intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát tính chất nhiệt huỳnh quang của CaSO4Dy3

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST
Báo xấu
26
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhiệt huỳnh quang - TL ( Thermoluminescence), hay còn gọi là quá trình huỳnh quang cưỡng bức nhiệt - TSL (Thermally stimulated luminescence), là hiện tượng đã và đang được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực: Đo liều bức xạ, định tuổi và nghiên cứu cấu trúc vật liệu. Định tuổi bao gồm cả định tuổi địa chất và định tuổi cổ vật. Đo liều bức xạ bao gồm: đo liều cá nhân, môi trường và liều xạ trị trong y học hạt nhân. Đó là một trong những công việc hàng đầu phục vụ công tác an toàn bức xạ và bảo vệ môi trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát tính chất nhiệt huỳnh quang của CaSO4Dy3

  1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN K H O A K H O A H Ọ C T ự NHIÊN VÀ XÃ H Ộ I ĐẶNG T H Ị NGỌC HÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT NHIỆT HUỲNH QUANG CỦA CaS0 : Dy 4 3+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ CHẤT RẮN Ị y ~ P ẪL ĐẠI HỌC THÁI NGUYỀN KHOA KHOA HỌC Tự NHIÊN VÀ XÃ HỘI THƯ V I Ệ N Người hướng dẫn khoa học: ThS. Nguyễn T r ọ n g T h à n h T H Á I N G U Y Ê N - 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  2. LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ths Nguyễn Trọng Thành đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoa luận tốt nghiệp này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, các cô trong bộ môn Vật lý Khoa khoa học tự nhiên & xã hội - Đại học Thái Nguyên đã trang bị cho tôi những kiế n thức quý báu trong thời gian tôi học tập tại khoa. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các cản bộ nghiên cứu, các nghiên cứu sinh của phòng quang phổ ứng dụng và Ngọc học - Viện khoa học vật liệu - Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suôi quá trình tôi hoàn thành khoa luận tốt nghiệp tại đây. Cuối cùng tôi xin gửi lỏn cảm ơn tới gia đình, toàn thể bạn bè, đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoa luận tốt nghiệp này. Mặc dù đã rất ccó găng nhưng trong khoa luận không thể tránh được những sai sót, em rất mong nhận được những nhận xét, góp ý cùa các thầy, các cô cũng như các bạn sinh viên để khoa luận này được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 24 thảng 5 năm 2008 Tác giả Đặng Thị Ngọc Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  3. MỤC LỤC M Ở ĐẦU 3 CHƯƠNG ì: TỔNG QUAN 5 Ì .Cơ sở lý thuyết 5 1.1. Hiện tượng nhiệt huỳnh quang 5 1.2. Mô hình nhiệt huỳnh quang 5 2. Các phương pháp xác định thông số động học nhiệt huỳnh quang 15 2.1. Phương pháp vị trí đinh (Peak position) [1] 15 2.2. Phương pháp vùng tăng ban đầu [1] 1 5 2.3. Phương pháp dạng đỉnh[l] 1 6 2.4. Phương pháp thay đổi tốc độ gia nhiệt [1] 18 2.5. Phương pháp đẳng nhiệt huỳnh quang[5] 19 3. Các phương pháp thực nghiêm nghiên cứu tính chất của vật liệu 21 3.1. Phương pháp đo nhiệt huỳnh quang tích phân 21 3.2. Phương pháp đo phổ nhiệt huỳnh quang - T L spectra. [4] 23 3.3. Phương pháp đo đường nhiệt huỳnh quang đơn sắc - TL monochromatic glow-cuver[4] 24 4. Các phương pháp chế tạo và đặc trưng TL của CaS0 : D y 4 3+ 24 4.1. Giới thiệu: 2 4 4.2. Các đặc trưng nhiệt huỳnh quang của CaS04: Dy 25 CHƯƠNG l i : THỰC NGHIỆM 30 Ì. Kĩ thuật thực nghiệm 3 0 1.1. Phương pháp đo nhiệt huỳnh quang tích phân 30 1.2. Hệ đo phổ nhiệt huỳnh quang (TL spectra) 33 1.3. Đường nhiệt huỳnh quang đơn sắc (TL monochromatic glow - curve). 34 2. Thực hiện các phép đo 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  4. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà 2. Ì. Đo nhiệt huỳnh quang tích phân 36 2.2. Đo phổ nhiệt huỳnh quang 36 2.3. Đo đường nhiệt huỳnh quang đơn sắc 36 2.4. Đo suy hao quang tại đỉnh 60°c 37 2.5. Đo suy hao quang tại đỉnh 110°c 37 2 6. Đo đường đẳng nhiệt huỳnh quang 38 2.7. Đo đường đáp ứng liều 38 CHƯƠNG IU: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 Ì. Nhiệt huỳnh quang tích phân 40 2. Đo đường đẳng nhiệt 41 3. Kết quả đo phổ nhiệt huỳnh quang và đường cong đơn sắc 43 5. Đo suy hao nhiệt huỳnh quang 46 5.1. Đo suy hao nhiệt huỳnh quang tại nhiệt độ 60°c 467 5.2. Đo suy hao tại đỉnh có nhiệt độ 110°c 48 6. Dựng đường đáp ứng liều 48 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU T H A M KHẢO 53 Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  5. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà M Ở ĐẦU Nhiệt huỳnh quang - TL ( Thermoluminescence), hay còn gọi là quá trình huỳnh quang cưỡng bức nhiệt - TSL (Thermally stimulated luminescence), là hiện tượng đã và đang được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực: đo liều bức xạ, định tuổi và nghiên cứu cấu trúc vật liệu. Định tuổi bao gồm cả định tuổi địa chất và định tuổi cổ vật. Đo liều bức xạ bao gồm: đo liều cá nhân, môi trường và liều xạ trị trong y học hạt nhân. Đó là một trong những công việc hàng đầu phục vụ công tác an toàn bức xạ và bảo vệ môi trường. Nhiều vật liệu huỳnh quang khác nhau được sử dụng trong đo liều bức xạ, như: litiílorua (LiF), liti borat (LÌ2B4O7), nhôm oxit (AI2O3),... trong đó CaS0 :Dy là vật liệu TL có độ nhạy rất cao nên thường được dùng trong đo 4 liều môi trường. Do đó, việc phát triển nghiên cứu tính chất nhiệt huỳnh quang của vật liệu này ở nước ta hiện nay là rất cần thiết. Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi lựa chọn đề tài: "Khảo sát tình chất nhiệt huỳnh quang của CaS0 :Dy " với mục đích: Tìm hiểu về phương 4 3+ pháp huỳnh quang cưỡng bức nhiệt và các tính chất nhiệt huỳnh quang của vật liệu CaS0 :Dy , qua đó đánh giá được các thông số động học nhiệt 4 3+ huỳnh quang và hiểu rõ hơn cơ chế nhiệt huỳnh quang của chúng. Với mục đích đó chúng tôi lựa chọn phương pháp nghiên cứu của khoa luận là: thu thập và nghiên cứu tài liệu tham khảo để tìm hiểu về huỳnh quang cưỡng bức nhiệt và sử dụng phương pháp thực nghiệm để khảo sát tính chất nhiệt huỳnh quang của CaS0 :Dy . 4 3+ Nội dung của khoa luận: Ngoài phàn mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo nội dung chính của khoa luận gồm ba chương: Chương ì: Tổng quan. Trình bày tổng quan lý thuyết cơ sở, các phương pháp phân tích động học và các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hiện tượng nhiệt huỳnh quang. Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  6. Khoa luận tốt ngiệp gjgg Đặng Thị Ngọc Hà Chương li: Thực nghiệm. Trình bày các hệ đo thực nghiệm và điều kiện thực hiện các phép đo. C h ư ơ n g n i : K ế t quả và thảo luận. Trình bày các kết quả khảo sát tính chất nhiệt huỳnh quang của vật liệu CaS0 :Dy. 4 Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  7. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà C H Ư Ơ N G ì: T Ỏ N G QUAN l . C ơ sử lý thuyết. LI. Hiện tượng nhiệt huỳnh quang Hiện tượng nhiệt huỳnh quang là sự huỳnh quang của vật liệu bán dẫn hoặc điện môi khi được cung cấp nhiệt mà trước đó vật liệu đã được chiếu xạ bằng các bức xạ lon hoa. Các bức xạ lon hoa hay được dùng nhất là tia tử ngoại, tia X, tia gamma. Cường độ tín hiệu nhiệt huỳnh quang nói chung là yếu, tuy nhiên trong một số trường hợp chúng cũng đủ mạnh để có thể quan sát được bằng mắt thường. Hiện tượng huỳnh quang là một trong những trường hợp riêng của hiện tượng huỳnh quang cưỡng bức nhiệt nói chung. Hiện tượng nhiệt huỳnh quang chỉ có thể xảy ra khi có sự đảo lộn mật độ của hệ từ trạng thái cân bằng nhiệt động do sự hấp thụ nhiệt sang trạng thái nửa bền, sau đó hệ trở về trạng thái cân bằng nhiệt động ban đầu và phát ra bức xạ. Trong hiện tượng nhiệt huỳnh quang, năng lượng nhiệt chỉ đơn thuần là nhân tố cưỡng bức bức xạ mà không đóng vai trò kích thích. [1], [4]. Vật liệu sau khi đã phát bức xạ nhiệt huỳnh quang và đựơc làm lạnh thì không thể phát xạ bức xạ nhiệt huỳnh quang tiếp nữa, vật liệu chỉ có thể tiếp tục phát huỳnh quang khi được được chiếu xạ lại bằng bức xạ lon hoa và sau đó được nung nóng tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chiếu xạ [4] 1.2. Mô hình nhiệt huỳnh quang Để giải thích cho các tính chất nhiệt huỳnh quang của vật liệu, người ta dựa theo quan điểm lý thuyết vùng năng lượng của chất rắn. Theo đó, ở trạng thái cân bằng nhiệt động, trong các tinh thể bán dẫn hoặc điện môi lý tưởng, các điện tử luôn lấp đầy vùng định xứ (gọi là vùng hoa trị). Vùng cao nhất gần đó mà các điện tử có thể xuất hiện được gọi là vùng không định xứ (vùng dẫn), khoảng cách giữa đỉnh vùng hoa trị và đáy vùng dẫn gọi là vùng cấm. Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  8. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà Tuy nhiên, trong tinh thể thực, các chất bán dẫn và điện môi luôn xuất hiện các khuyết tật do sai hỏng cấu trúc, hoặc do các tạp có toong mạng tinh thể. Khi đó, một phần điện tử chiếm giữa các mức năng lượng trong vùng cấm của tinh thể lý tưởng [1], [4]. Người ta đưa ra mô hình nhiệt huỳnh quang đom giản gồm hai mức đơn, trong đó một mức ở phía dưới đáy vùng dẫn và trên mức Fermi đóng vai trò bẫy điện tử, một mức ở phía trên vùng hoa trị và dưới mức Fermi đóng vai trò bẫy l ỗ trống và tâm tái hợp [1], [4] Kích thích _; 4 điện tử • lỗ trống o Hình Ì. Ì: Sơ đồ các mức năng lượng và các chuyển dời của mô hình nhiệt huỳnh quang hai mức đơn Trong trạng thái cân bằng nhiệt động, các bẫy điện tử và lỗ trống là trống rỗng. Khi được chiếu xạ bằng các bức xạ lon hoa, các nguyên tử bị ion hoa và tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống, một số các điện tử bị kích thích chuyển lên vùng dẫn và sau đó bị bắt tại bẫy điện tử, các lỗ trống bị bắt tại bẫy lỗ trống đồng thời một số hạt tải tự do có thể tái hợp với các hạt tải trái dấu. Khi hồi phục lại trạng thái cân bằng ban đầu, các điện tử nhận năng lượng nhiệt tái hợp với lỗ trống và bức xạ ánh sáng [1], [4]. Hiện tượng tái hợp trực tiếp của các điện tử tự do với các lỗ trống và bức xạ áng sáng gọi là sự huỳnh quang. Tuy nhiên, trong chất bán dẫn và điện Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  9. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà môi, một phần hạt tải bị bắt, trong đó điện tử bị bắt tại bẫy điện tử và lỗ trống bị bát tại bẫy l ỗ trống với thời gian sống đủ lớn. Do đó, xác suất giải phóng các điện tử khỏi tâm điện tử trong một đơn vị thời gian được giả thiết tuân theo phương trình sau: £ P = s.eaqp(—=-) (1) ki Trong đó, p là xác suất giải phóng trong một đơn vị thời gian, s là hệ số tần số hay tần số thoát. Trong mô hình đơn giản, s được coi là một hằng số và có giá trị cỡ dao động mạng, khoảng l o 1 2 - 10 .s"' (không phụ thuộc nhiệt 14 độ). E là bẫy hay năng lượng kích hoạt, là năng lượng cần thiết để giải phóng điện tử khỏi bẫy lên vùng dẫn, k là hằng số Boltzman (=8.617.lơ" eV/K) và T 5 là nhiệt độ tuyệt đối [1], [4]. Nếu E » k T o , To là nhiệt độ khi chiếu xạ, các điện tử bị bắt sẽ nằm trên bẫy trong một thời gian dài. Như vậy, sau khi chiếu xạ, trong tinh thể sẽ xuất hiện sự định xứ chủ yếu các điện tử bị bắt. Hơn nữa, các điện tử và lỗ trống tự do được tạo ra và sinh huy cặp, nên phải có một sự định xứ cân bằng của các lỗ trống bị bắt tại bẫy l ỗ trống. Trong trạng thái bình thường, mức Fermi là mức cân bằng. Sau khi chiếu xạ, các điện tử bị bắt tại bẫy điện tử và các lỗ trống bị bắt tại các bẫy l ỗ trống gây ra trạng thái không cân bằng nhiệt động trong tinh thể [1]. Quá trình hồi phục về trạng thái cân bằng nhiệt động xảy ra khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên cao hơn nhiệt độ chiếu xạ. Khi đó, xác suất giải phóng các điện tử tăng, các điện tử được giải phóng khỏi bẫy điện tử, đi vào vùng dẫn hoặc tái họp trực tiếp với các tâm tái hợp. Quá trình tái hợp với lỗ trống tại tâm tái hợp gắn liền với sự bức xạ photon, tức là bức xạ nhiệt huỳnh quang. Trong quá trình bị đốt nóng, cường độ nhiệt huỳnh quang ITLCO, ngoài sự phụ thuộc vào thời gian còn phụ thuộc vào tốc độ tái hợp của các điện tử Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  10. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà và l ỗ trống tại tâm tái hợp. Nếu gọi m là mật độ l ỗ trống bị bắt tại tâm l ỗ trống, cường độ nhiệt huỳnh quang được biểu diễn theo phương trình sau: I(t)=-§ (2) át Giả sử mỗi quá trình tái hợp bức xạ ra một photon và tất cả các photon đều ghi nhận được, tốc độ tái hợp luôn tỉ lệ với mật độ các điện tử tự do trong vùng dẫn ne và mật độ các lỗ trống m: Iự) = - ^ - = n .m.A c (3) ai Trong đó, A là xác suất tái hợp, biểu diễn theo thời gian và được giả thiết là không phụ vào nhiệt độ. Tốc độ thay đổi mật độ các điện tử bị bắt bàng với tốc độ giải phóng nhiệt trừ đi tốc độ tái bắt: án -=ụ = n.p-n (N-rì).A c r (4) át Với N là mật độ bẫy điện tử và A là xác suất tái bắt (m /s). Tương tự, tốc r 3 độ thay đổi điện tử tự do bằng hiệu của tốc độ các điện tử bị tái bắt và tốc độ tái hợp: dn ,„ „ „ - ~ = n.p-n {N-rí)A c -n .m.A r c (5) đ Các phương trình (4) và (5) mô tả quá trình dịch chuyển các hạt tải trong trường hợp giải phóng một điện tử tò bẫy điện tử tò một bẫy điện tử đơn và tái hợp với một tâm tái hợp. Trong trường họp nhiệt huỳnh quang ghi nhận được do sự giải phóng các lỗ trống, các phương trình tốc độ mô tả quá trình tự tương tác. Các phương trình trên là dạng cơ bản áp dụng cho nhiều phép phân tích của hiện tượng nhiệt huỳnh quang. H ệ phương trình tốc độ trên không có nghiệm tổng quát. Vì thế, trong nhiều trường hợp, để đơn giản hoa, người ta giả thiết rằng tại mọi thời điểm, ta luôn có biểu thức: Khoa khoa học tự thiền và xã hội- Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  11. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà dn dn dm (6) c « Tí và át « lũ Giả thiết n w 0, nghĩa là n « m , k hi đó ta có: c ảm án (7) dt dí drir Thay — - « Ovào các phương trình (4) và (5), ta đươc: dị m.A.n. exp(-E I k ĩ ) 1(0 = (8.a) (N - n)A + mA r (N-n)A lự) = n.s. exp(-£ / kTM Ì - • (8.b) r Hay (A^ - rì)A + m.A ị r Các phương trình (8.a) và (8.b) được gọi là biểu thức một bẫy tổng quát cho bức xạ nhiệt huỳnh quang. Trong phương trình trên, số hạng trong dấu ngoặc móc là xác suất các điện tử giải phóng nhiệt không bị tái bắt, còn tỉ số A ' ' (N - rì).—— là tỉ số giữa xác suất tái bắt với xác suất tái hợp. m.A 1.2.1. Quá trình động học bậc một — Sự tái bắt yếu. Các phương trình (7) và (8) cũng sẽ k hông thu được nghiệm cụ thể. Vì vậy để giải được phương trình trên người ta phải áp dụng các điều kiện cụ thể nhằm đơn giản hóa chúng. Randall và Willkins giả thiết rằng, khi cưỡng bức nhiệt, sự tái bắt là nhỏ không đáng kể, nghĩa là bỏ qua sự tái bắt. Khi đó m . A » ( N - n)A , phương trình (7) trở thành: r du lự) = M.s.exp(—E/ kT) (9) dí Phương trình trên cho thấy quá trình chuyển dời của các điện tử tuân theo quá trình động học bậc một. Các đỉnh tính toán được trong phương trình (9) gọi là các đinh nhiệt huỳnh quang bậc một. Giải phương trình (9), ta thu được: Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  12. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà 1(0 = - f = n .s.cxp(% )cx ị-s)ex (-ỵ y
  13. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà Hình 1.2: Quá trình động học bậc Ì Trong trường hợp no được chọn bằng Im" , giá trị của E thay đổi từ 0,8 eV 3 t đến 1,2 eV, hình 1.2(b) cho thấy sự dịch chuyển về phía nhiệt độ cao, đồng thời, kích thước đinh cũng tăng theo. Tuy nhiên, nếu vẽ đồ thị của hàm số theo trục thời gian thì diện tích đó không thay đổi theo đổi theo gia tốc nhiệt. Đặc biệt, trong bốn thông số nhiệt huỳnh quang thì năng lượng kích hoạt E và tần số thoát s là các tham số vật lý chính, được gọi là các tham số bẫy và Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên li Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  14. Khoa luận tốt ngiệp "ạ. Q3.es" Đặng Thị Ngọc Hà đóng vai trò quyết định tính chất nhiệt huỳnh quang tâm, bẫy. Hai tham số tốc độ gia nhiệt p và tổng số các điện tử bị bắt tại thời điểm ban đầu no là các tham số thực nghiệm và được chọn sao cho phù hợp với mục đích của từng phép đo. 1.2.2. Quá trình động học bậc hai - sự tái bắt mạnh. Trong trường hợp xác suất tái bắt điện tử lớn hơn xác suất tái hợp, nghĩa là m.A « (N - n)A , Garlick và Gibson đã thay bất đẳng thức trên vào phương r trình (4), đồng thời giả thiết n = m và N » n, kết quả thu được: ^--^ĩầ/^Ảr) C.3) Ta thấy dn/dt tỷ l ệ với n , nghĩa là xảy ra quá trình tương tác bậc hai. Nếu 2 giả thiết rằng tỉ l ệ giữa xác suất tái bắt và xác suất tái hợp bằng nhau, A = A , r tích phân hai vế của phương trình trên ta được: (14) Đây chính là phương trình Garlick - Gibson áp dụng cho quá trình động học bậc hai. Đặc điểm quan trọng nhất của đường cong nhiệt huỳnh quang tuân theo động học bậc hai là sự gần đối xứng, với phần phía nhiệt độ cao rộng hơn so với phần nhiệt độ thấp và độ rộng lớn hơn so với đinh động lực học bậc một. Điều này có thể lý giải do sự tái bắt mạnh dẫn đến sự làm trễ quá trình tái hợp và làm trễ quá trình bức xạ nhiệt huỳnh quang, dẫn đến sự mở rộng bức xạ trên một dải nhiệt độ rộng hơn. Do vậy, đỉnh nhiệt huỳnh quang bậc hai giảm chậm hơn so với đỉnh bậc một. Hình 1.3 (b) và(c) thể hiện sự thay đổi kích thước và vị trí đinh động lực học bậc hai theo Ét và tốc độ gia nhiệt p. Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  15. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà 300 350 400 450 500 Nhiệt độ (K) 1 .4 1 .2 E = 0.9 (b) A 1 1-0 ! : 1.2 ® 0.8 p 0.6 _ "Ó 0 .4 M 0-2250 300 350 4Ó0 450 5Ó0 550 u 0.0 Nhiệt độ (K) 5 4 (c) 4.0 f\ t 3 i 2 2.0 i _ \ 1.0_J1 \ \ 0.25°- ^/$\^; 5 ri 0 u 2 400 450 500 550 Nhiệt độ (K) Hình 1.3: Quá trình động học bậc hai 1.2.3. Quá trình động học bậc tổng quát. Trong nhiều trường hợp, khi không thể đơn giản hóa phương trình động học, quá trình nhiệt huỳnh quang không tuân theo chính xác động học bậc một hoặc bậc hai. Nhóm tác giả May và Partridge đề nghị viết phương trình động học dưới phương trình động học dưới dạng tổng quát sau: Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  16. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà / » - Í - * ^ ~ p ( - % . ) (15) Ta thấy, phương trình này sẽ suy biến trở thành dạng động học bậc một khi b=l và y trở thành dạng động học bậc hai khi b=2. Tích phân phương trình trên, ta được: 7(0 = ^ . " e x p -E/ (ô-l)tìexp(-% )*r (16) 0 y kt + p0 Biểu thức thực nghiệm này không đúng với trường hợp b = Ì, nhưng ta có thể thu được dạng động học bậc một bằng cách lấy giới hạn của tích phân trên khi cho b tiến tới Ì. 0.0 250 300 350 400 450 500 550 Nhiệt độ (K) Hình Ì .4: Bậc động học tổng quát Hình 1.4 biểu diễn các đinh nhiệt huỳnh quang thu được khi sử dụng phương trình (16) với các giá trị b = 1,3 và b = 1,6, khi so sánh với các đỉnh động học bậc một và bậc hai được đưa ra trên hình vẽ. Ta thấy, các đỉnh động hoe bậc trung gian này vẫn có tất cả các đặc trưng của các đỉnh bậc một và bậc hai. Trong các trường hợp không thể khẳng định chắc chắn quá trình nhiệt huỳnh quang tuân theo động học bậc một hoặc bậc hai, việc sử dụng phương trình động học bậc tổng quát sẽ giúp chúng ta hiểu rõ cơ chế động học của Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  17. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà quá trình nhiệt huỳnh quang thông qua việc xác định các thông số động học của phương trình. 2. Các phương p h á p xác định thông số động học nhiệt huỳnh quang Các đường cong nhiệt huỳnh quang thực nghiệm luôn có dạng rất phức tạp, gồm nhiều đỉnh chồng chập và hiếm khi xuất hiện các đỉnh đơn. Tuy nhiên, việc phân tích động học của một đỉnh đơn có ý nghĩa rất quan trọng và là cơ sở để phân tích các đường cong thực nghiệm. Từ đó, có thể tính toán các năng lượng kích hoạt E cũng như các thông số nhiệt huỳnh quang khác như: thời gian sống (x) và tần số thoát (s). 2.1. Phương pháp vị trí đỉnh (Peak position) [1] Urbach giả thiết xác suất giải phóng điện tử trên bẫy tại nhiệt độ T là lớn m nhất, nghĩa là: p= s.exp(-y )=ì kT Khi đó ta có: E=k.T .ln(s) m Bằng cách tổng hợp các nghiên cứu thực nghiệm, ông đã đưa ra công thức thực nghiệm để xác định năng lượng kích hoạt E tại nhiệt độ T : m E=23.k.T m Trong đó: k là hàng số Bolzman, k=8.6217.10" eV/K 5 T là nhiệt độ đỉnh huỳnh quang. m Tuy nhiên, do không tính đến dạng đỉnh nhiệt huỳnh quang vì xác suất giải phóng điện tử không phải là hằng số với các đỉnh nhiệt huỳnh quang khác nhau nên phương pháp này cho kết quả đo với sai số tương đối lớn. 2.2. Phương pháp vùng tăng ban đầu [1] Ta thấy, trong phần nhiệt độ thấp của bất kì bậc động học nào, cường độ nhiệt huỳnh quang ti lệ gần đúng với exp(- / E k T ) (tính trong khoảng 10% đến Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  18. Khoa luận tốt ngiệp Đặng Thị Ngọc Hà 15% của cường độ nhiệt huỳnh quang). Vì vậy, nếu trong hệ toa độ Desrcartes, ta lấy trục tung là các giá trị tính theo Ln(I) và trục hoành là nghĩa là ta vẽ LnỢ) như một hàm của i~ỳj ta sẽ thu được một đường thẳng với độ dốc là ( ỵ^)- Dựa vào độ dốc của đường, ta có thể dễ _ dàng xác định được năng lượng kích hoạt E. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có thể áp dụng cho một bậc động học bất kì miễn là xác suất giải phóng điện tử vẫn áp dụng theo công thức p= s.cxpi—^). Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là không cho bất kì thông tin gì về bậc động học b. Trong thực tế, do sự dập tắt vì nhiệt của tín hiệu nhiệt huỳnh quang, năng lượng kích hoạt E tính bằng phương pháp này thường có giá trị nhỏ hơn so với kết quả thu được từ các phương pháp khác từ 11% đến 17%. 2.3. Phương pháp dạng dinhi li Như ta dã biết, hình dạng của đỉnh nhiệt huỳnh quang phụ thuộc mạnh vào bậc động học b, ít phụ thuộc vào năng lượng kích hoạt E và tần số thoát s. Trong phương pháp này, người ta sử dụng ba điểm trên một đỉnh: tại nhiệt độ cực đại của đỉnh T , nhiệt độ Ti và nhiệt độ T nằm về hai phía của đỉnh nhiệt m 2 huỳnh quang tương ứng với một nửa giá trị cường độ của đỉnh. Chen nhận thấy rằng, tần số thoát s và bậc động học b có thể tính được bằng cách sử dụng ba tham số đối xứng ụ = 8/ . Khi đó, Chen đưa ra công thức tính năng lượng kích hoạt như sau: E = C .^--b (2kT ) (17) x x m Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thái Nguyên 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
  19. Khoa luận tốt ngiệp -Ị%EầJÊí Đặng Thị Ngọc Hà Trong thực tế, bảng Ì rất thuận tiện cho việc tính toán năng lượng kích hoạt E. Thông thường, đường cong nhiệt huỳnh có nhiều đinh chồng chập nhau. Do vậy, phải căn cứ vào từng trường hợp có thể áp dụng với sườn lên hoặc sườn xuống hoặc toàn bộ dạng đỉnh. Bảng Ì Giá trị các hằng số c và b x x b Tham số X c x b x 1 T 1.51 1.58 1 Ồ 0.98 0 1 co 2.52 1 2 T 1.81 2 2 5 1.71 0 2 co 3.54 1 Khoa khoa học tự thiên và xã hội- Đại học Thải Nguyên 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2