Nghiên cứu ảnh hưởng của zno và cao lên phổ phát quang của mn trong vật liệu phát quang nhóm (zn,ca)sio3 và (zn,ca)al2o4

Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
----------

HỒ THỊ PHƯƠNG THANH

Nghiên cứu ảnh hưởng của ZnO và CaO lên
phổ phát quang của Mn trong vật liệu phát
quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 và (Zn,Ca)Al2O4

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

SƯ PHẠM VẬT LÝ

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

1

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

MỞ ĐẦU

Nhìn lại lịch sử của sự phát quang, chúng ta có thể nhận thấy rõ rằng để có
các loại ánh sáng như hiện nay, con người cần nhiều ngàn năm để hiểu các định luật
của thiên nhiên cho việc phát minh và sáng tạo. Cuối thế kỷ thứ 19, Thomas Edison
tạo ra một cuộc cách mạng "ánh sáng" qua sự phát minh và hoàn thiện bóng đèn
phát quang nhờ ánh sáng của một điện trở được làm nóng lên khi có một dịng điện
chạy ngang. Sự phát quang của đèn nê-ông bằng hơi thủy ngân là cuộc cách mạng
"ánh sáng" lần thứ hai nhờ vào cơ học lượng tử. Màn hình tivi dùng cực cathode
được phát triển dựa vào những nguyên tắc của sự phát quang. Sự ra đời của đèn
LED đưa đến sự cáo chung của đèn bóng Edison. Đèn LED có kích thước nhỏ, tiêu
hao ít năng lượng, hiệu suất phát quang lớn và tuổi thọ dài. Đèn LED có hiệu suất
lớn hơn đèn bóng dây tóc 10 lần và có tuổi thọ kéo dài gấp xấp xỉ 100 lần so với
đèn bóng. Đèn LED là một trong những ứng dụng của hiện tượng quang phát
quang. Chính sự hiếu kỳ cùng với nhu cầu của loài người là một nguyên nhân thúc
đẩy con người nghiên cứu hiện tượng quang phát quang _Photoluminescence (PL).
Vật liệu phát quang chất nền aluminate và silicate pha tạp Mn đã được các
nhà khoa học chú ý đến trong vài thập niên gần đây và tại phịng thí nghiệm vật lý
của Đại học Sư Phạm Đà Nẵng đã có các nghiên cứu về sự pha tạp ion Mn2+ lên các
vật liệu nền canxi aluminate, kẽm aluminate, canxi silicate, kẽm silicate. Câu hỏi
được đặt ra ở đây là kẽm oxit và canxi oxit ảnh hưởng như thế nào lên phổ phát
quang của Mn trong vật liệu aluminate và silicate. Chính từ câu hỏi này tơi đã tiến
hành khảo sát ảnh hưởng của kẽm oxit và canxi oxit lên phổ phát quang của Mn
trong vật liệu phát quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 và (Zn,Ca)Al2O4. Đó cũng chính là lý
do mà tơi đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của ZnO và CaO lên phổ phát
quang của Mn trong vật liệu phát quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 và (Zn,Ca)Al 2 O4”.
Mục đích của đề tài là tìm hiểu về sự ảnh hưởng của kẽm oxit và canxi oxit
lên phổ phát quang của Mn trong vật liệu phát quang nhóm (Zn,Ca)SiO3 và
(Zn,Ca)Al2O4 bằng cách khảo sát tỉ lệ chất nền nào của vật liệu cho phổ phát quang
cao nhất, hiệu ứng gồm những màu gì, ở khoảng bước sóng nào.
Để đạt được mục đích của đề tài như trên, tơi đã chế tạo nhóm vật liệu
(Zn,Ca)SiO3 và (Zn,Ca)Al2O4 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn, được thay đổi

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

2

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

lần lượt về tỉ lệ chất nền . Có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau đối với hai nhóm
vật liệu này, bản thân tơi tập trung nghiên cứu phổ quang phát quang của mỗi mẫu ở
các tỉ lệ chất nền khác nhau và của cả hai hệ mẫu.
Sau khi nghiên cứu lý thuyết phát quang và tài liệu tham khảo cũng như các
ứng dụng của vật liệu phát quang, tôi đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm bao gồm
chế tạo các mẫu thuộc nhóm vật liệu canxi kẽm silicate và canxi kẽm aluminate với
các nồng độ Mn và tỉ lệ chất nền khác nhau, rồi tiến hành đo phổ quang phát quang
của chúng, sau đó đưa ra các nhận xét từ những phổ đã thu được.
Đề tài đã đưa ra các nhận xét và kết luận về phổ phát quang của ion Mn ứng
với mỗi tỉ lệ chất nền của vật liệu (Zn,Ca)SiO3 và (Zn,Ca)Al2O4, xác định hiệu ứng
gồm những màu gì, ở những bước sóng nào, trong số đó thì ưu tiên cho bước sóng
nào, bước sóng được ưu tiên này là đặc trưng của ion Mn trong trường tinh thể nào.
Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khi nghiên cứu lý thuyết quang
phát quang cũng như chế tạo và tìm hiểu về sự ảnh hưởng tỉ lệ chất nền của vật liệu
silicat và aluminate lên phổ phát quang của ion Mn.
Để có được những đóng góp như trên, tôi xây dựng cấu trúc của đề tài như
sau:

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

3

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

PHẦN A: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG.
1. 1. Sự phát quang :
Là sự phát sáng khi vật nhận kích thích bằng ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại,
hồng ngoại, chùm điện tử,hoặc khi thực hiện phản ứng hóa học hay dưới tác dụng
của điện trường …
1.2. Quang phát quang (Photoluminescence)
1.2.1. Định nghĩa
Quang phát quang (Viết tắt : PL) là sự phát quang của vật khi vật nhận
những kích thích quang (ví dụ như laser, led, tia tử ngoại, …).
Theo Vavilôp, hiện tượng phát quang là hiện tượng các chất phát quang
phát ra bức xạ còn dư đối với bức xạ nhiệt trong trường hợp mà bức xạ còn dư đó
kéo dài trong khoảng thời gian 10 -16 (s) hoặc lớn hơn.
1.2.2. Nguyên tắc bố trí hệ đo quang phát quang
Mơ hình đo phổ quang phát quang được thể hiện như hình sau:

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo phổ quang phát quang
Từ hình vẽ chúng ta có thể xác định được nguyên tắc đo phổ phát quang
gồm 4 bước như sau:
-

Bước 1: Chiếu chùm sáng kích thích (Ví dụ : laser) vào mẫu, khi đó tại vị trí
chiếu ánh sáng kích thích sẽ xảy ra hiện tượng phát quang.

-

Bước 2: Dùng thấu kính hội tụ để hội tụ chùm phát quang.

-

Bước 3: Chùm phát quang hội tụ cho đi qua một quang phổ kế.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

4

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

-

Khoa Vật Lý

Bước 4: Cuối cùng, photodetector phát hiện photon thu được và biến đổi tín
hiệu quang thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này đi vào bộ khuyếch đại được
nối với máy tính và ta thu được phổ phát quang trên màn hình máy tính.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

5

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU
2.1. Canxi oxit

Hình 1.2 : Trật tự của các nguyên tử Ca và O trong tinh thể CaO
Canxi oxit là một oxit của canxi, được sử dụng rộng rãi. Nó có phân tử gam
bằng 56,1 g/mol, hệ số giãn nở nhiệt 0,148 , nhiệt độ nóng chảy 2572 °C. Điểm sơi
2850 °C. Canxi oxit là chất rắn có dạng tinh thể màu trắng và là một chất ăn da, có
tính kiềm. Canxi oxit thơng thường được sản xuất bằng cách phân hủy bởi nhiệt
(nung nóng) các loại vật liệu tự nhiên như đá vơi là khống chất chứa canxi
cacbonat (CaCO3 ). Quá trình này diễn ra khi CaCO3 bị nung nóng tới nhiệt độ
khoảng 900°C, một q trình mà người ta cịn gọi là nung vơi, để loại bỏ cacbon
đioxit theo một phản ứng hóa học khơng thuận nghịch. Các nhiệt độ thấp hơn có thể
tạo ra phản ứng thuận nghịch, nó cho phép vật liệu bị nung thành CaO tái hấp
thụ CO2 ở xung quanh để trở thành CaCO3.
2.2. Kẽm oxit
Kẽm là một nguyên tố kim loại, được kí hiệu là Zn và nằm ở vị trí thứ 30
trong bảng hệ thống tuần hoàn. Kẽm, về một phương diện nào đó, có tính chất hóa
học giống với magiê, vì ion của chúng có bán kính giống nhau và có trạng thái oxi
hóa thơng thường duy nhất là +2
Ở điều kiện thường kẽm oxit có dạng bột trắng mịn, khi nung trên 300 0 C, nó

chuyển sang màu vàng (sau khi làm lạnh thì trở lại màu trắng). Kẽm oxit hấp thụ
tia cực tím và ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 366nm. Khi đưa vào mạng tinh thể
của kẽm oxit một lượng nhỏ kim loại hóa trị I hoặc hóa trị III thì nó trở thành chất
bán dẫn. Kẽm oxit có khối lượng phân tử là 81,38 g/mol, nhiệt độ nóng chảy
1975 0C. ZnO là một chất lưỡng tính, ở nhiệt độ cao khoảng 1975 0C, ZnO bị phân
hủy theo phương trình phản ứng sau:
GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

6

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

2ZnO2Zn+O2

2.3. Nhôm oxit
Nhôm oxit là một hợp chất hóa học của nhơm và oxi với cơng thức hóa
học Al2O3 . Nó cịn được biết đến với tên gọi aluminate trong các ngành khai
khoáng, gốm sứ và khoa học vật liệu. Nó có hệ số giãn nở nhiệt 0.063, nhiệt độ
nóng chảy 2054°C. Các loại đá quý như hồng ngọc và xaphia chủ yếu là nhôm oxit,
màu của chúng là do các tạp chất gây ra.
Nhôm oxit là lớp bảo vệ cho nhôm kim loại chống lại tác động ăn mịn
của khơng khí. Nhơm kim loại là một chất hoạt động hóa học mạnh với oxi trong
khơng khí và nó nhanh chóng tạo ra một lớp mỏng nhôm oxit trên bề mặt. Lớp
nhôm oxit này rất vững chắc, khơng cho khơng khí thẩm thấu qua và nhơm khơng
bị oxy hóa tiếp. Nhơm oxit là một chất cách nhiệt và cách điện tốt. Trong dạng tinh

thể, nó được gọi là corunđum thích hợp để sử dụng như là vật liệu mài mòn và như
là thành phần của các thiết bị cắt. Tháng 8 năm 2004, các nhà khoa học tại Hoa
Kỳ đã phát triển một kỹ thuật để tạo ra hợp kim của aluminate và các nguyên tố đất
hiếm để sản xuất thủy tinh gọi là aluminate trong suốt. Nhôm oxit là một thành phần
của vật liệu gốm aluminate, thuộc nhóm lưỡng tính. Chất này có thể nằm trong các
nguồn như: caolanh, đất sét, fenspat, aluminate vôi hóa, aluminate ngậm nước. Do
aluminate có nhiệt độ nóng chảy cao, vật liệu gốm sứ aluminate vẫn giữ được 90%
độ bền ở 1100 °C và được dùng để chế tạo các chi tiết cần có tính chịu nhiệt.
2.4. Silic đioxit
Ngun tố silic, ký hiệu hoá học Si, khối lượng nguyên tử 28,09, số thứ tự
trong bảng hệ thống tuần hoàn là 14, thuộc phân nhóm chính nhóm IV. Trong thiên
nhiên silic tồn tại dưới dạng các hợp chất : SiO2 (chẳng hạn như cát, thạch anh,
dilatômit là một dạng SiO2 vơ định hình) và dưới dạng muối của axit silicic (các
silicat). Phổ biến nhất trong thiên nhiên là các aluminôsilicat, nghĩa là silicat mà
trong thành phần của nó có nhơm. Chẳng hạn như mica, cao lanh... Silic đioxit là
chất ở dạng tinh thể, nóng chảy ở 1713 oC, khơng tan trong nước.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

7

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

2.5. Sơ lược về ion kim loại chuyển tiếp Mn
2.5.1. Lý thuyết về ion Mn2+

Nguyên tố Mn nằm ở vị trí 25 trong bảng hệ thống tuần hồn. Cấu hình điện
tử của Mn2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

Hình 1.3 Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d 5
Các mức 3d của ion Mn2+ cũng bị tách mức trong trường tinh thể. Ion Mn2+
phát xạ tương ứng với dịch chuyển 4 T1 → 6A1

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

8

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

2.5.2. Lý thuyết về ion Mn4+
Cấu hình điện tử của Mn4+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3

Hình 1.4 Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d 3
Ion Mn4+ phát xạ tương ứng với dịch chuyển dịch chuyển 2E → 4A2 gồm các
vạch nhọn nằm trong vùng màu đỏ.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

9

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh

Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

PHẦN B: THỰC NGHIỆM

1. Vật liệu (Ca,Zn)SiO3
1.1. Chế tạo mẫu (Ca,Zn)SiO3
Mẫu vật liệu nền (Ca,Zn)SiO3 được chế tạo theo các tỉ lệ chất nền khác nhau
từ hỗn hợp CaCO3, Zn(CH3COO)2.2H2O, SiO2 pha tạp MnCO3 , được nghiền trong
3 giờ.
Bảng 2.1: Danh sách các mẫu (Ca,Zn)SiO3
STT

Tên

Nhóm

(Ca,Zn)SiO3

%Mn

Nhiệt độ
nung

01

1

A1

0,45 :0,45 :1,1

0,7

1000 0C/2 giờ

02

2

B1

0,5

:0,2

:1,6

0,45

+ 1200 0C/4

03

3

A3

0,5

:0,5

:1

0,7

giờ

04

4

A1

0,45 :0,45 :1,1

0,3

05

5

A3

0,5

0,3

06

6

A1

0,45 :0,45 :1,1

0,3

07

7

A2

0,55 :0,55 :0,9

0,3

08

8

B3

0,55 :0,45 :1

0,3

09

9

A1

0,45 :0,45 :1,1

0,3

10

7.1

A2

0,55 :0,55 :0,9

0,3

11

8.1

B3

0,55 :0,45 :1

0,3

12

9.1

A1

0,45 :0,45 :1,1

0,3

13

11.1

B3

0,6

:0,4

:1

0,3

14

12

A1

0,4

:0,4

:1,2

0,3

15

13

B1

0,55 :0,4

:1,05

0,3

16

14

B2

0,6

:0,5

:0,9

0,3

17

15

B1

0,5

:0,45 :1,05

0,3

18

16

B2

0,6

:0,45 :0,95

0,3

19

17

B2

0,6

:0,55 :0,85

0,3

20

18

A2

0,6

:0,6

0,3

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

:0,5

:1

:0,8

10

1200 0C/6 giờ

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

21

19

C1

0,45 :0,5

:1,05

0,3

22

20

C1

0,45 :0,5

:1,05

0,3

23

21

C2

0,5:

:0,9

0,3

24

22

C2

0,45 :0,6

:0,95

0,3

25

23

C3

0,45 :0,55 :1

0,3

26

24

C3

0,4

:0,6

:1

0,3

27

25

C1

0

: 0,7

: 1,3

0,3

0,6

Tương quan về tỉ lệ chất nền trong (Ca,Zn)SiO3 được chia thành các nhóm như
sau (các mẫu được nhắc đến theo tên của mẫu, không phải theo số thứ tự.):
 Nhóm A1: Ca = Zn <0,5 ; Si > ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 1 (= mẫu 4), mẫu 6 ( = mẫu 9, mẫu 9.1) , mẫu 12.
 Nhóm A2: Ca = Zn >0,5 ; Si < ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 7, mẫu 18.
 Nhóm A3: Ca = Zn =0,5 ; Si = ∑ (Ca + Zn)
Mẫu 5, mẫu 3.
 Nhóm B1: Ca > Zn ; Si > ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 2, mẫu 13, mẫu 15.
 Nhóm B2: Ca > Zn ; Si < ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 14, mẫu 16.
 Nhóm B3: Ca > Zn ; Si = ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 8, mẫu 11.
 Nhóm C1: Ca < Zn ; Si > ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 19, mẫu 20, mẫu25.
 Nhóm C2: Ca < Zn ; Si < ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 21, mẫu 22.
 Nhóm C3: Ca < Zn ; Si = ∑ (Ca + Zn).
Mẫu 23, mẫu 24.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

11

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

Sơ đồ khối thể hiện sự tương quan của các nhóm mẫu:

Nhóm A: Ca = Zn
A1

A3

A2

Ca = Zn <0,5

Ca = Zn = 0,5

Ca = Zn >0,5

Si >∑(Ca+Zn)

Si =∑(Ca+Zn)

Si <∑(Ca+Zn)

Nhóm B: Ca > Zn
B1

B3

B2

Ca > Zn

Ca > Zn

Ca > Zn

Si >∑(Ca+Zn)

Si =∑(Ca+Zn)

Si <∑(Ca+Zn)

Nhóm C: Ca < Zn
C1

C3

Ca < Zn

Ca < Zn

Ca < Zn

Si >∑(Ca+Zn)

Si =∑(Ca+Zn)

Si <∑(Ca+Zn)

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

C2

12

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

1.2. Kết quả và thảo luận
a. Mẫu Ca0Zn0,7 (SiO3 )1,3 : 0,3% Mn

Ca0Zn0,7(SiO3)1,3 : 0,3% Mn

C- êng ®é (count.)

30000

20000

10000

0
500

550

600

650

700

750

B- í c sãng(nm)
Hình 2.1 Phổ PL của mẫu Ca 0Zn 0,7 (SiO3 )1,3 : 0,3% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,3% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ
0:0,7:1,3 phát quang ở khoảng bước sóng 525nm_ màu xanh.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

13

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh

Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

b. Mẫu Ca0,4 Zn0,6 (SiO3)1,0 : 0,3% Mn

20000

C- êng ®é (count.)

Ca0,4Zn0,6(SiO3)1,0 : 0,3% Mn

10000

0
500

550

600

650

700

750

B- í c sãng(nm)
Hình 2.2 Phổ PL của mẫu Ca 0,4 Zn 0,6 (SiO3 )1,0 : 0,3% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,3% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ

0,4:0,6:1,0 phát quang ở khoảng bước sóng 525nm_ màu xanh.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

14

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

c. Mẫu Ca0,4 Zn0,4(SiO3)1,2 : 0,3% Mn

C- êng ®é (count.)

Ca0,4Zn0,4(SiO3)1,2 : 0,3% Mn

10000

0
480

560

640

720

B- í c sãng(nm)
Hình 2.3 Phổ PL của mẫu Ca 0,4 Zn 0,4(SiO3 )1,2 : 0,3% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,3% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ
0,4:0,4:1,2 phát quang ở khoảng bước sóng 525nm _ màu xanh.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

15

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

d. Mẫu Ca0,55 Zn0,4 (SiO3)1,05 : 0,3% Mn

Ca0,55Zn0,4(SiO3)1,05 : 0,3% Mn

C- êng ®é (count.)

10000

0
500

550

600

650

700

750

B- í c sãng(nm)
Hình 2.4 Phổ PL của mẫu Ca0,55Zn 0,4 (SiO3)1,05 : 0,3% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,3% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ
0,55:0,4:1,05 phát quang ở khoảng bước sóng 525nm_ màu xanh.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

16

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

e. Phổ PL của hệ (Ca,Zn)SiO3 : 0,3%Mn

C- êng ®é (count.)

30000

(Ca,Zn)SiO3: 0,3% Mn

0,55 :0,4 : 1,05 (B1)
0,4 :0,4 : 1,2 (A1)
0,4 :0,6 : 1
(C3)
0
:0,7 : 1,3 (C1)

20000

10000

0
480

560

640

720

B- í c sãng (nm)
Hình2.5 Phổ PL của mẫu (Ca,Zn)SiO3: 0,3%Mn ở điều kiện nung 1200 0C/6giờ với
các tỉ lệ về chất nền khác nhau.
Nhận xét:
 Tâm quang Mn ở trong trường tinh thể polysilicat (Ca,Zn)SiO3 với các tỉ lệ
chất nền khác nhau thì đều phát quang ở khoảng bước sóng 525nm _màu
xanh là chủ yếu, nhưng cường độ phát quang đối với vật liệu có tỉ lệ chất nền
khác nhau là khác nhau.
 Tâm quang Mn ở trong trường tinh thể polysilicat (Ca,Zn)SiO3 cho hiệu ứng
màu xanh ở 525nm tốt nhất khi tỉ lệ chất nền là 0: 0,7:1,3

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

17

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

f. Mẫu Ca0,45 Zn0,45 (SiO3)1,1 : 0,7% Mn

2500

Ca0,45Zn0,45(SiO3)1,1 : 0,7% Mn
C- êng ®é (count.)

2000

1500

1000

500

0

500

550

600

650

700

750

B- í c sãng(nm)
Hình 2.6 Phổ phát quang của mẫu Ca 0,45 Zn 0,45 (SiO3)1,1: 0,7% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ
0,45:0,45:1,1 phát quang ở khoảng bước sóng 525nm_ màu xanh.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

18

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

g. Mẫu Ca0,45 Zn0,45 (SiO3)1,1 : 0,3% Mn

Ca0,45Zn0,45(SiO3)1,1 : 0,3% Mn

C- êng ®é (count.)

1500

1000

500

0

-500
500

550

600

650

700

750

B- í c sãng(nm)
Hình 2.7 Phổ PL của mẫu Ca 0,45 Zn 0,45 (SiO3)1,1: 0,3% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,3% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ
0,45:0,45:1,1 phát quang ở khoảng bước sóng 525nm_ màu xanh.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

19

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

h. Mẫu Ca0,5 Zn0,2(SiO3)1,6 : 0,45% Mn

Ca0,5Zn0,2(SiO3)1,6 : 0,45% Mn

C- êng ®é (count.)

1500

1000

500

0

-500
500

550

600

650

700

750

B- í c sãng(nm)
Hình 2.8 Phổ PL của mẫu Ca 0,5 Zn 0,2 (SiO3 )1,6 : 0,45% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,45% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ
0,5:0,2:1,6 phát quang ở khoảng bước sóng 580nm_ màu cam.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

20

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

i. Ca0,5 Zn0,5(SiO3)1,0 : 0,7% Mn

Ca0,5Zn0,5(SiO3)1,0 : 0,7% Mn

C- êng ®é (count.)

2000

1500

1000

500

0

-500
500

550

600

650

700

750

B- í c sãng(nm)
Hình 2.9 Phổ PL của mẫu Ca 0,5 Zn 0,5 (SiO3)1,0 : 0,7% Mn
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trong trường tinh thể (Ca,Zn)SiO3 tỉ lệ
0,5:0,5:1,0 phát quang ở khoảng bước sóng 590nm_ màu cam.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

21

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

k.Phổ PL của hệ (Ca,Zn)SiO3 (được đo ở Viện khoa học vật liệu
2500
tại Hà Nội)

C- êng ®é (count.)

2000

1

1500

2

1000

3

4
500

0

-500
500

1
4
2
3

550

600

650

700

750

B- í c sãng (nm)
(Ca,Zn)SiO3: Mn
0,45 :0,45 : 1,1 (0,7% Mn) (A1)
0,45 :0,45 : 1,1 (0,3% Mn) (A1)
0,5 :0,2 : 1,6 (0,45% Mn) (B1)
0,5 :0,5 : 1 (0,7% Mn) (A3)

Hình2.10 Phổ PL của mẫu (Ca,Zn)SiO3 pha tạp ion Mn

ở điều kiện nung

1000 0 C/2giờ +1200 0 C/4giờ với tỉ lệ về chất nền và nồng độ pha tạp khác nhau.
Nhận xét:
 Tâm quang Mn trong các trường tinh thể polysilicat (Ca,Zn)SiO3 thì phát
quang cho hai loại hiệu ứng: màu xanh và màu cam.
 Trường polysilicat (Ca,Zn)SiO3 rất không ổn định. Trong số 27 mẫu đã chế
tạo chỉ có 8 mẫu có hiệu ứng phát quang nhưng yếu.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

22

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

2.Vật liệu (Ca,Zn)Al 2O4
2.1. Chế tạo mẫu (Ca,Zn)Al 2O4
Mẫu vật liệu nền (Ca,Zn) Al2O4 được chế tạo theo các tỉ lệ chất nền khác
nhau từ hỗn hợp CaCO3 , Zn(CH3COO)2.2H2O, Al2O3 pha tạp 0,7% MnCl2, 10%
chất chảy H3BO3 ,được nghiền trong 3 giờ và được nung ở 1300 0C/2h
Bảng 2.2: Danh sách các mẫu (Ca,Zn)Al2O4 chế tạo theo các tỉ lệ chất nền khác
nhau được nung trong điều kiện yếm khí
STT Tên

(Ca,Zn)Al 2O4

STT

Tên

(Ca,Zn) Al 2 O4

28

1.1

0,7

:0

:1,3

31

4.1

0,1

:0,6 :1,3

29

2.1

0

:0,7 :1,3

32

5.1

0,5

:0,2 :1,3

30

3.1

0,6

:0,1 :1,3

33

6.1

0,2

:0,5 :1,3

Bảng 2.3: Danh sách các mẫu (Ca,Zn)Al2O4 chế tạo theo các tỉ lệ chất nền khác
nhau được nung trong điều kiện khơng khí
STT Tên (Ca,Zn)Al 2O4

STT

Tên (Ca,Zn)Al 2O4

34

1.2

0,7

:0

:1,3

37

4.2

0,1

:0,6 :1,3

35

2.2

0

:0,7 :1,3

38

5.2

0,5

:0,2 :1,3

36

3.2

0,6

:0,1 :1,3

39

6.2

0,2

:0,5 :1,3

Các mẫu ở đây có 3 chỉ số về chất nền, trong đó chỉ số của nhôm oxit được
giữ nguyên, chỉ số của kẽm oxit được giảm dần từ 0,7 đến 0, còn chỉ số của canxi
oxit thì tăng dần từ 0 đến 0,7. Mỗi loại tỉ lệ chất nền có hai mẫu được nung ở cùng
nhiệt độ 1300 0C/2h nhưng trong hai loại điều kiện khác nhau, khơng khí và yếm
khí.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

23

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

2.2. Kết quả và thảo luận
2.2.1. Mẫu Ca 0Zn0,7 (Al2O4)1,3 : 0,7% Mn
a. Mẫu Ca0Zn0,7 (Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn được nung yếm khí

Ca0Zn0,7(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn
đ- ợ c nung yếm khí

C- ờng độ (count.)

20000

10000

0
500

550

600

650

700

B- í c sãng(nm)
Hình 2.11 Phổ PL của mẫu Ca 0Zn 0,7 (Al2 O4)1,3 : 0,7% Mn được nung yếm khí
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trong trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 tỉ lệ
0:0,7:1,3 phát quang ở khoảng bước sóng 510nm_ màu xanh và ở khoảng bước
sóng 654nm, 683nm, 693nm_ màu đỏ, trong 3 bước sóng này, bước sóng 693nm thể
hiện hiệu ứng màu đỏ rõ nhất; cường độ của hiệu ứng màu xanh cao hơn hẳn cường
độ hiệu ứng màu đỏ.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

24

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh

750


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Vật Lý

b.Mẫu Ca0Zn0,7 (Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn nung trong khơng khí và yếm khí

Ca0Zn0,7(Al 2O4)1,3 : 0,7% Mn
yếm khí
không khí

C- ờng độ (count.)

20000

10000

0
500

550

600

650

700

750

B- ớ c sãng(nm)
Hình 2.12 Phổ PL của mẫu Ca 0Zn0,7 (Al2O4 )1,3 : 0,7% Mn được nung trong khơng
khí và yếm khí
Nhận xét: Tâm quang Mn nồng độ 0,7% trong trường tinh thể (Ca,Zn)Al2O4 tỉ lệ
0:0,7:1,3 được nung trong khơng khí và yếm khí thì đều phát quang ở khoảng bước
sóng 510nm_ màu xanh và ở khoảng bước sóng 692nm_ màu đỏ, cường độ của hiệu
ứng màu xanh cao hơn hẳn cường độ hiệu ứng màu đỏ; tuy nhiên khi mẫu được
nung yếm khí thì cho hiệu ứng tốt hơn là mẫu được nung trong khơng khí.

GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

25

SVTH: Hồ Thị Phương Thanh