BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
BÁO CÁO
THỰC TẬP CHUYÊN ĐỀ
Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Mạnh Sơn
Nhóm học viên thực tập
1. Thái Ngọc Ánh
2. Bùi Tiến Đạt
3. Lê Văn Khoa Bảo
4. Nguyễn Ngọc Trác
5. Lê Thị Thảo Viễn
Huế, tháng 01 năm 2008
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
1
MỞ ĐẦU
1. Nơi thực tập:
Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa
Học Huế
Giáo viên hướng dẫn thực tập: TS Nguyễn Mạnh Sơn
Nhóm Học viên cùng thực tập: Thái Ngọc Ánh, Bùi Tiến Đạt
Nguyễn Ngọc Trác, Lê Văn Khoa Bảo và Lê Thị Thảo Viễn
2. Mục đích thực tập
Làm quen với các trang thiết bị nghiên cứu, tập duyệt cách bố trí, đo đạc
các vật liệu có sẳn.
Làm quen với các hệ đo của khoa Vật lý liên quan đến chuyên ngành
đang được đào tạo.
Làm quen với cách sữ dụng các phần mềm chuyên dụng để xữ lý số liệu
thu được, chẳng hạn dùng phần mềm Microcal Origin [5]
Tập duyệt nghiên cứu khoa học và cách viết một báo cáo, một thông báo
khoa học.
Tập duyệt cách hợp tác nghiên cứu khoa học, làm việc theo nhóm.
3. Đối tượng nghiên cứu
Vật liệu Ruby Al2O3: Cr3+ nhân tạo. Mẫu đã có sẳn chỉ tiến hành các phép
đo.
Hệ đo đã có sẳn và đã được tự động hoá tại Phòng Thí nghiệm của khoa
vật lý.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
2
Phần chính của thực tập
I. Tổng quan lý thuyết về Ruby Al2O3: Cr3+ [3,6,7]
Ruby (hồng ngọc hay đá đỏ) là một trong những chủng loại đá quý hiếm
nhất. Ngày nay ruby có thể sản xuất được. Ruby nhân tạo thường có tính chất hoàn
hảo, màu sắc đồng đều, độ trong tốt, kích thước lớn.
Vật liệu nền của ruby đó là Al2O3. Được tạo nên từ nhôm và oxi. Nhôm
và oxi nắm vị trí thứ 13 và 16 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.
Màu đỏ của hồng ngọc là do tâm phát quang Cr3+ phát ra. Crom là kim
loại chuyển tiếp thuộc nhóm d. Có vị trí và cấu hình như trình bày bên dưới.
Hình 1: Vị trí của nhôm và oxi trong bảng tuần hoàn.
Tâm phát quang Cr3+. Crom là kim loại chuyển tiếp có nằm ở vị trí 24
trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.
Hình 2: Vị trí của Crom trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.
Cấu hình của Crom 1s22s22p63s23p63d54s1. Do đó, cấu hình của Cr3+ là
1s22s22p63s23p63d3.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
3
Al2O3 (nhôm oxit) Al2
O
3:Cr3+ (ruby)Al2
O
3:Cr3+ (ruby)
Hình 3: Hình ảnh của Al2O3 và Al2O3: Cr3+ [4]
Ta biết rằng oxit nhôm Al2O3 tinh khiết là không màu và ít gấy ấn tượng.
Nhưng khi nó chứa cở 1% oxit crom thì nó có màu đỏ rất đẹp. Đó là ruby, một loại
đá quý hiếm đứng sau kim cương.
Ngoài giá trị dùng để làm đồ
trang sức thì ruby có rất nhiều ứng
dụng trong khoa học kỹ thuật mà điểm
hình là làm môi trường hoạt tính cho
laser ruby. Đây là loại laser ra đời đầu
tiên đánh một mốc lịch sử cho ngành
khoa học laser.
I. 1 Tính chất vật lý
Ruby nằm trong số đá quý bền nhất tìm thấy trên trái đất. Với độ cứng chỉ
thua kim cương và ít bị hiện tượng vỡ tách, ruby có thể chịu được mọi va chạm,
mài mòn trong quá trình sử dụng.
Hình 4: Laser ruby
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
4
I.1.1 Hiện tượng tách, nứt
Các hiện tượng này xảy ra do khoáng vật chịu ảnh hưởng của áp suất và
ngoại lực.
Các công trình nghiên cứu năm 1904 cho rằng corundum không có mặt
tách nhưng những công trình nghiên cứu gần đây nhất đối với corumdum nhân tạo
cho thấy rằng corumdum có thể bị tách dọc theo mặt hình thoi (1011) và lăng kính
lục giác (Hexagonal prism 1120). Tinh thể corundum có thể bị nứt dọc theo mặt
yếu nhất của tinh thể thường do các sai hỏng về cấu trúc gây nên. Tinh thể
corundum cũng như tinh thể của các loại đá quý khác có thể có vết nứt bất kỳ. Các
vết nứt này hình thành trong những điều kiện nhất định của quá trình mọc tinh thể
hoặc chế tác.
Về độ bền thì ruby tương đối giòn, dễ vỡ, tuy nhiên ít hơn các loại khác.
Độ cứng, tính chịu cào, xước của mặt bóng tinh thể biểu hiện độ cứng của nó.
I.1.2 Độ giãn nở nhiệt:
Độ giãn nở nhiệt của đơn tinh thể corundum được xác định bởi Belyaev
năm 1980 như sau
20
–
50
0
=
6.66.10
-
6
(deg
–
1
)
(song song tr
ục C)
20
–
1000
0
=
9.03.10
-
6
(song song tr
ục C)
50
0
=
5.0.10
-
-
6
(vuông góc v
ới trục C)
Đặc trưng giãn nở nhiệt của ruby có ý nghĩa quan trọng trong thực tế. Độ
giãn nở do nhiệt của ruby nhỏ hơn của kim cương.
I.1.3 Độ dẫn nhiệt:
Độ trơ về nhiệt của corundum =0,262 cal.cm2. CS1/2, lớn gấp 2 lần spinel
và 3 lần garnet. Phép thử xác định giá trị độ trơ về nhiệt có thể rất có lợi trong việc
phân biệt corundum với các loại khoáng vật khác. Phép thử nhiệt được tiến hành
bởi những dụng riêng như “phép thử alpha”, trên nguyên tắc đốt nóng 1 đầu dò