Tính chất quang của ion kim loại chuyển tiếp trong thủy tinh oxit ứng dụng trong chiếu sáng

Bài viết báo cáo các kết quả khảo sát tính chất quang của ion Mn2+ trong thủy tinh TeO2 - B2O3 - ZnO – Na2O từ đó định hướng ứng dụng của vật liệu này. Từ kết quả cho thấy vật liệu thủy tinh B2O3 - TeO2 - ZnO – Na2O pha tạp Mn2+ có tiềm năng ứng dụng cao trong sản xuất LED màu, các thiết bị quang tử và ứng dụng hiển thị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính chất quang của ion kim loại chuyển tiếp trong thủy tinh oxit ứng dụng trong chiếu sáng TẠP CHÍ KHOA HỌC HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH JOURNAL OF SCIENCE Tập 21, Số 4 (2024): 617-628 Vol. 21, No. 4 (2024): 617-628 ISSN: Website: https://journal.hcmue.edu.vn https://doi.org/10.54607/hcmue.js.21.4.4112(2024) 2734-9918 Bài báo nghiên cứu 1 TÍNH CHẤT QUANG CỦA ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP TRONG THỦY TINH OXIT ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG Trần Thị Hồng Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, Việt Nam Tác giả liên hệ: Trần Thị Hồng – Email: tthong@ued.udn.vn Ngày nhận bài: 21-01-2024; ngày nhận bài sửa: 02-3-2024; ngày duyệt đăng: 05-3-2024TÓM TẮT Vật liệu thủy tinh oxit với các thành phần B2O3 - TeO2 - ZnO - Na2O pha tạp ion Mn2+ có nồngđộ thay đổi từ 0% đến 5% được chế tạo bằng phương pháp nóng chảy. Phép đo nhiễu xạ tia X đãkhẳng định cấu trúc vô định hình của vật liệu sau khi chế tạo. Các tính chất quang của vật liệu đượckhảo sát thông qua phổ phát quang và phổ kích thích phát quang. Phổ phát quang của các mẫu chothấy dải phát quang có cường độ mạnh ứng với chuyển dời 4T1(G) – 6A1(G) (610 nm) trong vùng màuđỏ. Dựa vào kết quả đo phổ phát quang, chúng tôi xác định được tọa độ màu của tất cả các mẫu khiđược kích thích bởi bước sóng 410 nm. Từ kết quả cho thấy vật liệu thủy tinh B2O3 - TeO2 - ZnO –Na2O pha tạp Mn2+ có tiềm năng ứng dụng cao trong sản xuất LED màu, các thiết bị quang tử vàứng dụng hiển thị. Từ khóa: pha tạp ion Mn2+; chiếu sáng; tính chất quang; thủy tinh oxit1. Giới thiệu Những năm gần đây thì việc tìm kiếm vật liệu mới để sử dụng trong lĩnh vực quang tửđã và đang thu hút nhiều nhà khoa học trong nước và quốc tế quan tâm nghiên cứu. Trongđó, một đối tượng quan trọng phải kể đến là vật liệu quang học trên nền thủy tinh pha tạpkim loại chuyển tiếp và đất hiếm, vì chúng đã có rất nhiều đóng góp to lớn trong sự pháttriển của lĩnh vực thông tin quang học, thiết bị khuếch đại, cảm biến quang, thiết bị hiển thịvà chiếu sáng (Ami Hazlin et al., 2018; An et al., 2021; Bashar et al., 2019; Deopa et al.,2018; Doddoji et al., 2023; Elkhoshkhany et al., 2017; Mukamil et al., 2022; Sumalatha etal., 2020; Van Tuyen et al., 2023). Trong số các loại thủy tinh vô cơ thì thủy tinh oxit đượcquan tâm nhiều nhất. Thủy tinh borat được nghiên cứu nhiều nhất trong số các thủy tinh oxitdo các tính chất đặc biệt như: độ trong suốt cao, điểm nóng chảy thấp, ổn định nhiệt cao vàkhả năng phân tán ion đất hiếm cao (An et al., 2021; Bashar et al., 2019; Doddoji et al., 2023;Mukamil et al., 2022; Van Tuyen et al., 2023). Tuy nhiên, thủy tinh borat lại có năng lượngphonon lớn (khoảng 1300-1500 cm-1), dẫn đến quá trình phục hồi đa phonon xảy ra mạnh.Cite this article as: Tran Thi Hong (2024). Optical properties of transition metal ions in oxide glass applied inlighting. Ho Chi Minh City University of Education Journal of Science, 21(4), 617-628. 617Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Trần Thị HồngMặt khác, thủy tinh này có chiết suất và tính chất thay đổi theo thời gian do tính chất ngậmnước cao. Vì vậy, chúng sẽ bị già hóa khá nhanh trong môi trường. Để khắc phục các nhượcđiểm trên, một số oxit kim loại nặng như TeO2, PbO2, Bi2O3… thường đưa thêm vào mạngnền tạo ra các loại thủy tinh phức hợp có độ bền cơ học tốt, sức bền hóa học cao, chiết suấtvà hiệu suất phát quang cao. Đặc biệt, oxit kim loại nặng TeO2 có năng lượng phonon cỡ750 cm-1 nên việc đưa thêm thành phần này vào thủy tinh borat sẽ làm giảm đáng kể nănglượng phonon của thủy tinh, giảm thiểu quá trình phục hồi đa phonon giữa các mức nănglượng vốn rất gần nhau của các ion đất hiếm và kim loại chuyển tiếp, do đó làm tăng hiệusuất phát quang của vật liệu (An et al., 2021; Bashar et al., 2019; Doddoji et al., 2023;Elkhoshkhany et al., 2017; Mukamil et al., 2022; Van Tuyen et al., 2023). Khác với các ion đất hiếm thì ion kim loại chuyển tiếp Mn2+ có lớp 3d chưa được lấpđầy, định xứ ở quỹ đạo ngoài cùng và chịu ảnh hưởng bởi trường tinh thể. Vì vậy, bước sóngphát quang của ion Mn2+ phụ thuộc vào cường độ của trường tinh thể, hay nói cách khác làphụ thuộc vào mạng nền pha tạp (Adachi, 2022; Batista et al., 2021; Batygov et al., 2019;Brekhovskikh et al., 2018; Dong et al., 2019; Hu et al., 2017; Luo et al., 2018; Ni et al.,2021; Ravi Kumar et al., 2018; Wei et al., 2019; Zhang et al., 2019; Zhu et al., 2019). Với hi vọng kết hợp cá ...