ray phát quang (X-ray luminescence XL): Kích thích b ng tia X.
+ Hóa phát quang (Chemiluminescence

CL): Kích thích b

ng

ph n ng hóa h c...
- Phân lo i theo th i gian phát quang kéo dài sau khi ng ng kích thích,
i ta phân hi

ng phát quang làm hai lo i: Quá trình hu nh quang

(Fluorescence) và quá trình lân quang (Phosphorescence).

3


Quá trình hu nh quang là s b c x x y ra trong và ngay sau khi ng ng
kích thích và suy gi m trong kho ng th i gian pico
này x y ra ph bi

giây (10-12 s). Hi

ng

i v i h u h t các v t li u phát quang d ng ch t l ng, ch t

khí và m t s ch t r n.

Quá trình lân quang là s b c x suy gi m ch m, th i gian suy gi m có th
kéo dài t vài phút cho t i hàng tu n sau khi ng ng kích thích. Hi
ra ph bi

ng x y

i v i v t li u d ng r n.

- Phân lo i theo cách th c chuy n d i t tr ng thái kích thích v tr ng thái
n cho b c x phát quang ng

i ta chia ra hai lo i:

+ Phát quang t phát: các tâm b c x t phát chuy n t tr ng thái kích thích
v tr

phát ra ánh sáng, không c n s chi ph i c a m t y u t

nào t bên ngoài.
ng b c (phát quang c m ng): s phát quang x y ra khi
các tâm b c x chuy n t tr ng thái kích thích v tr
t bên ngoài (ví d : ánh sáng ho c nhi

n nh

ng

). Quá trình nh s

g i

ng b c nhi t hay nhi t phát quang.
1.2. Tâm quang h c
1.2.1. Phân lo i và tính ch t c a các tâm quang h c [1]
Xét v b n ch t, hi
trình h p th
v t li

ng phát quang có th

n: quá

ng t bên ngoài; quá trình bi
trình b c x

ng bên trong

i v i các v t li u có tính ch t

ng x y ra t i các v trí g i là tâm quang h c. Các
quá trình quang h c x y ra không nh ng ph thu c vào b n ch t n

i các tâm

thu c vào chính b n ch t c a tâm và v trí c a nó trong
ng tinh th c a m ng n n.
D a theo tính ch t c a các tâm, ta có th chia các tâm thành 4 d ng:
- Các tâm là các ion m ng n n;
- Các tâm là các ion kim lo i chuy n ti p;
-

m (RE+);

- Các tâm F (tâm màu).
1.2.2. Các tâm quang h c là các m ng n n
Các m ng n

c chia thành hai lo i:
4


+ Tính ch t l

n t

2

2s22p6 ho

l

1s22s22p63s23p6 nên chúng là các h p ch
+ Tính ch t l

c.
2

2s22p63s1 ho

n t không l

1s22s22p63s23p5 thì có ho t tính quang h c cao.
Hai y u t c a v t li u n n có
các tâm quang h

ng l n nh t lên tính ch t quang c a

ng hóa tr và c

ng tinh th

n

ng làm n n cho các ion kích ho t hay các khuy t t t g m có:
- Halogen ki m: NaCl
- Halogen ki m th : CaF2
- H p ch t bán d n A2 B và ZnS
- Các oxit: Al2O3 , MgO...
- Tungstate, Silicate: CaWO4
- Th y tinh
1.2.3. Các tâm quang h c thu c nhóm kim lo i chuy n ti p[1]
các ion kim lo i chuy n ti

u là

nh ng tâm kích ho t quang h c m nh

p ch t trong các n n

r ng vùng c m l n, các kim lo i chuy n ti

ng tinh th y

nt l

o c a c hai nhóm b ng s chi
c

nh màu c a v t li
ng chi m t t c qu

c l p có spin song song. Theo cách

th tiêu.

Ti3+

1s22s22p63s23p63d

V3+

1s22s22p63s23p63d2

V3+ Cr3+

1s22s22p63s23p63d3

Mn3+

1s22s22p63s23p63d4

Mn3+ Fe3+

1s22s22p63s23p63d5

Mn2+ Co3+

1s22s22p63s23p63d6

Co2+

1s22s22p63s23p63d7

Ni2+

1s22s22p63s23p63d8

Cu2+

1s22s22p63s23p63d9

5


ng m nh (khi có s
ng cao thu n l

ng tinh th r ng) nó tr nên
nt l pdl

ng t p h p t2g thì s c

ng h

c

ng c
N

y các qu
ng

ng tinh th .

t các ion kim lo i chuy n ti p trong các n n khác nhau s t o nên

nh ng tính ch t quang h

: trong

n n oxyde ch ng h n, v i c

trên , các ion Cr3+,

nt

Ti3+, Ni3+ t

Al2O3) v n
3+

không có màu m c dù chúng c ng có hóa tr
ng h
li

n t quy

.

nh tính ch t quang h c c a v t

nh x trong các ion và chúng ch ch u
ng b sung t i các v trí c

ng c a n n thông qua

nt
t hi m (RE+)

1.2.4. Các tâm quang h c thu
Vì tính ch t v t lý, tính ch

a hóa c a 17 nguyên t thu c nhóm IIIB

trong b ng h th ng tu n hoàn là r t gi ng nhau d gây nên s nh m l n trong
vi c h th ng hóa và danh pháp, vì v
g m 14 nguyên t t
nguyên t

n Lu và các nguyên t

c g i chung là

t hi m ( kí hi

có s nguyên t t

n 70 (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gb, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb) gi vai trò h t
s c quan tr ng trong s phát quang c a tinh th . Các nguyên t
nt

t hi m có c u

c bi t so v i các nhóm khác. C u trúc l p 4f phía trong là l

t hóa tr

y và l

y. Vì v y so v i các ion

kim lo i chuy n ti
ch

t hi m có s
ng y u các m

tách m c ch ph thu c s

n

n là có l p 5s5p che
ng ít ph thu c vào m ng n n, s

i x ng c a n n. M

i

c a các obitan 4f và 5d r t g n nhau và các electron d

n vào c 2 lo i

obitan này. C u hình electron c a các nguyên t
c u hình electron c a các cation Ln3+ là 4fn5d06s0
C

nt c

c phân b

nt

t hi m có hóa tr 3, v i s s p x p c

l p 4f: 1s22s22p6...(4fn)5s25p6 v

c mô t

6

b ng 1.1.

n.
nt


Bán kính c a các ion Ln3+ gi
c tính c
ng r t l

u t La3+

n Lu3+. S

n vào phân l p 4f sâu bên trong và có nh
n s bi

i tính ch t c a các nguyên t

Vì v

t hi m t

n Lu.

c trong các v t li u n n, các nguyên t

t hi m v n th hi n tính ch t riêng c a nó. Ví d : LaCl3
pha t p ion RE3+ có c
tr

n t : 1s22s22p63s23p63d14s24p64d15s25p64fn s

màu [1].
1.
S nguyên

t

Tr
C

nt

b n theo quy

t

hi m

57

La3+

1s22s22p6

0

)5s25p6

58

Ce3+

1s22s22p6

1

)5s25p6

59

Pr3+

1s22s22p6

2

)5s25p6

3

60

Nd3+

1s22s22p6

3

)5s25p6

4

61

Pm3+

1s22s22p6

4

)5s25p6

62

Sm3+

1s22s22p6

5

)5s25p6

63

Eu3+

1s22s22p6

6

)5s25p6

64

Gd3+

1s22s22p6

7

)5s25p6

65

Tb3+

1s22s22p6

8

)5s25p6

66

Dy3+

1s22s22p6

9

)5s25p6

67

Ho3+

1s22s22p6

10

)5s25p6

68

Er3+

1s22s22p6

11

)5s25p6

69

Tm3+

1s22s22p6

12

)5s25p6

3

70

Yb3+

1s22s22p6

13

)5s25p6

2

t c Hund
0
2

F5/2
H4

I9/2

5
6

H5/2

7

8

F0

S7/2

7
6

I4

F6

H15/2
5

4

I8

I15/2
H6

F7/2

1.2.5. Nhóm các tâm màu
ng r t nh

t nh y v i n n. Phân

hình thành và ho t tính quang h c c a tâm màu ta th y: ch sai h ng,
khuy t t t trong c u trúc m ng (ch sai h ng tinh th và tâm màu) trong các v t

7


li

ng cho màu s c khác nhau. Tr
u n m trong vùng c

ng t các ion b b

y

ng. Nh ng sai h ng c u trúc do chi u x

(gama, neutron, X-

c.

Ví d : màu nâu c a th ch anh do chi u x gama, ho c s t o màu c a nhi u
sunfua, asenic... ch y u là do s h p th

ng t

nt

nh y t vùng hóa tr

n vùng d n (g i là vùng tr ng), lúc này biên c a ph

h p th

n vùng kh ki n.

ng m r

n t trong tâm màu có qu

o ph lên các ion xung quanh nên

liên k t v i m ng r t m nh, vì v

m:

- Hao phí Stock l n;
-

bán r ng l n;

-L

ng t trong quá trình h p th l

1.3. Lý thuy t v quá trình truy

quá trình phát quang.

ng[1]

Khi có s kích thích tr c ti p vào tâm kích ho t A (activator), tâm s h p
th

ng và chuy n lên tr
n và

n v tr ng thái
ng h p kích thích và b c x

y g i là

ng h p kích thích tr c ti p.
ng h p kích thích tr c ti p, trong th c t còn có nhi u quá trình
ph c t

t trong nh

A không nh

ng h

ng x y ra v i xác su t l n là tâm

ng kích thích tr c ti p mà l i nh

c t các ion bên

c nh.
Các ion này h p th

ng r i truy n cho tâm phát quang A, các ph n

t h p th

i là các ph n t c m quang S (hay ph n t nh y

sáng). S truy

ng kích thích t tâm S* t
S* + A

S truy

:

A* + S

ng có th kéo theo s b c x c

c g i là tâm làm nh y c

ng truy

b A làm suy gi m và A không b c x
là ph n t d p t t b c x c a tâm S.

8

ng h

nA
cg i


Hình 1.1. Quá trình kích thích. a) Kích thích tr c ti p lên tâm phát quang A
b) Kích thích gián ti p qua ph n t nh y sáng S, S truy
ng cho tâm A

Th c t , trong v t li u phát quang có th xu t hi

ng h p: Tâm A

và tâm S hoàn toàn khác nhau v thành ph n và b n ch t; Tâm S và tâm A có
cùng nhau thành ph n và b n ch
ng c

ng h p này s khác nhau.

1.3.1. Quá trình truy

ng gi a các tâm khác nhau [1]

Xét hai tâm S và A cách nhau m t kho ng R trong ch t r n. Gi s kho ng
ng
thái kích thích và A

a các tâm không b tri t tiêu. N u S

tr

b n, khi S h i ph

tr ng

ng nó có th

truy n cho A.
S truy

ng ch có th xu t hi n n u:

- S khác nhau v

ng gi a hai tr

nc a

tâm S và tâm A b ng nhau.
- Khi t n t i s
i ho

Hình 1.2. S truy
a)
m
b) S che ph

p gi a hai h
n ho

g tác có th
ct .

ng gi a các tâm S và A có kho ng cách R.

9


Trong th c t

u ki n c

ng có th

c ki m tra b ng vi c xem

xét s ch ng l n ph b c x c a tâm S và h p th c a tâm A. K t qu tính toán

2

PSA

S , A * H SA S *, A

2

g s ( E ) g A ( E )dE (1)

s che ph c a hai ph , gx(E) là hai

hình nh v ch ph

n hóa c a tâm X.

H th c trên cho bi t t

truy

ng pSA tri t tiêu khi s che ph

hai ph tri t tiêu (không che ph ). Y u t ma tr n trong bi u th c mô t s
a tr ng thái

SA

S , A* .

-n

SA

-

-

10

u S*, A

và

*

theo cách n
N u quá trình truy

ng v i t

chuy n v tr

n:

PSA và s h i ph c b c x v i t

b c x PS. Khi b qua s h i ph c không b c x (có th nó bao g m trong PS)
thì kho ng cách t i h
kho ng cách

SA

i v i s truy

ng (RC

= PS. Khi R > RC s phát x c a S chi

khi R < RC s truy

ng tà S t i A chi

N u d ch chuy n quang c

.

u là nh ng d ch chuy

ng c c

thì kho ng cách RC vào c 30A0. N u

n cho phép v i s che ph
nh ng d ch chuy

cl i

c m chúng ta c

x y ra s

c a RC gi i h n trong kho ng 5 8 A0.

truy
Tuy nhiên khi s che ph

c a m t d i ph b c x lên d i ph h p

th cho phép thì có th có s truy

: S* h i ph c

ng b c x

b c x và b c x phát ra b tái h p th . Th c t
d i b c x tri t tiêu t

c quan sát th y khi

c sóng x y ra s h p th m nh c a tâm A.

Quá trình truy

c mô t b ng h th c (1) là s truy

ng không b c x . Nó có th phát hi

c b ng th c nghi m. B ng cách o

ph kích thích c a tâm A thì các d i h p th c
s kích thích tâm S d

c phát hi n, do

n b c x c a A thông qua truy

ng. N u b

kích thích m t cách ch n l c thì s t n t i c a b c x A trong ph b c x ch
ra s truy
tâm S b ng

ng t

n A. Cu i cùng th i gian suy gi m b c x c a

t n t i c a quá trình truy

b i vì quá trình truy

ng không b c x ,

ng làm rút ng n th i gian s ng c a tr ng thái

kích thích S *.
Ta có th

th v s truy

ng và kho ng cách t i h n

b ng cách th c hi n m t vài tính toán sau. Gi s
n thì lúc này d a vào h th

thu c lo

u ki n PSA (RC) s

tính sau :

RC6

3 1012

fA

11

E4

SO (2)

ng c c

n công th c


: fA

1.3.2. Quá trình truy

n tâm

ng gi a các tâm gi ng nhau [1]

+

R 0

:

12


:

I

I 0 exp( t )

0

thích,
:

I

I 0 exp( t

Ct 3 / n )
A

ày

âm A xung quanh S.

SS

I
SS

>> PSA

I 0 exp( t ) exp( C A

PSA t )

>> PSA

I

I 0 exp( t ) exp( 11.404C A C 1 / 4 D 3 / 4 t )

13


ch tán

1.4. Lý thuy t v th y tinh [2]
1.4.1. Khái ni m chung v v t li u th y tinh
V t li u th

trí trung gian gi a v t li u

k t tinh và v t li u l ng vì thu tinh có nh ng tính ch
r n k t tinh, còn s b

t

i x ng trong c u trúc gây ra s

ng gi ng v t

li u l ng.
tr ng thái th y tinh, các v t li

u có m t s

m hóa lí chung:

ng.
2. Có th nóng ch
nhi u l

n thu n ngh
nh theo cùng m t ch

n u ch y

l

c ch

u (n u

ng d tr

ng

không x y ra k t tinh ho c phân l p t vi).
3. Khi

tr ng thái th y tinh, v t li

thái tinh th
4. Khi b

t li
t nóng, thu

m nóng ch

tr ng thái k t

tinh mà m m d n, chuy n t tr ng thái giòn sang d

nh t cao và cu i

cùng chuy n sang tr ng thái l ng gi t. S bi n thiên liên t c c
cho ta th

n không có s t o thành pha m

còn nhi u tính ch

i liên t

V

nh t ra

.

y ph n ánh tính ph c t p c a tr ng thái th y tinh,
nêu ra m

m

nh t có th

i công nh

th y tinh th
t nhi

nh

ct tc

th y tinh.

Gustav Tammann (1933) g i th y tinh là v t th r n không k t tinh. H i
ng khoa h c Nga (1938) thì coi th y tinh là ch t r

c làm

quá l nh t tr ng thái nóng ch y và có tính thu n ngh ch khi chuy n t l ng
sang r n. Hi p h i Khoa h c V t li u c a M (1941) l i coi th y tinh là s n
ph
r

c làm l

t ng

id

14

nh t l n d


chuy n d ch t nh ti

i c u trúc c a nó không có tr t t
n l n ch

th

u ki n xu t hi n tr ng thái

làm quá l nh ch t nóng ch
c th y tinh b ng con

i ta còn thu

ng khác. Ví d

n xu t nh ng

l p th y tinh m ng. M t khác nhi u ch t h

m trong tr ng thái th y
y

Vi t Nam lâu nay t m ch p nh
tinh là s n ph

c làm quá l

n tr ng thái r n không

k
1.4.2. Các tính ch t c a th y tinh
Các tính ch t c a th y tinh có th phân chia m t cách g
nhóm: Nhóm các tính ch

n và nhóm các tính ch t ph c t p.

1.4.2.1. Nhóm các tính ch

n
y

n

G

g1a1 g 2 a2 ...g n an

gi ai

i 1

+ gi
+ ai
Ví d

nh m

c a th y tinh t

thành ph n hóa h c. Theo

Baillih:
d 20 =

ai: % kh

a1 + a 2 + ... + a n
a
a1 a 2
+ + ... + n
f1 f 2
fn

100
n
ai
i=1 f i

ng c a oxit i; fi: h s Baillih c a oxit i.

15


B ng 1.2. Các h s Baillih
F

F

F

SiO2

2,24

ZnO

5,94

MgO

3,25

B2O3

1,90

PbO

10,30

BaO

7,20

Al2O3

2,75

Na2O

3,20

As2O3

3,30

CaO

4,30

K2O

3,20

Sb2O3

5,00

N u th y tinh có thành ph

2:

dùng công th c và b ng Baillih ta có th tính m
d 20 =

Ví d

100
73,5 10 16,5
+
+
2,24 4,3 3, 2

73,5; CaO: 10; Na2O: 16,5
th y tinh trên:

100
40, 27

2, 452

nh h s gi n n nhi t c a th y tinh theo English và Turner:
n
1 1

2 2

n

n

i i
i=1

B ng 1.3. Các h s c

tính h s gi n n nhi t

Pi.10-7

Pi.10-7

SiO2

0,05

ZnO

0,70

B2O3

0,66

PbO

1,06

Al2O3

1,14

Na2O

4,16

CaO

1,63

K2O

3,9

MgO

0,45

BaO

1,4

Tính h s gi n n nhi t c a th y tinh

ví d 1:

(73,5.0,05 10.1,63 16,5.4,16).10

1.4.2.2. Nhóm các tính ch t ph c t p

-

-

16

7

88,615.10

7


1.5

t o th y tinh [2]

1.5

y
Quy trình

tinh

pháp nóng

thành 10

2CO3

-

-

-

17

có

chia