Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp Ion Cr3+ đến tính chất quang của vật liệu ZnAl2O4: Mn2+ chế tạo bằng phương pháp sol-gel

Bột huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp ion Mn2+ và ion Cr3+ phát xạ màu xanh và đỏ được chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt trong không khí ở các nhiệt độ khác nhau.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp Ion Cr3+ đến tính chất quang của vật liệu ZnAl2O4:Mn2+ chế tạo bằng phương pháp sol-gelISSN: 1859-2171 TNU Journal of Science and Technology 208(15): 77 - 82 e-ISSN: 2615-9562 ẢNH HƯỞNG CỦA NÔNG ĐỘ PHA TẠP ION Cr3+ ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU ZnAl2O4:Mn2+ CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL Nguyễn Thị Hạnh1*, Vũ Thị Kim Thoa1, Đoàn Thị Vui1, Nguyễn Thị Thương1, Nguyễn Thị Bích Loan1, Lê Thu Thảo1, Ngô Thùy Dung1, Nguyễn Thị Phương Ly1, Dương Bích Phương1, Nguyễn Trung Kiên2, Lê Tiến Hà2 1 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái NguyênTÓM TẮT Bột huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp ion Mn2+ và ion Cr3+ phát xạ màu xanh và đỏ được chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel kết hợp với ủ nhiệt trong không khí ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu ZnAl2O4 có chất lượng tinh thể tốt nhất khi nung ở 1400 oC. Kết quả chụp ảnh FE-SEM cho thấy vật liệu có kích thước hạt tăng dần khi nhiệt độ nung thiêu kết tăng, ở nhiệt độ 1400 oC kích thước hạt phân bố từ vài chục nanomet đến trăm nanomet. Kết quả khảo sát phổ huỳnh quang cho thấy vật liệu phát xạ mạnh trong vùng đỏ - đỏ xa và một giải phát xạ yếu trong vùng ánh sáng xanh. Giải phát xạ yếu với đỉnh huỳnh quang ở bước sóng 511 nm được quy cho quá trình dịch chuyển của ion Mn 2+ từ trạng thái 4T1 → 6A1 trong mạng ZnAl2O4. Giải phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa ở đỉnh phát xạ 686 nm do sự chuyển mức năng lượng của ion Ce3+ từ trạng thái 2T2g 4A2g trong mạng tinh thể ZnAl2O4. Phổ kích thích huỳnh quang với đỉnh phát xạ 686 nm cho thấy vật liệu hấp thụ mạnh nhất ở bước sóng kích thích 395 nm và 535 nm tương ứng với sự chuyển mức năng lượng của ion Cr 3+ từ trạng thái cơ bản 4A2g lên các trạng thái kích thích 4T1g và 4T2g. Vật liệu cho phát xạ tốt nhất là mẫu ZnAl2O4 pha tạp 0,5% ion Mn2+ và 0,5% ion Cr3+ nung thiêu kết 2 giờ, ở 1400 oC trong không khí. Từ khóa: Tính chất quang; kẽm aluminat; sol-gel; huỳnh quang; phát xạ đỏ Ngày nhận bài: 28/8/2019; Ngày hoàn thiện: 05/10/2019; Ngày đăng: 22/10/2019 EFFECTS OF ION Cr3+ CONCENTRATION ON THE OPTICAL PROPERTIES OF ZnAl2O4:Mn2+ PHOSPHOR POWDER VIA SOL-GEL METHOD Nguyen Thi Hanh1*, Vu Thi Kim Thoa1, Doan Thi Vui1, Nguyen Thi Thuong1, Nguyen Thi Bich Loan1, Ngo Thuy Dung1, Nguyen Phuong Thao1, Nguyen Thi Phuong Ly1, Duong Bich Phuong1, Nguyen Trung Kien2, Le Tien Ha2 1 Hanoi Pedagogical University 2, 2University of Scieces - TNUABTRACT Green and red emitting co-doped Mn2+ and Cr3+ ions ZnAl2O4 phosphor powders were successfully manufactured via sol-gel method combined with air annealing at different temperatures. The results of X-ray diffraction show that the ZnAl2O4 material has the best crystal quality when heated at 1400 oC. FE-SEM imaging results show that the powder with particle size increases as the sintering temperature increases, at a temperature of 1400 oC the particle size is distributed from several tens of nanometers to hundred nanometers. The results of the fluorescence spectra showed that the material emitted strongly in the reddish-red area and a weak emission in the green light. Weak emission with peak fluorescence at 511 nm is attributed to the transition of Mn 2 + ions from the state of 4T1 → 6A1 in ZnAl2O4 host. Strong emission in red and far red-light region at 686 nm emission peak due to the energy transfer of Ce3+ ions from 2T2g 4A2g in ZnAl2O4 crystal lattice. Fluorescence excitation spectra with a peak of 686 nm showed that the material is most strongly absorbed at the excitation wavelengths of 395 nm and 535 nm corresponding to the transfer of energy of Cr3+ ions from the 4A2g ground state to the excited states of 4T1g and 4T2g. The best emitting phosphor is the 0.5% Mn2+ and 0.5% Cr3+ ions doped ZnAl2O4 sample sintered for 2 hours, at 1400 oC in air conditions. Keywords: Luminescence propertier; zinc aluminate; phosphor; Red emission. Received: 28/8/2019; Revised: 05/10/2019; Published: 22/10/2019* Corresponding author. Email: nguyenthihanh85@hpu2.edu.vnhttp://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 77 Nguyễn Thị Hạnh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 208(15): 77 - 821. Mở đầu kiện nhiệt độ khác nhau để xác định đượcVật liệu Spinel ZnAl2O4 là loại vật liệu điện điều kiện ...