Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý: Chế tạo, khảo sát tính chất quang và cấu trúc của vật liệu chứa đất hiếm Dy3+ và Sm3+

Mục tiêu của đề tài là chế tạo thủy tinh telluroborate (BT) pha tạp ion Dy3+ hoặc Eu3+; sử dụng ion Dy3+ và Eu3+ như đầu dò quang học để nghiên cứu các đặc điểm của môi trường cục bộ xung quanh ion RE3+ thông qua lý thuyêt JO và phổ phonon sideband (PSB), nghiên cứu các tính chất quang học của ion Dy3+ pha tạp trong thủy tinh BT; nghiên cứu quá trình truyền năng lượng và di trú năng lượng giữa các ion RE3+.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý: Chế tạo, khảo sát tính chất quang và cấu trúc của vật liệu chứa đất hiếm Dy3+ và Sm3+ 1 MỞ ĐẦU Huỳnh quang từ các ion đất hiếm (RE3+) là một trong các hướng nghiên cứuphát triển mạnh và liên tục do các ứng dụng thực tế của chúng trong các lĩnh vựcnhư: huỳnh quang chiếu sáng, khuếch đại quang, laser… Trong số các ion đất hiếmthì Dy3+ được nghiên cứu khá nhiều cho các ứng dụng: chiếu sáng, thông tin quanghọc dưới biển, laser rắn, khuếch đại quang. Đặc biệt, phổ huỳnh quang của Dy 3+ xuấthiện hai dải phát xạ mạnh và khá đơn sắc có màu vàng (yellow: Y) và xanh dương(blue: B), đường nối hai dải này trong giản đồ tọa độ màu CIE đi qua vùng sángtrắng. Bằng việc điều chỉnh tỉ số cường độ huỳnh quang Y/B thông qua điều chỉnhthành phần nền chúng ta có thể tạo ra vật liệu phát ánh sáng trắng. Thủy tinh borat là vật liệu đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng trong khoảngthời gian dài. Nhược điểm của thủy tinh borat tinh khiết là độ bền hóa rất thấp, nănglượng phonon cao (cỡ 1500 cm-1) điều này làm tăng quá trình phục hồi đa phonon,dẫn đến làm giảm hiệu suất phát quang của vật liệu. Oxit TeO 2 có năng lượng phononcỡ 750 cm-1 và có độ bền cơ-hóa cao. Việc thêm TeO2 vào thủy tinh borat sẽ tạothành thủy tinh hỗn hợp có độ bền hóa cao, đồng thời giảm năng lượng phonon, dođó hiệu suất phát quang tăng lên. Do các ưu điểm của thủy tinh hỗn hợp B2O3-TeO2 cũng vai trò quan trọng củacủa ion Dy3+ trong lĩnh vực quang học nên đã có nhiều nghiên cứu về tính chất quangcủa ion Dy3+ trong các nền với hai thành phần chính là B2O3 và TeO2. Mặc dù vậy,vẫn còn nhiều vấn đề cần được làm rõ như: độ chính xác của việc áp dụng lý thuyếtJO với ion Dy3+ và ảnh hưởng của oxit B2O3 lên cấu trúc của thủy tinh hỗn hợp B2O3-TeO2. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, một số tác giả đã thực hiện các nghiêncứu tính chất quang của RE3+ theo lý thuyết JO. Đặc biệt, trong luận án tiến sĩ củamình, tác giả Phan Văn Độ đã sử dụng lý thuyết JO để tính các thông số phát xạ Dy 3+trong thủy tinh B2O3-TeO2-Al2O3-Na2O-Li2O, là vật liệu khá giống với vật liệu đượcsử dụng trong luận án này. Tuy nhiên đây mới chỉ là các nghiên cứu cơ bản. Sựtruyền năng lượng từ Gd3+ sang Sm3+ trong tinh thể K2GdF5 cũng được giới thiệunhưng tác giả không đi sâu vào nghiên cứu quá trình truyền năng lượng kép trong vậtliệu nền chứa gadolinium. Tiếp nối những kết quả đạt được của nhóm nghiên cứu,trong luận án này, ngoài các nghiên cứu cơ bản về tính chất quang của ion Dy 3+ trongthủy tinh borotellurite, chúng tôi còn tiến hành một số nghiên cứu mới, bao gồm: + Sử dụng đầu dò Dy3+ và Eu3+ để nghiên cứu sự thay đổi độ bất đối xứng củatrường ligand và độ cứng của môi trường xung quanh ion RE3+ theo sự thay đổi của tỉsố nồng độ B2O3/TeO2. Sử dụng phổ phonon sideband và phổ Raman để giải thíchảnh hưởng của nồng độ B2O3 lên các tính chất của môi trường xung quanh RE3+. + Đánh giá độ chính xác của việc vận dụng lý thuyết Judd-Ofelt thông qua môhình 3 mức năng lượng. + Nghiên cứu ảnh hưởng của dải siêu nhạy đến kết quả phân tích JO. + Thực hiện các nghiên cứu sâu về truyền năng lượng kép trong tinh thể 2K2GdF5:RE3+. Tìm tốc độ của các bước truyền năng lượng và so sánh được tốc độ bắtgiữ năng lượng từ Gd3+ của các ion Sm3+, Tb3+ và Dy3+. Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi thì trước khi thực hiện đề tài, chưa có côngbố nào trong nước và quốc tế về lĩnh vực nói trên. Một số kết quả nghiên cứu mới củachúng tôi đã được công bố trên các tạp chí quốc tế và trong kỷ yếu hội nghị. Từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài là “Chế tạo, khảo sát tính chấtquang & cấu trúc của vật liệu chứa đất hiếm Dy3+ và Sm3+” Mục tiêu nghiên cứu: (i) Chế tạo thủy tinh telluroborate (BT) pha tạp ion Dy3+hoặc Eu3+. (ii) Sử dụng ion Dy3+ và Eu3+ như đầu dò quang học để nghiên cứu các đặcđiểm của môi trường cục bộ xung quanh ion RE3+ thông qua lý thuyêt JO và phổphonon sideband (PSB).(iii) Nghiên cứu các tính chất quang học của ion Dy3+ phatạp trong thủy tinh BT. (iv) Nghiên cứu quá trình truyền năng lượng và di trú nănglượng giữa các ion RE3+. Nội dung nghiên cứu: (i) Chế tạo và nghiên cứu cấu trúc của vật liệu thủy tinhBTpha tạp Dy3+ hoặc Eu3+. (ii) Thực hiện các phép đo phổ quang học của tất cả cácmẫu. (iii) Sử dụng lý thuyết JO để nghiên cứu các đặc điểm của trường tinh thể xungquanh ion RE3+ và các tính chất quang học của ion Dy3+ trong thủy tinh BT. (iv)Nghiên cứu khả năng phát ánh sáng trắng của ion Dy3+ trong thủy tinh BT. (v) nghiêncứu ảnh hưởng của chuyển dời siêu nhạy lên kết quả tính JO. Sử dụng mô hình 3 mứcđể kiểm tra độ chính xác của các tính toán JO. (vi) Nghiên cứu quá trình truyền nănglượng giữa các ion Dy3+ thông qua phục hồi ngang. (vii) Nghiên cứu truyền nănglượng kép trong tinh thể K2GdF5. Ý nghĩa khoa học: Các nghiên cứu chuyên sâu về đặc điểm quang học của Dy3+theo lý thuyết JO là các nghiên cứu mới, kết thu được sẽ bổ sung vào sự hiểu biết vềcác đặc điểm quang phổ của Sm3+ và Dy3+ trong các nền khác nhau. Đồng thời đây cóthể là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nghiên cứu khác trong cùng lĩnh vực. Ý nghĩa thực tiễn: Các thông số quang học được tính toán theo lý thuyết JO vàgiản đồ tọa độ màu CIE của thủy tinh borotellurite chính là cơ sở để định hướng ứngdụng cho vật liệu được nghiên cứu trong luận án. Bố cục luận án: Luận án gồm 121 trang được trình bày trong 4 chương. Các kếtquả chính của luận án đã được công bố trong 4 công trình khoa học trên các tạp chívà hội nghị trong nước, quốc tế. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Thủy tinh pha tạp đất hiếm 1.1.1. Sơ lược về thủy tinh Thủy tinh là sản phẩm vô cơ nóng chảy được làm nguội đột ngột để có cấu trúctuy rất rắn chắc nhưng lại là chất vô định hình. Trong thủ ...