đề tài khoa học đất hiếm

Huỳnh quang và phân tích Judd- Ofelt của Eu3+ trong thuỷ tinh hỗn hợp kiềm LixNa2-xB4O7:Eu3+
Vũ Xuân Quang, Ngô Quang Thành, Nguyễn Trọng Thành, Vũ Phi Tuyến, Phan Tiến Dũng, Bùi Thế Huy
Viện Khoa học Vật liệu
Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang

Nội dung
Chế tạo hệ mẫu thuỷ tinh hỗn hợp kiềm LixNa2-xB4O7:Eu3+ với x thay đổi từ 0 đến 2

Khảo sát phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của các hệ mẫu

Áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt, xác định các thông số cường độ Ω2, Ω4, Ω6 và ứng dụng lý thuyết đó tiên đoán thời gian sống của huỳnhquang của Eu3+ cũng như đánh giá về trường tinh thể, độ đồng hoá trị của Eu3+ và môi trường xung quanh
Cơ sở lý thuyết Judd-Ofelt
- Công thức thực nghiệm Smakula
Đặc trưng phổ hấp thụ
- Lực dao động tử
Đặc trưng của phổ huỳnh quang
- Hệ số Anhstanh
- Thời gian sống của mức kích thích
Vấn đề là tính
Điều đó không đơn giản, thí dụ chuyển dời J-J’ của 5I8 – 5H6 trong Ho3+ sẽ có bao nhiêu yếu tố ma trận ?
Vậy số yếu tố ma trận cần tính cho chuyển dời nói trên là 3 x (2 x 8 +1) x (2 x 6+1) =663
Lý thuyết Judd- Ofelt
Xác lập công thức tính lực dao động tử P của chuyển dời hấp thụ lưỡng cực điện
M khối lượng điện tử
C: vận tốc ánh sáng
σ: năng lượng chuyển dời
Χ Hiệu chỉnh Lorentz của chiết suất
D1q: toán tử mômen điện Σri(C1)i
Trạng thái cơ bản
Trạng thái kích thích
Theo quy tắc Laporte, Ped chỉ khác không nếu ion RE được đặt trong một trường tinh thể có thành phần đối xứng lẻ
Atp:thông số trường tinh thể
Với Ykq là hàm điều hoà cầu hạng k với q = -k…..0…..+k
Khi đó
Để thu được biểu thức Ped có thể áp dụng vào thực nghiệm, ta cần tiến hành một số bước sau:

Áp dụng gần đúng Judd, xem 2 mẫu số bằng nhau và ký hiệu chung là ΔE(Ψ”)

Áp dụng định lý Wigner-Eckart để giảm số yếu tố ma trận

Áp dụng tính chất đối xứng của các symbol 3j và 6j của đại số tenxơ
Từ đó ta thu được dạng thường dùng của lực dao động tử cho hấp thụ dipole điện :
Trong đó thông số cường độ Ω:
Trong đó U(λ)=Σui(λ) là toán tử đơn vị, được định nghĩa
Đại lượng này đặc trưng cho các chuyển dời của ion RE tự do. Nó hầu như không phụ thuộc vào nền và đã công bố trên các bản tính sẵn
Như vậy nều so sánh Ped trong công thức trên với Ped thực nghiệm từ công thức
Với d là độ dày mẫu; c - nồng độ; A- absorbance
Còn các yếu tố ma trận rút gọn được xác định bởi
Ý nghĩa của Ωλ
1/ Đoán nhận cấu trúc và liên kết xung quanh ion RE
Qui tắc lọc lựa:
Atp là bộ các số hạng lẻ của trường tinh thể
ΔE(n,l)là sự khác biệt năng lượng giữa 4fN và 4fN-1nl
Tích phân bán kính, tức sự thay đổi mật độ điện tử ảnh hưởng lớn đến Ω6
Rigidity của mạng (biên độ dao động mạng) ảnh hưởng lớn đến Ω6
Sự bất đối xứng trường tinh thể Atp sẽ đóng vai trò lớn đối với Ω2
ΔE(nl) đồng nghĩa nephelauxetic effect,liên kết đồng hóa trị có vai trò lớn đối với Ω2
2/ Đoán nhận các tính chất phát quang của RE

Đánh giá xác suất chuyển dời ngẫu nhiên
Đánh giá thời gian sống của các mức kích thích
Đoán nhận tỷ số phân nhánh
βR(ψJ ,ψ’J’)= A(ψJ ,ψ’J’)/ AT(ψJ )
Dùng xác suất chuyển dời dipole từ làm tiêu chuẩn nội để đánh giá hiệu suất huỳnh quang của vật liệu
Kết luận
Khi thay dần Na bằng Li thì:
Hiệu suất huỳnh quang của vạch 5D0-7F2 sẽ giảm dần
Thời gian sống của Na2B4O7:Eu3+ tại chuyển dời 5D0-7F2 vào cỡ 5,9 ms và sẽ tăng dần
Độ bất đối xứng của trường tinh thể xung quanh Eu3+ sẽ giảm dần
Độ đồng hoá trị Eu-O sẽ giảm dần
Hiệu ứng nephelauxetic của Eu3+ giảm dần
Biên độ dao động của Eu-O cũng tăng dần