intTypePromotion=1

Khảo sát vai trò của ion Ce3+ đối với sự phát quang của ion Tb3+ trong vật liệu KMgSO4Cl:Ce3, Tb3

Chia sẻ: ViRyucha2711 ViRyucha2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

0
9
lượt xem
0
download

Khảo sát vai trò của ion Ce3+ đối với sự phát quang của ion Tb3+ trong vật liệu KMgSO4Cl:Ce3, Tb3

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này trình bày các kết quả thu được từ việc nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang nền halosulphate KMgSO4Cl pha tạp các ion đất hiếm Ce3+ và Tb3+ cũng như nghiên cứu đặc trưng phổ phát quang của nó.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Khảo sát vai trò của ion Ce3+ đối với sự phát quang của ion Tb3+ trong vật liệu KMgSO4Cl:Ce3, Tb3

KHẢO SÁT VAI TRÒ CỦA ION CE3+<br /> ĐỐI VỚI SỰ PHÁT QUANG CỦA ION TB3+<br /> TRONG VẬT LIỆU KMGSO4CL:CE3+,TB3+<br /> Nguyễn Duy Linh1<br /> Tóm tắt: Bài báo này trình bày các kết quả thu được từ việc nghiên cứu chế tạo<br /> vật liệu phát quang nền halosulphate KMgSO4Cl pha tạp các ion đất hiếm Ce3+ và<br /> Tb3+ cũng như nghiên cứu đặc trưng phổ phát quang của nó. Qua đó, chúng tôi tập<br /> trung khảo sát vai trò của ion Ce3+ đối với sự phát quang của ion Tb3+ trong vật liệu<br /> đồng pha tạp. Kết quả cho thấy trong vật liệu đồng pha tạp, ion Ce3+ đóng vai trò tâm<br /> tăng nhạy cho tâm phát quang Tb3+ nhờ quá trình truyền năng lượng. Cơ chế của quá<br /> trình truyền năng lượng này cũng được thảo luận trong bài báo này.<br /> Từ khóa: Halosulphate, KMgSO4Cl, Tecbi, Ceri.<br /> 1. Mở đầu<br /> Gần đây, họ vật liệu phát quang nền halosulphate pha tạp các ion đất hiếm KXSO4Cl:RE (X là Mg hoặc Zn,…) - đã được quan tâm nghiên cứu để hướng tới ứng<br /> dụng trong kỹ thuật chiếu sáng và một số ứng dụng khác do có những ưu điểm như<br /> quy trình chế tạo tương đối đơn giản, hiệu suất quang phát quang cao, có thể ứng dụng<br /> dưới dạng vật liệu phát quang nhấp nháy... Trong đó, nổi lên vai trò của ion Ce3+ đối<br /> với sự phát quang của các ion đất hiếm khác như Eu2+, Eu3+, Tb3+,… trong các vật liệu<br /> đồng pha tạp. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày những kết quả thu được trong<br /> việc khảo sát sự ảnh hưởng của ion Ce3+ đến sự phát quang của ion Tb3+ trong vật liệu<br /> nền KMgSO4Cl đồng pha tạp các ion Ce3+, Tb3+ được chế tạo theo phương pháp hóa<br /> ướt.<br /> 2. Nội dung<br /> 2.1. Thực nghiệm<br /> Vật liệu phát quang nền halosulphate KMgSO4Cl pha tạp các ion đất hiếm như<br /> Ce3+ hoặc Tb3+ được chế tạo bằng phương pháp hóa ướt. Các công đoạn chính của<br /> phương pháp được mô tả bằng sơ đồ hình 1. Kết thúc quá trình ta thu được các vật liệu<br /> KMgSO4Cl:Ce3+, KMgSO4Cl:Tb3+ hay KMgSO4Cl:Ce3+,Tb3+ ở dạng bột và đem bảo<br /> quản trong môi trường khan.<br /> <br /> 1<br /> <br /> . ThS. Phòng Quản trị, trường Đại học Quảng Nam<br /> <br /> 1<br /> <br /> NGUyễN DUy LINH<br /> <br /> Cấu trúc vật liệu được<br /> kiểm tra bằng phép đo nhiễu xạ<br /> tia X (XRD) trên nhiễu xạ kế D8<br /> ADVANCE của hãng Bruker<br /> (Đức), với chế độ đo: bức xạ<br /> CuK_alpha, 40mV, 40mA,<br /> detector nhấp nháy, 2θ=10-450,<br /> bước quét 0.030/0.3s. Các phép<br /> đo phổ quang phát quang (PL)<br /> được thực hiện trên hệ đo<br /> thương mại FL322, nguồn kích<br /> thích sử dụng đèn Xenon công<br /> suất 450W (các phép đo trên<br /> được thực hiện tại Đại học Khoa<br /> học Tự nhiên - Đại học Quốc gia<br /> Hà Nội).<br /> 2.2. Kết quả và<br /> thảo luận<br /> 2.2.1.<br /> <br /> Cấu trúc tinh thể của vật liệu<br /> <br /> Vật liệu sau chế tạo được xác nhận bằng phép đo nhiễu xạ tia X. Hình 2 là giản<br /> đồ XRD của vật liệu chế tạo được. Kết quả cho thấy vật liệu thu được có cấu trúc đơn<br /> pha, đó là bột<br /> tinh thể KMgSO4Cl⋅2,75H2O pháp hóa ướt và có tên khoáng vật là<br /> Kainite.<br /> Cấu trúc tinh thể thuộc lớp đối xứng đơn tà (monoclinit-β), nhóm không gian C2/m và<br /> các thông số mạng là a=19.72, b=16.23, c=9.53, α=90.00, β=94.92, γ=90.00. Các thông<br /> số cấu trúc đó hoàn toàn phù hợp với số liệu của thư viện nhiễu xạ kế và các nghiên<br /> cứu trước đây về loại vật liệu này [2, 3, 4]. Kết quả cũng cho thấy sự pha tạp các ion<br /> đất hiếm với nồng độ không quá lớn không làm thay đổi cấu trúc của mạng<br /> <br /> 2<br /> <br /> NGUyễN DUy LINH<br /> <br /> 2.2.2.<br /> Đặc trưng phổ quang phát quang của vật liệu<br /> nền KMgSO4Cl<br /> Nhằm mục đích kiểm tra vật liệu nền có hiệu ứng PL hay không và ảnh hưởng<br /> như thế nào tới sự phát quang của các ion pha tạp, chúng tôi tiến hành đo phổ PL của<br /> nó. Hình 3 biểu diễn kết quả đo phổ PL của vật liệu nền KMgSO4Cl được xử lý ở các<br /> nhiệt độ 800C, 1000C, 1400C và 1800C trong thời gian 1 giờ sau khi kết thúc quy trình<br /> hóa ướt. Kết quả này cho thấy vật liệu nền đã cho bức xạ phát quang, phổ PL của nó<br /> là một phổ đám trải rộng từ khoảng dưới 400nm đến 600nm và có đỉnh ở khoảng từ<br /> 440nm đến 450nm (tùy theo nhiệt độ xử lý mẫu) nhưng có cường độ yếu. Theo nhận<br /> định ban đầu, đây có thể là các bức xạ liên quan đến các chuyển dời trạng thái của các<br /> ion Mg2+ và gốc SO42- trong mạng chủ [2]. Để có thể kết luận chính xác những gì liên<br /> quan đến đám bức xạ này cần phải có những phép đo khảo sát kỹ hơn. Tuy nhiên, có<br /> thể nhận định sơ bộ rằng mẫu được xử lý ở 1400C có cường độ phát quang mạnh nhất,<br /> nếu chọn nhiệt độ này làm nhiệt độ xử lý mẫu để kết thúc quy trình chế tạo vật liệu thì<br /> bức xạ của mạng nền (mặc dù rất yếu) sẽ cung cấp năng lượng cho ion Tb 3+ (sẽ trình<br /> bày trong mục 2.5) có hiệu quả nhất.<br /> <br /> 3<br /> <br /> NGUyễN DUy LINH<br /> <br /> Hình 3. Phổ PL của vật liệu nền KMgSO4Cl kích thích bằng bức xạ có bước sóng 254nm<br /> <br /> 2.2.3.<br /> Đặc trưng phổ quang phát quang của vật liệu<br /> 3+<br /> KMgSO4Cl:Ce<br /> Hình 4 biểu diễn phổ PL của các vật liệu KMgSO4Cl:Ce3+ được kích thích bằng<br /> bức xạ có bước sóng 254nm, thay đổi theo nồng độ pha tạp Ce 3+ lần lượt là 1%mol,<br /> 2%mol, 4%mol, 6%mol, 8%mol và 10 %mol.<br /> Ta thấy tất cả các phổ đều có dạng giống nhau, đó là phổ đám trong vùng tử<br /> ngoại có bước sóng trải rộng từ khoảng 300nm đến 400nm, đỉnh bức xạ nằm ở khoảng<br /> 345nm cùng với một vai ở khoảng 325nm và có cường độ khá mạnh, chúng được xem<br /> là kết quả của các chuyển dời tương ứng từ trạng thái kích thích 5d về trạng thái cơ<br /> đổi theo nồng độ pha tạp Ce3+, kích thích<br /> bằng bức xạ có bước sóng 254nm<br /> <br /> thay đổi theo nồng độ pha tạp Tb3+, kích<br /> thích bằng bức xạ có bước sóng 365nm<br /> <br /> 4<br /> <br /> NGUyễN DUy LINH<br /> <br /> bản 2F5/2 và 2F7/2 của ion Ce3+. Sự thay đổi nồng độ pha tạp không làm thay đổi cấu trúc<br /> phổ mà chỉ làm thay đổi cường độ bức xạ của tâm ion Ce3+. Khi tăng nồng độ pha tạp<br /> Ce3+ thì cường độ bức xạ các đỉnh đều tăng lên và chưa có dấu hiệu dập tắt do nồng độ<br /> ngay cả khi nồng độ pha tạp Ce3+ đạt giá trị khá lớn - 10%mol. Kết quả này cũng khá<br /> phù hợp với các nghiên cứu đã công bố [3, 4].<br /> 2.2.4. Đặc trưng phổ quang phát quang của vật liệu KMgSO4Cl:Tb3+<br /> Hình 5 trình bày kết quả đo phổ PL của vật liệu KMgSO4Cl:Tb3+, kích thích bằng<br /> bức xạ có bước sóng 365 nm, với nồng độ pha tạp Tb3+ thay đổi từ 0.1 đến 4 %mol.<br /> Kết quả này cho thấy, phổ PL của vật liệu đơn pha tạp Tb3+ có bốn dải hẹp độc lập<br /> nhau có đỉnh ở khoảng 493, 546, 586 và 623 nm, đó chính là bốn bức xạ đặc trưng của<br /> tâm ion Tb3+, tương ứng với các chuyển dời 5D4 - 7FJ (J=6, 5, 4, 3). Các dải phổ này có<br /> độ rộng nhỏ, trong đó mạnh nhất là dải có đỉnh ở khoảng bước sóng 546 nm (chuyển<br /> dời 5D4 - 7F5), đây chính là yếu tố để ion Tb3+ giữ vai trò chủ đạo trong các ứng dụng<br /> cần đến vật liệu phát bức xạ xanh lá cây. Sự thay đổi nồng độ pha tạp không làm ảnh<br /> hưởng đến cấu trúc phổ mà chỉ làm thay đổi cường độ các bức xạ đặc trưng của ion<br /> Tb3+ theo cùng một quy luật: tất cả đều tăng theo nồng độ pha tạp Tb3+. Giống như đối<br /> với tạp ion Ce3+, trường hợp này cũng chưa cho thấy có dấu hiệu dập tắt ánh sáng phát<br /> quang vì nồng độ, ngay cả khi nồng độ pha tạp Tb3+ đạt giá trị khá lớn - 4%mol. Điều<br /> đó đưa đến nhận định rằng có thể pha tạp ion RE cho vật liệu nền KMgSO 4Cl với giá<br /> trị nồng độ cao hơn thông thường.<br /> 2.2.5. Đặc trưng phổ quang phát quang của vật liệu KMgSO4Cl:Ce3+,Tb3+ và vai<br /> trò của ion Ce3+ đối với sự phát quang của ion Tb3+<br /> Để khảo sát vai trò và ảnh hưởng của nồng độ pha tạp ion Ce3+ đối với sự hình<br /> thành phổ PL của vật liệu đồng pha tạp KMgSO4Cl:Ce3+,Tb3+, một loạt mẫu được chế<br /> tạo với cùng nồng độ 0,5%mol Tb3+ và nồng độ Ce3+ thay đổi từ 0 tới 10%mol. Hình 6<br /> biểu diễn kết quả các phép đo phổ PL của loạt mẫu đó trong cùng một điều kiện. Ta<br /> thấy, tất cả các phổ đều thể hiện các bức xạ đặc trưng của tâm Tb 3+, sự gia tăng nồng<br /> độ pha tạp Ce3+ không làm thay đổi cấu trúc phổ mà chỉ làm gia tăng cường độ các bức<br /> xạ đó và so với tất cả các mẫu đồng pha tạp, các bức xạ đặc trưng của mẫu đơn pha tạp<br /> Tb3+ có cường độ yếu nhất. Điều đó có nghĩa là, việc đồng pha tạp Ce3+ đã làm gia tăng<br /> rõ rệt hiệu suất phát quang của tâm Tb3+.<br /> Để làm sáng tỏ thêm vai trò của ion Ce3+ trong vật liệu đồng pha tạp, chúng tôi<br /> <br /> 5<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2