Đề tài : phương pháp phân tích phổ được sử dụng trong quá trình nghiên cứu vật liệu phát quang

Phổ học(Spectroscopy) là phương pháp đo và phân tích bức xạ điện từ đựơc hấp thụ hay phát xạ khi các điện tử, phân tử, nguyên tử hay các ion trong mẫu đo dịch chuyển từ một mức năng lượng cho phép đến một mức năng lượng khác. Việc xác định thành phần hoá học, cấu trúc, tính chất hoá lý trên bề mặt cũng như trong khối của vật liệu có ý nghĩa quan trọng trong Công nghệ Vi điện tử, Quang điện tử, và Công nghệ Vật liệu mới....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đề tài : phương pháp phân tích phổ được sử dụng trong quá trình nghiên cứu vật liệu phát quangTS. Nguyễn Ngọc Trung LỜI NÓI ĐẦU Phổ học(Spectroscopy) là phương pháp đo và phân tích bức xạ điện từ đựơchấp thụ hay phát xạ khi các điện tử, phân tử, nguyên tử hay các ion trong mẫu đodịch chuyển từ một mức năng lượng cho phép đến một mức năng lượng khác. Việc xác định thành phần hoá học, cấu trúc, tính chất hoá lý trên bề mặt cũngnhư trong khối của vật liệu có ý nghĩa quan trọng trong Công nghệ Vi điện tử,Quang điện tử, và Công nghệ Vật liệu mới. Hiện nay ngày càng có nhiều phươngpháp cũng như các thiết bị mới ứng dụng lý thuyết của phổ học được sử dụngkhông chỉ trong phòng thí nghiệm mà cả trong công nghiệp nhằm kiểm tra, đánhgiá chất lượng của sản phẩm, xác định những tính chất đặc biệt trong công nghệchế tạo vật liệu mới và các thiết bị được sử dụng trong các lĩnh vực của cuộc sống. Trong tiểu luận này, tác giả đề cập đến phương pháp phân tích phổ được sửdụng trong quá trình nghiên cứu vật liệu phát quang .Một trong các phương pháplà phổ huỳnh quang, bao gồm có phổ huỳnh quang (Photoluminescence) và ph ổkích thích huỳnh quang (Photoluminescence Excitation). Một số kết quả thựcnghiệm cũng được đưa ra và bước đầu đánh giá được về vật liệu phát quang. 1TS. Nguyễn Ngọc Trung MỤC LỤC I. Tổng quan lý thuyết 1. Tương tác giữa ánh sáng và vật chất 2. Sự nở rộng vạch phổ 3. Phổ PL và PLE 4. Sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang vào nồng độ 5. Sự dập tắt huỳnh quang II. Thực nghiệm 1. Hệ đo 2. Quy trình đo PL và PLE III. Kết quả và Thảo luận IV. Kết Luận V. Tài liệu Tham khảo 2TS. Nguyễn Ngọc Trung I.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT1.Tương tác giữa ánh sáng và vật chất Khi chiếu ánh sáng vào vật chất thì tuỳ theo ánh sáng chiếu vào mà ánh sáng va chạm hoặc bị hấp thụ bởi vật chất. Khi va chạm, nếu va chạm là đàn hồi ta có tán xạ Rayleigh, còn khi va chạm là không đàn hồi ta co tán xạ Raman. Tán xạ Raman thường có 2 vạch : vạch Stokes ứng với các photon tán xạ không đàn hồi bị mất năng lượng, vạch Anti-Stokes ứng với cácvạch tán xạ không đàn hồi thu năng lượng. Hình 1 Khi nguyên tử hay phân tử hấp thụ photon thì chuyển trạng thái từ trạng thái cơbản lên trạng thái kích thích. Các trạng thái kích thích cao hoặc thấp là tuỳ thuộcvào bước sóng ánh sáng chiếu vào. Phân tử ở trạng thái kích thích trong mộtkhoảng thời gian ngắn thì bị phân rã. Phân rã này có thể là phát xạ hoặc là khôngphát xạ. Nếu trạng thái kích thích chỉ phân rã bởi sự phát xạ các photon, thì tốc độhồi phục là tổng xác suất của các dịch chuyển tới tất cả các trạng thái cuối cùng icó thể. Tổng tốc độ hồi phục là nghịch đảo của thời gian sống  ở trạng thái kích 1   A fithích :  f Hình 2 mô tả quá trình hấp thụ và quá trình phân rã của phân tử. Khi hấp thụ photon, phân tử chuyển từ mức G  S3 trong thời gian ngắn (10-15s). Sau đó phân tử chuyển trạng thái từ S3  S1 trong thời gian 10-11 s, từ S1  G trong thời gian dài 3 TS. Nguyễn Ngọc Trung nhất 10-9 s. Các chuyển mức S3  S2 là bị cấm. Các dịch chuyển này đặc trưng cho mỗi loại nguyên tử và phân tử. Mỗi nguyên2 tử phân tử có 1 sơ đồ năng lượng đặc trưng. Dưới đây là sơ đồ năng lượng của các ion kim loại chuyển tiếp : Hình 3 Ion kim loại chuyển tiếp ở lớp 3d có 3 e (Cr3+,Mn4+) hoặc 5 e (Mn2+,Fe3+) chiếm những trạng thái ngoài cùng. Tuỳ theo ở trong môi trường ma tương ứng với những tính chất phổ khác nhau. Khi ở trong tinh thể các ion được bao quanh bởi các anion,nên bền vững. Trong trường hợp cấu trúc bát diện với cấu hình 3d1 4TS. Nguyễn Ngọc Trungthì các orbital 3d suy biến bội năm sẽ phân thành suy biến bội ba và suy biến bộihai. Hai kiểu này gọi là orbital t2 và orbital e. Năng lượng giữa t2 và e khác nhau là10Dq. Khi có nhiều điện tử, các điện tử tương tác với nhau. Nếu điện trường tinhthể mạnh thì có thể bỏ qua điện trường tĩnh, trạng thái năng lượng khi đó với cấuhình dN electron phụ thuộc ...