Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
543
NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT QUANG CỦA ION CR3+
TRONG VẬT LIỆU NỀN SPINEL NHÂN TẠO
RESEARCH LUMINESCENT SPECTRA OF ION CR3+
IN THE MATERAL ARTIFICIAL SPINEL
SVTH: Huỳnh Thị Ánh Nguyệt
Lớp 06SVL, Khoa Vật Lý, Trường Đại học Sư phạm
GVHD: ThS. Lê Văn Thanh Sơn
Khoa Vật Lý, Trường Đại học Sư phạm
TÓM TẮT
Trong bài báo này, tác giả đưa ra một số kết quả nhiễu xạ tia X và phổ phát quang của ion
Cr3+ trong vật liệu spinel ( MgAl2O4, ZnAl2O4). Từ các kết quả thu được, tác giả kết luận về ảnh
hưởng của Cr+3 lên phổ phát quang của các vật liệu này.
ABSTRACT
In this paper, the author presents some result on X-Ray diffraction and luminescent spectra
of ion Cr3+ in the material MgAl2O4 và ZnAl2O4. By the obtained results, the author presents some
conclusions on inffuence of ion Cr3+ to luminescent spectra of these material.
1. Đặt vấn đề
So với nguồn đá quý trên thế giới thì tài nguyên đá quý ở Việt Nam cũng không
kém phần đa dạng và phong phú bao gồm nhiều loại như: Ruby, kim cương, saphia…Và
Spinel cũng là một loại đá quý, nó có màu trắng tinh khiết nhưng tạp chất cho nó một loạt
màu sắc khác nhau. Tuy nhiên Spinel tự nhiên tùy thuộc vào cấu trúc địa chất của từng
vùng nên trong nhiều năm qua đã có nhiều tác giả nghiên cứu về cách chế tạo đá quý
Spinel bằng phương pháp gốm và khảo sát phổ phát quang của nó khi pha tạp các ion kích
hoạt. Những bài viết của họ đã thu hút nhiều độc giả. Qua tìm hiểu tôi nhận thấy hầu hết
các màu sắc của Spinel được dùng làm đồ trang sức nhưng có giá trị và phổ biến nhất là
màu đỏ Ruby. Với những viên Spinel có màu quan sát được là đỏ hay hồng thì các ion kích
hoạt chủ yếu là Cr3+.
Với khá nhiều ứng dụng của Spinel trong lĩnh vực phát quang và thẫm mỹ đã thôi
thúc tôi tìm hiểu việc chế tạo đá quý Spinel. Và với những điều kiện hiên có tại phòng thí
nghiệm Vật lý trường ĐHSP Đà Nẵng tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu là: “Nghiên
cứu sự phát quang của ion Cr3+ trong vật liệu nền Spinel nhân tạo”.
2. Thực nghiệm
2.1. Chế tạo mẫu
Các mẫu vật liệu được chế tạo bằng phương pháp gốm.
Vật liệu nền MgAl2O4: Khối lượng các chất (MgCO3)4.Mg(OH)2.5H2O, Al2O3
được lấy theo tỷ lệ thích hợp, pha tạp thêm Cr3+( lấy từ Cr(NO3)3 )với các thành phần phần
trăm 0,25%, 0,5%, 1%
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
544
Vật liệu nền ZnAl2O4: Khối lượng Zn(NO3).6H2O], Al2O3 được lấy theo tỷ lệ thích
hợp, pha tạp thêm Cr3+ [lấy từ Cr(NO3)3] .
Các hỗn hợp được nghiền trong 3 giờ và nung trong lò nhiệt độ cao ở 13000C trong
6 giờ. Các mẫu được làm sạch sau đó đo nhiễu xạ tia X trên máy SIEMENS D5005 để
khảo sát vật liệu nền và tiến hành đo phổ phát quang của nhóm vật liệu này trên hệ đo
huỳnh quang FL3 của trường ĐH Khoa Học tự nhiên Hà Nội .
2.2. Kết quả và thảo luận
2.2.1. Kết quả
a. Kết quả nhiễu xạ tia X
Sau khi tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X, tác giả nhận thấy đối với mẫu MgOAl2O3
nung ở 13000C trong 6 giờ (Hình 1) thì thành phần chủ yếu là MgOAl2O3 , còn đối với mẫu
ZnOAl2O3 cũng nung ở 13000C trong 6 giờ( Hình 2) thì thành phần chủ yếu là ZnOAl2O3.
So sánh với kết quả thu được của các tác giả trước, tác giả nhận thấy cần nung các mẫu
VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau M2D MgO-Al2O3 - 1300C-5h
46-1212 (*) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 6.35 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
05-0672 (D) - Spinel, syn - MgAl2O4/MgO·Al2O3 - Y: 16.20 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Bang-DC-M2D MgOAl2O3-1300C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/01/10 10:47:05
Lin (Cps)
0
1000
2000
3000
4000
5000
2-Theta - Scale
10 20 30 40 50 60 70
d=4.669
d=3.484
d=2.8572
d=2.5526
d=2.4356
d=2.3816
d=2.3309
d=2.0868
d=2.0191
d=1.7407
d=1.6481
d=1.6021
d=1.5540
d=1.5117
d=1.4275
d=1.4054
d=1.3744
d=1.3648
Hình 1. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu MgOAl2O3-1300- 6h
VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau M7F ZnO-Al2O3 - 1300C-6h
05-0669 (*) - Gahnite, syn - ZnAl2O4/ZnO·Al2O3 - Y: 18.64 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
46-1212 (*) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 3.43 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Bang-DC-M7F ZnOAl2O3-1%Mn,0,2%Ce,0,2%Li-1300C-6h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/01/10 10:25:46
Lin (Cps)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
2-Theta - Scale
11 20 30 40 50 60 70
d=4.671
d=3.487
d=2.8624
d=2.7037
d=2.5538
d=2.4405
d=2.3820
d=2.0871
d=2.0231
d=1.8566
d=1.7407
d=1.6515
d=1.6024
d=1.5570
d=1.5123
d=1.4304
d=1.4054
d=1.3745
Hình 2. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu ZnOAl2O3-1300-6h
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
545
trên với nhiệt độ 13000C trong 6 giờ thì mẫu tương đối sạch, cho kết quả tốt.
b. Kết quả phổ phát quang
Hình 4. Phổ phát quang của MgAl2O4: Cr3+ 0,5%
Hình 5. Phổ phát quang của MgAl2O4: Cr 3+ 1 %
Hình 7. Phổ phát quang của ZnAl2O4: Cr3+
2.2.2. Nhận xét
Qua phổ phát quang của MgAl2O4: Cr3+ và ZnAl2O4: Cr3+, tác giả rút ra một số
nhận xét:
1. Phổ phát quang của MgAl2O4: Cr3+ với các nồng độ khác nhau có dạng giống
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
546
nhau(Hình 3,4,5) nhưng khi tăng nồng độ Cr3+ thì cường độ phổ phát quang cũng tăng
theo( Hình 6).
2. Nhóm MgAl2O4: Cr3+ phát quang cực đại ở các bước sóng : 665nm, 674nm,
687nm, 693nm, 696nm, 706nm, 716nm,… và ZnAl2O4:Cr3+ cũng phát quang ở những
bước sóng tương tự, cả hai có cùng cực đại chính ở 687nm.Tuy nhiên ZnAl2O4:Cr3+ phát
quang ở nhiều đỉnh hơn dẫn đến có dạng phổ khác với mạng nền MgAl2O4: Cr3+
3. Kết luận
Trong quá trình nghiên cứu đề tài cùng với việc so sánh các kết quả của các tác giả
trước, tôi rút ra một số kết luận sau:
1. Chế tạo khá thành công mẫu MgAl2O4 và ZnAl2O4 bằng phương pháp gốm.
2. Cường độ phổ phát quang phụ thuộc vào nồng độ của ion Cr3+ trong cùng một
mạng chủ.
3. Khi Cr3+ pha vào trong các mạng nền khác nhau thì phổ phát quang khác nhau(
điều này cần nghiên cứu sâu hơn).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Huỳnh Huệ(1981), Quang Học, Nhà xuất bản giáo dục.
[2] Vũ Xuân Quang - Trần Chót (2001), Đá quý thế giới và đá quý Việt Nam, Viện khoa
học vật liệu Hà Nội.
[3] Michel D. Lumb. Cademic Press, Luminescene Spectroscopy, England.
[4] G.Blasse.B.C.Grabmaies, Luminescent Materials, New York.
[5] Radiation induced luminescence in magnesium aluminate spinel crystals and
ceramics.
[6] Some physiccal prooerties of ZnAl2O4: Cr3+ (Co2+) powders prepared by hydrothermal
method.
[7] Các tài liệu trên mạng Internet: Các trang Wed:
- http://www.ldiewellery.com
- http://en.wikipedia.org/wiki/spinel
- http://daquythiennhien.com