Hiện nay việc tìm kiếm vật liệu mới để sử dụng trong lĩnh vực quang tử
đã và đang là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa học và công nghệ trong
nước và quốc tế. Trong đó, một đối tượng quan trọng phải kể đến là thủy tinh
pha tạp đất hiếm, vì đây là loại vật liệu quan trọng để sử dụng trong thực tế như
truyền thông, vật liệu laser, thiết bị khuếch đại, phát quang chiếu sáng, thiết bị
hiển thị [1-10].
Khác với mạng nền tinh thể, mạng nền thủy tinh tồn tại sự phân bố ngẫu
nhiên các cấu trúc cục bộ, điều này dẫn tới các tính chất đặc trưng quang học
của ion đất hiếm như cường độ, vị trí và độ rộng của vạch phổ cũng bị ảnh
hưởng bởi sự phân bố ngẫu nhiên của môi trường lân cận. Tuy nhiên, công nghệ
chế tạo thủy tinh thường đơn giản hơn so với chế tạo vật liệu tinh thể, các thông
số của quy trình chế tạo như áp suất, nhiệt độ, thời gian v.v. không đòi hỏi khắt
khe và dễ dàng thay đổi để đạt được tính chất của vật liệu như mong muốn.
Việc lựa chọn vật liệu thuỷ tinh còn tận dụng được sự phát triển của công nghệ
sol-gel. Trong vài thập kỷ gần đây, nó cho phép chế tạo các mẫu thuỷ tinh sạch,
khối lượng lớn ở nhiệt độ tương đối thấp và dễ dàng pha tạp [11-13]. Bên cạnh
đó, phương pháp nóng chảy truyền thống được thực hiện ở nhiệt độ cao, sản
phẩm thu được ở dạng khối kích thước lớn so với các vật liệu dạng bột đa tinh
thể. Đây là phương pháp được sử dụng lâu đời, nhưng đến nay vẫn áp
dụng và được phát triển rộng rãi do điều kiện công nghệ phát triển. Các thiết bị
lò nung ứng dụng trong phương pháp này ngày càng đa dạng về chủng loại,
chất lượng cao và được điều khiển chính xác bằng chương trình đã giúp nâng
cao được chất lượng của sản phẩm thủy tinh.
26 trang |
Chia sẻ: Trịnh Thiết | Ngày: 06/04/2024 | Lượt xem: 107 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Tóm tắt Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của thủy tinh pha tạp nguyên tố đất hiếm nhằm ứng dụng trong lĩnh vực thông tin quang và vật liệu chiếu sáng rắn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
BÁO CÁO TÓM TẮT TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA THỦY TINH
PHA TẠP NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM NHẰM ỨNG DỤNG TRONG LĨNH
VỰC THÔNG TIN QUANG VÀ VẬT LIỆU CHIẾU SÁNG RẮN
Mã số: B2016-DNA-42-TT
Chủ nhiệm đề tài: TS. Trần Thị Hồng
Đà Nẵng- 4/ 2020
ii
1. DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
1. TS. Trần Thị Hồng - Chủ nhiệm đề tài - Khoa Vật lý - Trường Đại học
Sư phạm, ĐHĐN.
2. ThS. Lê Văn Thanh Sơn - Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm,
ĐHĐN.
3. ThS. Trần Thị Hương Xuân - Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm,
ĐHĐN.
2. ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
1. Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, ĐHĐN.
2. Phòng Quang phổ ứng dụng và Ngọc học – Viện khoa học vật liệu-
Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam.
iii
MỤC LỤC
Trang bìa
Trang bìa phụ ...... i
Danh sách những thành viên tham gia và đơn vị phối hợp chính ii
Mục lục. iii
Danh mục bảng biểu và hình vẽ .. iv
Danh mục các chữ viết tắt. v
Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Việt và tiếng Anh. vi
Mở đầu 1
Chương 1. Tổng quan lí thuyết 3
Chương 2 Thực nghiệm 4
Chương 3. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của ion Eu3+ trong vật liệu
thủy tinh 4
Chương 4. Nghiên cứu các quá trình truyền năng lượng trong vật liệu thủy tinh
.9
Kết luận... 14
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng Chú thích Trang
Bảng 3.6 Gía trị các thông số cường độ (Ωλ x 10
-2 0
cm
2
) của các mẫu
thủy tinh BT20, BT30, BT40, BT50 và BT60 pha tạp ion Eu3+.
8
Bảng 3.7 Xác suất chuyển dời lưỡng cực từ và lưỡng cực điện, thời gian
sống tính toán và thực nghiệm của mức kích thích 5D0 của ion
Eu
3+
trong các mẫu BT60, BT50, BT40, BT30 và BT20
8
Bảng 4.2 Giá trị xác suất truyền năng lượng, khoảng cách ngưỡng, các
thông số truyền năng lượng giữa các ion Eu3+ trong các mẫu
BTE-01, BTE-1, BTE-2 và BTE-5
11
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình Chú thích Trang
Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu: (a):BT20, BT30, BT40,
BT50 và BT60 (nhóm mẫu 1) (b): BT, BTE-01, BTE-1, BTE-
2 và BTE-5 (nhóm mẫu 2); (c): BTC, BTT, BTS, BTCT,
BTCS, BTTS và BTC05T05 S05 (nhóm mẫu 3).
5
Hình 3.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại của mẫu BT40. 5
Hình 3.3 Phổ Raman của các mẫu BT20, BT30, BT40, BT50 và BT60. 5
Hình 3.4 Phổ hấp thụ của các mẫu thủy tinh BT20, BT30, BT40, BT50
và BT60
5
Hình 3.5 Phổ kích thích phát quang của ion Eu3+ trong các mẫu: BT20,
BT30, BT40, BT50 và BT60 (với λem = 612 nm).
6
Hình 3.7 Phổ PSB của chuyển dời 7F0→
5
D2
của ion Eu3+ trong các
mẫu thủy tinh BT20, BT30, BT40, BT50 và BT60.
7
Hình 3.8 Phổ phát quang của các mẫu thủy tinh BT20, BT30, BT40,
BT50 và BT60 khi kích thích bằng bước sóng 394 nm.
7
Hình 4.1 Phổ kích thích (a) và phổ phát quang (b) của ion Ce3+ pha tạp
trong mẫu thủy tinh BTC.
9
Hình 4.2 Phổ kích thích (a) và phổ phát quang (b) của ion Tb3+ pha tạp
trong mẫu thủy tinh BTT.
9
Hình 4.3 Phổ kích thích (a) và phổ phát quang (b) của ion Sm3+ trong
mẫu BTS.
9
Hình 4.4 Phổ phát quang của các mẫu BTCT (a) và BTCS đo ở nhiệt độ
phòng với bức xạ kích thích 350 nm.
10
Hình 4.7 Phổ phát quang của mẫu đồng pha tạp ion Tb3+/Sm3+ trong
mẫu BTTS với bước sóng kích thích 379 nm (a) và 401 nm
(b).
10
Hình 4.13 Đường cong suy giảm cường độ phát quang phụ thuộc thời 10
v
gian của các mẫu BTE-01, BTE-1, BTE-2 và BTE-5. Đo tại
nhiệt độ phòng, bức xạ kích thích 355 nm, độ rộng xung 5 ns.
Hình 4.16 Giản đồ các mức năng lượng và các dịch chuyển điện tử của
các ion Eu
3+
. Các quá trình truyền năng lượng CR1: (
5
D3 →
7
F4) → (
7
F0 →
5
D2) và CR2 : (
5
DJ →
5
DJ’) → (
7
FJ* →
7
FJ’)..
11
Hình 4.17 Phổ Raman của các mẫu thủy tinh BT (a) và BTE-5 (b) 12
Hình 4.19 Sự thay đổi cường độ bức xạ 612 nm của chuyển dời 5D0→
7
F2
của ion Eu3+ trong mẫu BTE-01 theo nhiệt độ.
12
Hình 4.20 Giản đồ các mức năng lượng của ion Eu3+ với các dịch chuyển
bức xạ và sự phân bố các mức năng lượng của các khuyết tật
trong thủy tinh borate-tellurite.
13
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh
A Axepto Acceptor
CIE Giản đồ tọa độ màu Commission Internationale d’Eclairage
CR Phục hồi chéo Cross-relaxation
DD Lưỡng cực-lưỡng cực Dipole-dipole
DQ Lưỡng cực-tứ cực Dipole-quadrupole
ED Lưỡng cực điện Electric dipole
ET Truyền năng lượng Energy transfer
FTIR Hấp thụ hồng ngoại Fourier transform infrared
IH Inokuti – Hirayama Inokuti – Hirayama
IL Phát quang do khuyết tật mạng Intrinsic luminescence
IR Hồng ngoại Infrared
J-O Lý thuyết Judd – Ofelt Judd – Ofelt
NBO Oxy không cầu nối Non-bridging oxygen
NBOHC Tâm lỗ trống oxy không cầu
nối
Non-bridging oxygen hole center
NIR Hồng ngoại gần Near infrared
NR Không phát xạ Nonradiative
PL Quang phát quang Photoluminescence
PLE Kích thích phát quang Photoluminescence excitation
PSB Phonon Sideband Phonon Sideband
PET Chuyển dời điện tử thuần túy Pure-electron transition
RE
3+
Ion đất hiếm hóa trị 3 Trivalent rare earth ions
UV Tử ngoại Ultraviolet
Vis Khả kiến Visible
ZPL Vạch zero phonon Zero - phonon line
Y-T Yokota – Tamimoto Yokota – Tamimoto
vi
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của thủy tinh pha tạp
nguyên tố đất hiếm nhằm ứng dụng trong lĩnh vực thông tin quang và vật
liệu chiếu sáng rắn.
- Mã số: B2016-DNA-42-TT
- Chủ nhiệm: TS. Trần Thị Hồng
- Thành viên tham gia: -ThS. Lê Văn Thanh Sơn
- ThS. Trần Thị Hương Xuân
- Cơ quan chủ trì: Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 12 năm 2016 đến tháng 11 năm 2018
2. Mục tiêu:
- Chế tạo được vật liệu thủy tinh Borate-Tellurite pha tạp các nguyên tố đất
hiếm
- Khảo sát được các tính chất quang của vật liệu đã chế tạo
3. Tính mới và sáng tạo:
- Với các kết quả nghiên cứu vật lý của vật liệu này là cơ sở cho việc sử
dụng và nâng cao chất lượng của vật liệu áp dụng trong phát triển các linh kiện
quang học dựa trên các vật liệu pha tạp đất hiếm. Hơn nữa với các kết quả này
cho phép mở ra hướng nghiên cứu mới là áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt để
nghiên cứu các tính chất của kim loại đất hiếm trong nền thuỷ tinh.
4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu:
1. Đã chế tạo thành công hệ vật liệu thủy tinh borate-tellurite bằng
phương pháp nóng chảy với tỷ lệ B2O3 khác nhau, pha tạp ion Eu
3+
và đồng pha
tạp ion Ce3+, Tb3+ và Sm3+. Một số tính chất vật lý của mẫu đã được xác định:
phép phân tích nhiễu xạ tia X chứng tỏ thủy tinh vừa chế tạo là vật liệu vô định
hình; phép đo phổ hấp thụ hồng ngoại và tán xạ Raman thể hiện các mode dao
vii
động của các mối liên kết trong vật liệu và cho thấy khi tăng tỷ lệ B2O3 trong
các mẫu có sự chuyển đổi các đơn vị cấu trúc.
2. Xác định các chuyển dời hấp thụ trong phổ UV-Vis và phổ kích thích
phát quang của các mẫu pha tạp ion Eu3+. Từ việc khảo sát các chuyển dời
thuần túy điện tử và các chuyển dời có sự tham gia của các phonon đã xác định
được các hằng số liên kết điện tử - phonon.
3. Ứng dụng lý thuyết Judd-Ofelt cho phổ phát quang, đã xác định được
các thông số cường độ Ω2, Ω4 và Ω6 của ion Eu
3+
, từ đó tiên đoán được các
thông số bức xạ đối với mức kích thích 5D0 của ion Eu
3+
các thông số này
chứng tỏ vật liệu thủy tinh borate-tellurite có triển vọng ứng dụng trong lĩnh
vực linh kiện và thiết bị quang học.
4. Nghiên cứu quá trình truyền năng lượng từ ion Ce3+ sang ion Tb3+,
Sm
3+
, từ ion Tb3+ sang Sm3+ trong thủy tinh borate-tellurite và quá trình truyền
năng lượng giữa các ion Eu3+ theo mô hình Inokuti-Hirayama và xác định được
cơ chế tương tác, khoảng cách ngưỡng, xác suất truyền năng lượng giữa các ion
Eu
3+. Đặc biệt, mẫu thủy tinh borate-tellurite đồng pha tạp Ce3+/Tb3+/Sm3+ khi
được kích thích bởi bước sóng 350 nm thì có thể làm vật liệu chế tạo Led trắng.
5. Đã xác định có sự truyền năng lượng từ các khuyết tật mạng thủy tinh
sang ion Eu
3+
và giải thích được cơ chế truyền năng lượng này.
5. Tên sản phẩm:
5.1. - Bài báo đăng trên kỷ yếu Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học
Vật liệu Toàn quốc lần thứ X (2017): “Influence of intrinsic defects on optical
properties of rare earth doped tellurite glasses”
-Bài báo đăng trên tạp chí Khoa học Trường đại học sư phạm, Đại
học Đà Nẵng: Số 22(01).2017: “ Phân tích phổ của ion Tb3+/Sm3+ trong thủy
tinh TeO2-B2O3-ZnO-Na2O” và Số 32(01).2019: “ Ảnh hưởng của hợp phần lên
tính chất quang của ion Eu3+ trong thủy tinh”.
- Bài báo đăng trên tạp chí quốc tế (SCIE) International Journal of
Modern Physics B, Vol.33.No.17, 1950179 (2019): “ Luminescence studies of
Eu
3+
ions in tellurite glass ceramics”.
5.2. Sản phẩm ứng dụng:
- Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu thủy tinh pha tạp đất hiếm.
- Báo cáo tính toán các thông số của quá trình phát quang và khảo
sát quá trình truyền năng lượng giữa các ion đất hiếm thông qua kết hợp giữa lí
thuyết Judd-Ofelt với mô hình Inokuti-Hirayama
ix
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Research on manufacturing and optical properties of rare earth
ions doped in glass for optical information and solid lighting materials
application.
Number: B2016-DNA-42-TT
Project Leader: Doctor Tran Thi Hong
Member: - Masters Le Van Thanh Son
-Masters Tran Thi Huong Xuan
Implementing institution: Danang University
Duration: from 12/2016 to 11/2018
2. Objective(s):
- Manufacturing of rare earth ions doped Borate-tellurite glasses
- Investigation on optical properties of rare earth ions doped Borate-
tellurite glasses
3. Creativeness and innovativeness:
With the physical finding of this material is the basis for the use and
improve the quality of materials applied in the development of optical
components based on rare earth doped materials. In addition to these results
open the way for new research is to apply the Judd-Ofelt theory to study the
properties of rare earth metals in the glass.
4. Research results:
1. Borate-Tellurite glasses were fabricated successfully with different
composition B2O3, different concentrations of Eu
3+
ions and co-doped
Ce
3+
/Tb
3+
/Sm
3+
by the conventional melting process. Some physical properties
of the sample were identified: the analysis of X-ray diffraction proved borate-
tellurite glasses exhibit that the amorphous material; The FTIR spectra and
Raman spectra represented the oscillation mode of the links in the material and
at the increase of boron trioxide content that some samples had the
transformation of structural units.
2. Determination of the absorption transitions in the absorption spectra and
the emission transition in the excitation spectra of Eu
3+
ions doped borate-
tellurite glasses. From the examination of purely electronic transition and the
x
transition with participation of phonons have identified the eletron-phonon
coupling quantity (g).
3. Using Judd-Ofelt (JO) theory for photoluminescence spectra, the JO
intensity parameters Ω2, Ω4 and Ω6 of Eu
3+
ions were calculated. These Ω2, Ω4
and Ω6 parameters allowed to derive radiative properties of Eu
3+
ions in glass
material.
4. Study of energy transfer process from Ce
3+
to Tb
3+
, Ce
3+
to Sm
3+
, Tb
3+
to
Sm
3+
and energy transfer process of Eu
3+
ions doped in borate-tellurite (using
the Inokuti-Hirayama model). The interaction mechanism, critical distance and
rate of energy transfer between Eu
3+
ions were determined. Our results
indicated that borate-telluride glasses co-doped with Ce
3+
, Tb
3
and Sm
3+
may
provide a new platform to design and fabricate novel luminescent materials for
white-LED.
5. Determine the energy transfer between NBO and Eu
3+
ions observed.
5. Products:
5.1. - The report published in The 10
th
National conference on solid state
Physics and materials Science (SPMS -2017): “Influence of intrinsic defects on
optical properties of rare earth doped tellurite glasses”
- The report published in Journal of science The university of Da Nang –
University of Education: No.22(01).2017: “ Spectral analysic of Tb3+/Sm3+
doped TeO2-B2O3-ZnO-Na2O glasses”; and No. 32(01).2019: “Effects of
composition on optical of Eu
3+
ion in glasses”.
- The report published in International Journal of Modern Physics B,
Vol.33.No.17, 1950179 (2019): “ Luminescence studies of Eu3+ ions in tellurite
glass ceramics”.
5.2. Application products:
-Process of manufacturing rare earth ions-doped glass materials.
- The report calculates the parameters of the luminescence process and
investigates the transfer of energy between rare earth ions through a
combination of the Judd-Ofelt theory and the Inokuti-Hirayama model.
- Report on the energy transfer mechanism between charged intrinsic
defects in the glass and rare earth ions.
- Report on the applicability of Borate-Tellurite glass materials in the
field of development novel optical devices on rare earth ions-doped glass
materials.
xi
5.3. Training products: 01 graduate student
5.4. Other products:
- The Patent No. 19714, (2018) " The glass material doped with rare earth
ions for white Leds application ".
- The Patent No. 21434, (2019) " The borat telurit glass doped Ce
3+
for
blue Leds application ".
- The Patent No. 21429, (2019) " The process of manufacturing
Ce
3+
/Tb
3+
/Sm
3+
co-doped borat telurit glass for white Leds ".
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
- Detection of spectral features and reviews practical implications as well as
the science of Eu
3+
doped Borate-Tellurite glasses.
- Reference for graduate students as well as graduate student research in the
field of optical materials.
- Reference in the field of development of optical components used in
telecommunication systems, such as upconversion fibers, optical amplifiers,
solid –lasers and 3D displays.
1
MỞ ĐẦU
Hiện nay việc tìm kiếm vật liệu mới để sử dụng trong lĩnh vực quang tử
đã và đang là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa học và công nghệ trong
nước và quốc tế. Trong đó, một đối tượng quan trọng phải kể đến là thủy tinh
pha tạp đất hiếm, vì đây là loại vật liệu quan trọng để sử dụng trong thực tế như
truyền thông, vật liệu laser, thiết bị khuếch đại, phát quang chiếu sáng, thiết bị
hiển thị [1-10].
Khác với mạng nền tinh thể, mạng nền thủy tinh tồn tại sự phân bố ngẫu
nhiên các cấu trúc cục bộ, điều này dẫn tới các tính chất đặc trưng quang học
của ion đất hiếm như cường độ, vị trí và độ rộng của vạch phổ cũng bị ảnh
hưởng bởi sự phân bố ngẫu nhiên của môi trường lân cận. Tuy nhiên, công nghệ
chế tạo thủy tinh thường đơn giản hơn so với chế tạo vật liệu tinh thể, các thông
số của quy trình chế tạo như áp suất, nhiệt độ, thời gian v.v.. không đòi hỏi khắt
khe và dễ dàng thay đổi để đạt được tính chất của vật liệu như mong muốn.
Việc lựa chọn vật liệu thuỷ tinh còn tận dụng được sự phát triển của công nghệ
sol-gel. Trong vài thập kỷ gần đây, nó cho phép chế tạo các mẫu thuỷ tinh sạch,
khối lượng lớn ở nhiệt độ tương đối thấp và dễ dàng pha tạp [11-13]. Bên cạnh
đó, phương pháp nóng chảy truyền thống được thực hiện ở nhiệt độ cao, sản
phẩm thu được ở dạng khối kích thước lớn so với các vật liệu dạng bột đa tinh
thể. Đây là phương pháp được sử dụng lâu đời, nhưng đến nay vẫn áp
dụng và được phát triển rộng rãi do điều kiện công nghệ phát triển. Các thiết bị
lò nung ứng dụng trong phương pháp này ngày càng đa dạng về chủng loại,
chất lượng cao và được điều khiển chính xác bằng chương trình đã giúp nâng
cao được chất lượng của sản phẩm thủy tinh.
Trong số các loại thủy tinh vô cơ thì thủy tinh oxit là loại quan trọng nhất,
thủy tinh borat được nghiên cứu nhiều nhất trong số các thủy tinh oxit do các
tính chất đặc biệt như: độ trong suốt cao, điểm nóng chảy thấp, ổn định nhiệt
cao và khả năng phân tán ion đất hiếm cao [14-18]. Tuy nhiên, thủy tinh borat
lại có năng lượng phonon lớn (khoảng 1300 -1500 cm-1), dẫn đến quá trình
phục hồi đa phonon xảy ra mạnh. Mặt khác, thủy tinh này có chiết suất và tính
chất thay đổi theo thời gian do tính chất ngậm nước cao. Vì vậy, chúng sẽ bị già
hóa khá nhanh trong môi trường. Để khắc phục các nhược điểm trên, một số
oxit kim loại nặng như TeO2, PbO2, Bi2O3 thường đưa thêm vào mạng nền
tạo ra các loại thủy tinh phức hợp có độ bền cơ học tốt, sức bền hóa học cao,
chiết suất và hiệu suất phát quang cao [19-22]. Đặc biệt, oxit kim loại nặng
TeO2 có năng lượng phonon cỡ 750 cm
-1
nên việc đưa thêm thành phần này vào
thủy tinh borat sẽ làm giảm đáng kể năng lượng phonon của thủy tinh, giảm
thiểu quá trình phục hồi đa phonon giữa các mức năng lượng vốn rất gần nhau
của các ion đất hiếm, do đó làm tăng hiệu suất phát quang của vật liệu [23-25].
Với hi vọng kết hợp các đặc tính ưu việt của B2O3 và TeO2 kể trên, gần đây
2
thủy tinh borat-telurit được nghiên cứu khá nhiều. Tuy nhiên, theo chúng tôi
được biết chưa có nghiên cứu nào trong và ngoài nước về tính chất quang của
vật liệu thủy tinh borate-tellurite (với các thành phần TeO2. B2O3. ZnO. Na2O)
pha tạp ion Eu3+, Ce3+, Tb3+, Sm3+ định hướng ứng dụng trong công nghệ Led
phát xạ ánh sáng trắng và màu đặc trưng, cũng như nghiên cứu các quá trình
truyền năng lượng giữa các ion đất hiếm và đặc biệt nghiên cứu quá trình truyền
năng lượng từ khuyết tật mạng thủy tinh borate-tellurite sang ion Eu3+. Chính vì
vậy, nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của loại vật liệu này là vấn đề mang
tính thời sự, có ý nghĩa lớn về khoa học và thực tiễn.
Với các cơ sở đã nêu ở trên, chúng tôi quyết định lựa chọn đề tài nghiên
cứu: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của thủy tinh pha tạp nguyên tố
đất hiếm nhằm ứng dụng trong lĩnh vực thông tin quang và vật liệu chiếu
sáng rắn.”
Mục tiêu của đề tài:
- Chế tạo hệ vật liệu thủy tinh pha tạp các ion đất hiếm (Eu3+, Ce3+, Tb3+, Sm3+)
với tỷ lệ thành phần nền và tạp khác nhau.
- Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu đã chế tạo bằng một số
phương pháp quang phổ.
- Nghiên cứu các quá trình truyền năng lượng trong thủy tinh.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Đây là một đề tài nghiên cứu khoa học cơ bản có định hướng ứng dụng
thể hiện ở các kết quả đã đạt được:
- Làm chủ quy trình chế tạo vật liệu thủy tinh pha tạp các ion đất hiếm.
- Các kết quả nghiên cứu vật lý của vật liệu thủy tinh đồng pha tạp các ion
đất hiếm là cơ sở cho việc chế tạo vật liệu Led phát xạ ánh sáng trắng và màu
đặc trưng.
- Sử dụng lý thuyết Judd-Ofelt để đánh giá chất lượng của vật liệu thủy
tinh pha tạp ion đất hiếm thông qua giá trị của các thông số trên phổ phát
quang. Các giá trị thông số cường độ các chuyển dời của ion đất hiếm thu được
là cơ sở vững chắc hơn để nhận định các khả năng ứng dụng của vật liệu trong
lĩnh vực quang học.
Bố cục của đề tài:
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung chính của đề tài
nghiên cứu được trình bày trong ba chương. Chƣơng 1. Tổng quan lý thuyết;
Chƣơng 2. Thực nghiệm; Chƣơng 3. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang
3
của ion Eu3+ trong vật liệu thủy tinh; Chƣơng 4. Nghiên cứu các quá trình
truyền năng lượng trong vật liệu thủy tinh.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Vật liệu thủy tinh pha tạp nguyên tố đất hiếm
Thông thường, thành phần cấu tạo nên mạng thủy tinh gồm: thành phần
hình thành mạng (network-former) và thành phần biến đổi mạng (network-
modifier). Thành phần hình thành mạng là những nguyên tử tham gia trực tiếp
vào mạng. Ngược lại, thành phần biến đổi mạng không thể tham gia trực tiếp
vào mạng của các liên kết, nhưng mạng được tạo ra xung quanh nó. Hầu hết,
c