Vật liệu phát quang nói chung , vật liệu thủy tinh và gốm thủy tinh phát quang nói riêng đã và đang được chế tạo và đi sâu nghiên cứu nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tiễn. Do có nhiều đặc trưng quang phổ đáp ứng tốt cho ứng dụng thuộc nhiều lĩnh vực như : chiếu sáng , hiển thị , đo liều bức xạ …
Phương pháp chế tạo vật liệu thủy tinh phát quang
Vật liệu thủy tinh phát quang phốt phát với thành phần chính là điphotpho pentaoxit P2O5 , được chế tạo bằng phương pháp nóng chảy là loại thủy tinh có độ trong suốt cao , sự ổn định nhiệt tốt , nhiệt độ nóng chảy thấp , đặc biệt có khả năng pha tạp các ion RE khá tốt .
Nhóm nghiên cứu bao gồm: Lê Văn Tuất, Đỗ Thị Thúy Hằng, Đỗ Thanh Tiến, Trường đại học khoa học Huế .Với công nghệ chế tạo khá đơn giản , không đòi hỏi trang thiết bị cũng như dụng cụ chế tạo quá phức tạp , phương pháp nóng chảy thường hay được sử dụng để chế tạo vật liệu thủy tinh phát quang nền thủy tinh phốt phát pha tạp các ion đất hiếm .
Khi pha tạp các ion đất hiếm , thủy tinh phốt phát trở thành vật liệu phát quang có hiệu suất phát quang khá cao bên
cạnh một số ưu điểm khác mà các vật liệu phát quang dạng bột, dạng lỏng không có được.
Tuy nhiên, các khảo sát ban đầu cho thấy hiệu ứng nhiệt phát quang (TL) của vật liệu thủy tinh phốt phát pha tạp các ion đất hiếm khá yếu bên cạnh nhược điểm khác là dễ hút ẩm .
Các nguyên tố đất hiếm có cấu hình điện tử đặc trưng là lớp điện tử chưa được lấp đầy , được che chắn bởi các lớp điện tử bên ngoài là 5s và 5p .
Chính vì vậy mà các điện tử lớp 4f ít bị ảnh hưởng của trường tinh thể khiến phổ quang học của các ion RE thường là tập hợp các vạch hẹp và có tính chất phổ đặc trưng cho từng nguyên tố . Trong đó , hai nguyên tố đất hiếm Eu và Dy thường được sử dụng để pha tạp vào các mạng nền khác nhau với mục đích tạo ra ánh sáng trắng .
Đối với ion đất hiếm ở trạng thái tự do , các dịch chuyển hấp thụ bị cấm rất mạnh theo quy tắc chọn lọc chẵn lẻ. Tuy nhiên , khi có tác động của trường tinh thể thì quy tắc chọn lọc được nới lỏng , làm xuất hiện các dịch chuyển hấp thụ .
Phương pháp thực nghiệm
Nghiên cứu phổ hấp thụ và tiếp theo là phổ kích thích sẽ cho phép đoán nhận các dịch chuyển quang học từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích của các ion đất hiếm pha tạp trong một mạng nền khi chúng nhận năng lượng từ bên ngoài – năng lượng photon ánh sáng .
Theo nhóm nghiên cứu , việc tìm hiểu và nghiên cứu phổ hấp thụ của hai nguyên tố này đóng vai trò khá quan trọng trong việc giải thích cơ chế hấp thụ và bức xạ của từng ion đất hiếm trong thủy tinh phốt phát PCZ .
Nhờ quy tắc chọn lọc được nới lỏng khi ở trong mạng nền PCZ các dịch chuyển hấp thụ cũng như kích thích quang của các ion Eu3+ , Dy3+ đã xảy ra trong nội bộ cấu hình điện tử tương ứng 4f6 và 4f9 của chúng .
Các ion này giữ vai trò vừa là tâm hấp thụ vừa là tâm phát quang . Trong quá trình quang phát quang , bức xạ đặc trưng của ion Eu3+ (có bước sóng 612 nm) và ion Dy3+ (có bước sóng 573 nm) trong vật liệu nền PCZ được kích thích hiệu quả nhất khi sử dụng ánh sáng có bước sóng tương ứng là 393 nm và 349 nm .
Đánh giá kết luận
Kết quả nghiên cứu, bằng phương pháp nóng chảy, các nhà khoa học đã chế tạo thành công vật liệu thủy tinh phát quang PCZ: RE (RE: Eu, Dy) . Đây là một hướng nghiên cứu mới cho việc khảo sát các đặc trưng quang phổ của vật liệu gốm thủy tinh phốt phát pha tạp ứng dụng cho việc đo liều bức xạ nhiệt phát quang.