Đặc trưng quang phát quang của vật liệu KMgSO4Cl

Chương 4.
ĐẶC TRƯNG QUANG PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU KMgSO
4
Cl
ĐỒNG PHA TẠP CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM
Các phép đo quang phát quang được chúng tôi thực hiện trên hệ đo tại Phòng thí nghiệm
Quang học Vật rắn, Khoa Vật lý, Trường ĐHKH Huế. Hệ đo dùng đơn sắc kế SPM2 với cách
tử 651 vạch/mm, bức xạ kích thích có bước sóng 365 nm được lấy từ đèn thuỷ ngân (Hg) áp
suất thấp, đầu thu nhân quang điện loại M12FQS51, hệ đo được ghép nối và vận hành bán tự
động thông qua máy tính cá nhân. Đồng thời cũng đã thực hiện một số phép đo trên hệ đo phổ
Raman, Phòng thí nghiệm Quang phổ Raman, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Bức
xạ kích thích có bước sóng 488 nm, được lấy từ laser Argon (Ar).
Các kết quả đo thu được là bảng dữ liệu cường độ ánh sáng phát quang thay đổi theo
bước sóng, sau đó dùng phần mềm Origin để dựng phổ PL phục vụ cho các phân tích, thảo
luận về vấn đề quan tâm.
4.1. Kết quả đo phổ quang phát quang (PL)
Trong phần này chúng tôi trình bày các kết quả khảo sát tính chất quang phổ của các vật
liệu đã chế tạo bao gồm KMC, KMD, KMS và các vật liệu đồng pha tạp KMgSO
4
Cl:Ce
3+
,
Y
3+
(Y=Dy, Sm) trong đó nồng độ pha tạp ion Ce
3+
giữ nguyên 10% mol và thay đổi nồng độ
pha tạp của ion đất hiếm Y
3+
.
4.1.1. Phổ PL của vật liệu KMC, KMD và KMCD.

Phổ PL của mẫu KMC10 được chỉ ra trong hình 4.1, phổ là phổ đám, cường độ rất yếu
nếu so sánh với phổ PL của vật liệu pha tạp khác. Phổ PL của mẫu KMD0.5 được chỉ ra trong
hình 4.2, phổ này gồm những vạch hẹp đặc trưng cho chuyển dời bức xạ
4
F
9/2

→
6
H
j
(j = 5/2,
7/2, …, 15/2) của ion Dy
3+
, trong đó, chiếm ưu thế là các chuyển dời
4
F
9/2
→
6
H
15/2
, bước sóng
tương ứng khoảng 484 nm và chuyển dời
4
F
9/2
→
6
H

13/2
, bước sóng tương ứng khoảng 577
nm.
46
Phổ PL của mẫu KMCD10-0.5 được trình bày trong hình 4.3, phổ này gồm các vạch
hẹp đặc trưng cho ion Dy
3+
, kết quả này khá phù hợp với các nghiên cứu của nhóm S. C.
Gedam và các cộng sự [9]. So sánh cường độ PL các mẫu đơn pha tạp Dy
3+
và đồng pha tạp
Ce
3+
, Dy
3+
được trình bày trong hình 4.4 và hình 4.5.
Hình 4.4 và hình 4.5 cho thấy: khi đơn pha tạp Dy
3+
và đồng pha tạp Ce
3+
, Dy
3+
vào nền
KM thì phổ PL của chúng gồm các vạch hẹp đặc trưng của ion Dy
3+
, tuy nhiên, cường độ PL
của mẫu đồng pha tạp Ce
3+
, Dy
3+

mạnh lên rất nhiều so với mẫu đơn pha tạp Dy
3+
. Điều này
đưa chúng tôi đến nhận định rằng ion Ce
3+
giữ vai trò tâm nhạy sáng và ion Dy
3+
giữ vai trò
tâm phát quang trong vật liệu đồng pha tạp Ce, Dy. Tức là có tồn tại quá trình truyền năng
lượng từ tâm Ce sang tâm Dy.
400 450 500 550 600 650 700
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16


C­êng ®é PL (®vt®)
B­íc sãng (nm)
Hình 4.1: Phổ PL của mẫu KMC10, bước sóng kích thích 365 nm
47
400 450 500 550 600 650 700
0.0
0.4
0.8
1.2
4
F
9/2

--->
6
H
13/2
4
F
9/2
--->
6
H
15/2


C­êng ®é PL (®vt®)
B­íc sãng (nm)
Hình 4.2: Phổ PL của mẫu KMD0.5, bước sóng kích thích 365 nm
400 450 500 550 600 650 700
0
2
4
6
8
10
4
F
9/2
--->
6
H
13/2

4
F
9/2
--->
6
H
15/2


C­êng ®é PL (®vt®)
B­íc sãng (nm)
Hình 4.3: Phổ PL của các mẫu KMCD10-0.5, kích thích bằng bước sóng 365 nm
48
400 450 500 550 600 650 700
0
2
4
6
8
10
(3)
(2)
(1)


C­êng ®é PL (®vt®)
B­íc sãng (nm)
(1) KMC10
(2) KMD0.5
(3) KMCD10-0.5

Hình 4.4: Phổ PL của các mẫu KMC10, KMD0.5, KMCD10-0.5 , kích thích bằng bước sóng
365 nm
500 600 700 800 900
0
1x10
4
2x10
4
3x10
4
4x10
4
5x10
4
6x10
4


(3)
(2)
(1)
C­êng ®é PL (®vt®)
B­íc sãng (nm)
(1) KMCD10-0.5
(3) KMC10
(2) KMD0.5
Hình 4.5: Phổ PL của các mẫu KMC10, KMD0.5 và KMCD10-0.5, bước sóng kích
thích 488 nm
4.1.2. Phổ PL của các mẫu KMC, KMS và KMCS
49

Chúng tôi lặp lại với việc đơn pha tạp Sm
3+
và đồng pha tạp Ce
3+
, Sm
3+
vào nền KM để
kiểm tra lại nhận định có sự truyền năng lượng. Hình 4.6 trình bày phổ PL của mẫu KMS0.5,
phổ này gồm các vạch hẹp đặc trưng cho chuyển dời
4
G
5/2
→
6
H
j
( j = 5/2, 7/2, …,15/2) của
ion Sm
3+
, trong đó chiếm ưu thế là
4
G
5/2
→
6
H
5/2
, tương ứng với bước sóng 575 nm,
4
G

5/2

→
6
H
7/2
, tương ứng với bước sóng 617 nm, ảnh hưởng của mẫu nền lên hiện tượng quang phát
quang rất rõ xuất hiện vùng phổ đám từ 620 nm đến 700 nm.
Phổ PL của mẫu KMCS10-0.5 được trình bày trong hình 4.7, phổ gồm các vạch hẹp đặc
trưng cho ion Sm
3+
, đặc biệt vùng phổ từ 620 nm đến 700 nm hầu như rất bé so với các bức xạ
đặc trưng của ion Sm
3+
. So sánh cường độ PL của các mẫu KMC10, KMS0.5 và
KMCS10-0.5 được trình bày trong hình 4.8.
Hình 4.8 cho thấy khi đồng pha tạp Ce
3+
, Sm
3+
thì tính chất phát quang đặc trưng cho
ion Sm
3+
nhưng cường độ PL lớn hơn rất nhiều so với khi đơn pha tạp Sm
3+
. Điều này đưa
chúng tôi đến nhận định, cũng như đồng pha tạp Ce
3+
, Dy
3+

thì khi đồng pha tạp Ce
3+
, Sm
3+
cũng có sự truyền năng lượng từ tâm nhạy sáng Ce
3+
sang tâm phát quang Sm
3+
.
500 550 600 650 700
0.00
0.03
0.06
0.09
0.12


C­êng ®é PL (®vt®)
B­íc sãng (nm)
Hình 4.6: Phổ PL của mẫu KMS0.5, bước sóng kích thích 365 nm
50