Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
368
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ION MN2+ LÊN PHỔ
PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU NỀN ALUMINATE
SURVEY THE INFLUENCE OF ION MN2+ TO LUMINESCENT SPECTRA OF
ALUMINATE MATERIALS
GVHD: NGUYỄN VĂN CƯỜNG,
Khoa Vật Lý, Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng
SVTH: VŨ THỊ CHUNG THUỶ,
Lớp 04VL,Khoa Vật Lý, Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng
TÓM TẮT:
Trong báo cáo này, tác giả giới thiệu một số kết quả khảo sát phổ phát quang của vật liệu
aluminate kiềm thổ có pha tạp ion Mn2+. Từ các kết quả thu được tác giả rút ra một số kết
luận về ảnh hưởng của ion này lên phổ phát quang của các vật liệu aluminate kiềm thổ.
ABSTRACT:
In this paper, author present some the result was studied about the Aluminate material spectra
have droped ion Mn2+. Due to the result was obtained, the author was drawn some conclusion
about the influence of this one to luminescent spectra of the Aluminate alkali earth material.
1. MỞ ĐẦU:
Các chất phát quang nói chung và chất lân quang dài nói riêng đã được phát hiện và chú ý
nghiên cứu từ hàng trăm năm nay với nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học như:
Antonop, Clemen, Lepsin… Và hiện tượng phát quang của các chất này có rất nhiều ứng dụng
trong khoa học, kỹ thuật và đời sống.
Người ta nhận thấy rằng một số chất lân quang của ZnS như: ZnS:Cu+ có thể tạo ra hiện
tượng phát quang trong khoảng thời gian phát quang có thể kéo dài đến 40 phút, hay ZnS:Cu+,
Co2+ có thời gian phát quang có thể lên đến 1,5 tiếng. Người ta cũng tìm và phát triển một số
chất lân quang có thời gian phát quang tương tự nhưng có đặc tính nổi trội hơn đó là có thể bị
kích thích dưới ánh sáng khả kiến như CaS, SrS…
Đến trước những năm 90, các chất lân quang được chế tạo đều có thời gian phát quang cỡ
vài giờ đồng hồ. Điều này làm hạn chế các ứng dụng các chất lân quang trong thực tế. Năm
1996, Matsarawa đã tạo ra chất lân quang mới SrAl2O4:Eu2+, Dy3+dựa trên chất lân quang đã
biết đó là SrAl2O4:Eu2+ được tìm thấy vào năm 1971 có thể phát quang ở bước sóng 520 nm
(xanh lục) trong thời gian 16 giờ. Sau đó, người ta đã tạo ra CaAl2O4: Eu2+, Nd3+ có khả năng
phát quang ở bước sóng 450 nm trong khoảng thời gian tương tự như SrAl2O4:Eu2+, Dy3+.
Thời gian phát quang khá dài của những chất lân quang mới đã thu hút được nhiều sự chú
ý của giới khoa học và mở ra nhiều ứng dụng trong thực tế của các chẩt lân quang mới này.
Với điều kiện hiện có của phòng thí nghiệm trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng, các tác giả đã
tiến hành khảo sát ảnh hưởng của việc pha ion Mn2+ vào trong vật liệu nền aluminate kiềm
thổ, để từ đó rút ra một số nhận xét cần thiết cho việc chế tạo chất lân quang dài từ vật liệu
aluminate kiềm thổ. Đó là lý do chúng tôi chọn đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của ion Mn2+
lên phổ phát quang của vật liệu nền Aluminate”.
2. PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU:
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
369
Phương pháp đo phổ phát quang là một trong những phương pháp hiện đại được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực, phương pháp này dựa trên phép phân tích phổ phát quang của các
chất được khảo sát.
Phổ phát quang được biểu diễn dưới dạng đường cong, mỗi đường cong được đặc trưng
bởi bước sóng
max
mà tại đó sự phát quang xảy ra mạnh nhất.
Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Mn2+ lên phổ phát quang của vật liệu nền, ta tiến
hành đo phổ phát quang của vật liệu nền khi có pha tạp ion Mn2+ với những nồng độ khác
nhau, sau đó so sánh sự thay đổi cường độ phát quang của các đỉnh phổ để rút ra những kết
luận cần thiết.
Vật liệu khảo sát trong báo cáo này là các vật liệu aluminate kiềm thổ, là một trong
những chất lân quang đang được quan tâm nghiên cứu bởi khả năng tạo ra sự phát quang kéo
dài khi được pha thêm vào các ion kim loại chuyển tiếp (Mn), nhiều ion có khả năng phát
quang dài trong Aluminate mà không cần đồng kích hoạt. Để có thể khảo sát được sự phát
quang chúng ta cần tạo được vật liệu mẫu. Với điều kiện hiện có của phòng thí nghiệm, tác giả
tiến hành nghiền trộn hỗn hợp gồm các muối cacbonat của các ion kim loại kiềm (Ca,Ba,Mg),
oxit nhôm (Al2O3), hợp chất clorua ngậm nước của ion Mn2+ với các nồng độ 0,1% , 0,2% ,
0,5% , 0,7% , 1%. Sau đó hỗn hợp được nung trong lò nung nhiệt độ cao ở các nhiệt độ khác
nhau (1200, 1225, 1250, 1275, 1300oC). Sau khi nung các mẫu được để nguội tự nhiên trong
vài giờ. Sau đó lấy mẫu ra và tiến hành rửa lại bằng cồn tuyệt đối để loại bỏ tạp chất. Các mẫu
sau khi đã hoàn chỉnh được gởi đi đo phổ phát quang của mẫu.
Các mẫu được nung ở các nhiệt độ khác nhau nhưng tác giả chỉ xét các mẫu nung ở nhiệt
độ 1275 là chủ yếu.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN:
Phổ phát quang của các vật liệu Aluminate kiềm thổ:
o Phổ phát quang của CaAl2O4:Mn2+:
500 550 600 650 700
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
7000000
a. 0,2%Mn
b. 0,5%Mn
c. 0,7%Mn
d. 1,0%Mn
d
c
b
a
Intensity
Wavelength (nm)
Hình 1:Đường cong phát quang của CaAl2O4:Mn2+
a: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,2% Mn
b: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,5% Mn
c: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,7% Mn
d: Đường cong phát quang ở nồng độ 1% Mn
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
370
Nhận xét:
Đường cong phát quang là một dải phổ rộng, ta thấy đỉnh phổ có bước sóng
max
= 550 nm nằm trong khoảng từ 540 nm - 550 nm phù hợp với số liệu về đỉnh phát quang
của Mn.
Khi pha ion Mn2+ vào vật liệu CaAl2O4 trong khoảng pha tạp từ 0,2% - 1% thì xuất
hiện sự phát quang và cường độ phát quang mạnh nhất khi nồng độ pha tạp là 0,7% Mn.
o Phổ phát quang của BaAl2O4: Mn2+
400 500 600 700 800
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
1000000
1100000
a. 0,1%Mn
b. 0,2%Mn
c. 0,5%Mn
d. 0,7%Mn
e. 1,0%Mn
e
d
c
b
a
Intensity
Wavelength(nm)
Hình 2: Đường cong phát quang của BaAl2O4: Mn2+
a: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,1%Mn
b: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,2% Mn
c: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,5% Mn
d: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,7% Mn
e: Đường cong phát quang ở nồng độ 1% Mn
Nhận xét:
Ta thấy các đường cong phát quang là các dải phổ rộng rất đối xứng có đỉnh phổ có
bước sóng
max
= 543nm phù hợp với số liệu về đỉnh phát quang của Mn.
Tuy nhiên với nồng độ 0,1% Mn thì cường độ phát quang rất thấp, còn cường độ phát
quang mạnh nhất khi nồng độ pha tạp là 0,5% Mn. Ngoài ra, còn có đỉnh thấp khác là đỉnh
của các tạp chất, hay của các khuyết tật trong mạng nhưng với nồng độ thấp.
o Phổ phát quang của MgAl2O4: Mn2+
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
371
400 450 500 550 600 650 700 750
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
a. 0,2%Mn
b. 0,5%Mn
c. 0,7%Mn
d. 1,0%Mn
d
c
b
a
Intensity
Wavelength (nm)
Hình 3: Đường cong phát quang của MgAl2O4: Mn2+
a: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,2% Mn
b: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,5% Mn
c: Đường cong phát quang ở nồng độ 0,7% Mn
d: Đường cong phát quang ở nồng độ 1% Mn
Nhận xét:
Đường cong phát quang là dải phổ rộng rất đối xứng có đỉnh phổ nằm trong khoảng
bước sóng 540 nm - 555 nm,
max
cỡ 540 nm.
Khi pha ion Mn2+ vào vật liệu MgAl2O4 thì xuất hiện sự phát quang với cường độ
phát quang mạnh nhất khi nồng độ pha tạp là 0,7% Mn. Có kết quả như vậy là do các mẫu
nung ở nhiệt độ 1275oC nồng độ magie aluminate lớn.
KẾT LUẬN
Với kết quả thu được sau khi khảo sát phổ phát quang của các vật liệu nhóm Aluminate
kiềm thổ: CaAl2O4, BaAl2O4, MgAl2O4 và so sánh các đường cong phát quang của chúng, ta
thấy các đỉnh phổ phát quang của đường cong phát quang đều nằm trong khoảng bước sóng
phù hợp với các số liệu về đỉnh phát quang của Mn (520 – 550 nm). Đồng thời ta có thể xác
định được pha tạp Mn phù hợp với vật liệu nào nhất trong nhóm vật liệu Aluminate. Từ những
nhận xét đó tác giả đã rút ra một số kết luận sau:
- Sự dịch chuyển vị trí cực đại phổ của Mn nằm trong khoảng bước sóng từ 540 nm đến
550 nm, đây chính là bước chuyển của Mn trong trường tinh thể của vật liệu nền Aluminate.
- Với pha tạp Mn thì nồng độ pha tạp nằm trong khoảng 0,5 % - 0,7% tạo ra sự phát
quang tốt nhất.
- Đối với nhóm vật liệu aluminate thì chất pha tạp Mn phù hợp nhất với vật liệu nền là
CaAl2O4 với cường độ phát quang lớn nhất nằm ở bước sóng 550 nm.
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] Nguyễn Mạnh Sơn, Lên Văn Tuất (2007), “Các nghiên cứu phát quang của vật liệu
laluminate pha tạp nguyên tố đất hiếm”, Đại học Huế.
[3] Vũ Xuân Quang (1999), Quang phổ của các tâm điện tử trong vật rắn, Viện khoa học vật
liệu.
[4] “Long persistent phosphor”(2006), Journal of Luminescence.