Chế tạo và nghiên cứu phổ hấp thụ của ion đất hiếm dy3 và ion mn2 trong cùng một vật liệu nền thủy tinh borate

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU PHỔ HẤP THỤ MỘT VẬT LIỆU NỀN THỦY TINH BORATE Người thực hiện : NGUYỄN QUANG VŨ

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU PHỔ HẤP THỤ

MỘT VẬT LIỆU NỀN THỦY TINH BORATE

Người thực hiện : NGUYỄN QUANG VŨ

Khóa : 2010 – 2014 Ngành : SƯ PHẠM VẬT LÝ Người hướng dẫn : ThS LÊ VĂN THANH SƠN

Đà Nẵng, 05/2014

Trang 2

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Thanh Sơn

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô

giáo trong khoa Vật Lý – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà

Nẵng đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt kiến thức quý báu trong suốt

thời gian em học tập và rèn luyện tại trường

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Văn Thanh Sơn –

cảm ơn thầy đã tận tình quan tâm , giúp đỡ, giải đáp những thắc

mắc và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em Nhờ đó, em mới có thể

hoàn thành tốt được khóa luận tốt nghiệp này

Tiếp đến, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn và các em sinh viên

trong nhóm nghiên cứu đã nhiệt tình tham gia nghiên cứu hỗ trợ tôi

trong suốt thời gian làm khóa luận này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn

bè đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Đà Nẵng, ngày 19 tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quang Vũ

Trang 3

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 7

NỘI DUNG 10

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 10

1.1 Tổng quan về hiện tượng phát quang 10

1.1.1 Hiện tượng phát quang 10

1.1.2 Phân loại hiện tượng phát quang 10

1.1.3 Vật liệu phát quang 12

1.2 Lý thuyết về kim loại chuyển tiếp và ion đất hiếm 13

1.2.1 Sơ lược về kim loại chuyển tiếp 13

1.2.2 Sơ lược về ion đất hiếm 17

1.3 Tìm hiểu về phổ hấp thụ 20

1.3.1 Hiện tượng hấp thụ 20

1.3.2 Cường độ hấp thụ 20

1.3.3 Các định luật cơ bản của sự hấp thụ 21

CHƯƠNG II: CHẾ TẠO MẪU VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 24

1.1 Các bước chế tạo mẫu 24

1.2 Các mẫu đã chế tạo 26

1.3 Các phương pháp đo 26

1.3.1 Nhiễu xạ tia X 26

1.3.2 Phổ huỳnh quang 27

1.3.3 Phổ huỳnh quang kích thích 27

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X 28

3.2 Kết quả đo phổ huỳnh quang kích thích 28

3.2.1 Mẫu 1: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Dy3+ 29

3.2.2 Mẫu 2: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Mn2+ 33

Trang 4

3.2.3 Mẫu 3: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:1Dy3+.1Mn2+ 35

3.3 Kết quả đo phổ huỳnh quang 41

3.3.1 Mẫu 1: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Dy3+ 41

3.3.2 Mẫu 2: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:2Mn2+ 42

3.3.3 Mẫu 3: 5BaO.6Al2O3.90B2O3:1Dy3+.1Mn2+ 43

3.4 Thảo luận kết quả 47

3.4.1 Phổ huỳnh quang kích thích 47

3.4.2 Phổ huỳnh quang 48

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

Trang 5

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1: Vị trí các nguyên tố kim loại chuyển tiếp trong hệ thống tuần hoàn 9

Hình 1.2: Quặng Mangan 10

Hình 1.3: Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d5 11

Hình 1.4: Một mẫu Dysprosi 13

Hình 1.5: Giản đồ các mức năng lượng Dieke 14

Hình 2.1: Cân điện tử 19

Hình 2.2: Cối sứ 19

Hình 2.3: Tủ sấy 20

Hình 2.4: Lò nung điện 20

Hình 2.5: Ảnh các mẫu thủy tinh sau khi mài và đánh bóng 21

Hình 2.6: Hệ phổ huỳnh quang QE65000 22

Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X 23

Hình 3.2: Phổ PLE mẫu 1 (Em 483nm) 24

Hình 3.3: Giản đồ các mức năng lượng của Dy3+ trong mẫu 1 (a) 25

Hình 3.5: Giản đồ các mức năng lượng của Dy3+ trong mẫu 1 (b) 27

Trang 6

Hình 3.7: Giản đồ các mức năng lượng của Mn2+ trong mẫu 2 29

Hình 3.9: Giản đồ các mức năng lượng của Dy3+trong mẫu 3 (a) 31

Hình 3.11: Giản đồ các mức năng lượng của Dy3+ trong mẫu 3 (b) 33

Hình 3.13: Giãn đồ các mức năng lượng của Mn2+ trong mẫu 3 (c) 35

Hình 3.14: Phổ PL mẫu 1(Ex 388nm) 36

Hình 3.15: Phổ PL mẫu 2 (Ex 408nm) 37

Hình 3.21: Phổ PL mẫu 3 (Ex 408nm) và (Ex 425nm) 41

Trang 7

DANH MỤC BẢNG

Trang Bảng 3.1: Năng lượng (cm-1) các đỉnh phổ hấp thụ của Dy3+ ở mẫu 1 (a) 24

Bảng 3.2: Năng lượng (cm-1) các đỉnh phổ hấp thụ của Dy3+

ở mẫu 1 (b) 26

Bảng 3.3: Năng lượng (cm-1) các đỉnh phổ hấp thụ của Mn2+ ở mẫu 2 28

Bảng 3.4: Năng lượng (cm-1) các đỉnh phổ hấp thụ của Dy3+ ở mẫu 3 (a) 30

ở mẫu 3 (b) 32

Bảng 3.6: Năng lượng (cm-1) các đỉnh phổ hấp thụ của Mn2+ ở mẫu 3 (c) 34

ở mẫu 3 (c) 35

Trang 8

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Vật liệu phát quang ra đời rất sớm và cho đến nay thì chúng đang có mặt trong mọi lĩnh vực của đời sống, từ những ứng dụng trong lĩnh vực chiếu sáng như đèn huỳnh quang, đèn LED (Light emitting diode) cho đến lĩnh vực điện tử, truyền thông, đo bức xạ… Chính bởi tiềm năng rất lớn của chúng đã thúc đẩy con người nghiên cứu và chế tạo ra những vật liệu phát quang mới với những đặc tính tốt hơn nhằm đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của xã hội

Với những thành công đã đạt được khi nghiên cứu về vật liệu phát quang, hiện nay nhiều nhà nghiên cứu đang hướng đến một số loại vật liệu nền mới mà tiêu biểu là nền Borate pha tạp các nguyên tố đất hiếm hoặc ion kim loại chuyển tiếp Vì Borate là một vật liệu quang học thích hợp, nó có độ truyền qua tốt, nhiệt độ nóng chảy thấp, có độ hòa tan lớn các tạp đất hiếm

đã được nghiên cứu rất nhiều với sự tồn tại của hai ánh sáng khá đơn sắc trong vùng vàng và xanh kết hợp với đặc trưng

chiếu sáng

Từ các nghiên cứu trước và điều kiện hiện có tại phòng thí nghiệm trường Đại học

Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, tôi đã tiến hành chế tạo vật liệu thủy tinh Borate có pha

tôi tiến hành nghiên cứu, phân tích phổ ghi nhận được của vật liệu này để tìm ra mẫu vật liệu thích hợp và năng lượng kích thích (hấp thụ) tối ưu nhất cho việc chế tạo LED trắng dùng trong chiếu sáng

Chính vì những lý do trên mà tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu phổ hấp thụ của ion

Trang 9

2 Mục đích của đề tài

Chế tạo vật liệu nền thủy tinh Borate pha tạp ion đất hiếm Dy3+ và ion Mn2+

nền thủy tinh Borate thông qua phổ huỳnh quang kích thích

Phân tích phổ ghi nhận được của vật liệu này để tìm ra mẫu vật liệu thích hợp và năng lượng kích thích (hấp thụ) tối ưu nhất cho việc chế tạo LED trắng dùng trong chiếu sáng

3 Đối tượng nghiên cứu

Lý thuyết phát quang, lý thuyết về hiện tượng hấp thụ

Các mẫu vật liệu nền thủy tinh Borate pha tạp ion Dy3+ và ion Mn2+

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tổng hợp các kiến thức về lý thuyết phát quang, vật liệu phát quang thủy tinh Borate

Xác định phương pháp và quy trình chế tạo vật liệu

Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, hướng dẫn sử dụng các thiết bị phục vụ cho quá trình chế tạo mẫu và các máy đo quang phổ

Tìm hiểu khả năng ứng dụng của vật liệu

Xử lý số liệu thực nghiệm và rút ra kết luận

5 Phương pháp nghiên cứu

Chế tạo mẫu vật liệu bằng phương pháp gốm

Sử dụng phần mềm Origin để xử lý số liệu

Trang 10

6 Cấu trúc và nội dung của đề tài

- Phần mở đầu: Gồm 3 trang giới thiệu chung về khóa luận

- Phần nội dung: Gồm 3 chương

Chương I: Tổng quan lý thuyết

Chương II: Chế tạo mẫu và nghiên cứu thực nghiệm

Chương III: Kết quả và thảo luận

- Phần kết luận

Trang 11

NỘ

Tiêu đề	Chế Tạo Và Nghiên Cứu Phổ Hấp Thụ Của Ion Đất Hiếm Dy3+ Và Ion Mn2+ Trong Cùng Một Vật Liệu Nền Thủy Tinh Borate
Tác giả	Nguyễn Quang Vũ
Người hướng dẫn	ThS. Lê Văn Thanh Sơn
Trường học	Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Sư phạm vật lý
Thể loại	khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	51
Dung lượng	1 MB