TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Tập 74A, Số 5, (2012), 121-127

121
ĐẶC TRƯNG PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaMgAl
10
O
17
: Eu
2+

CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỔ
Nguyễn Mạnh Sơn, Hồ Văn Tuyến, Phạm Nguyễn Thùy Trang, Võ Thị Hồng Anh
Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế

Tóm tắt. Vật liệu phát quang màu xanh BaMgAl
10
O
17
: Eu
2+
(3 %mol) được chế tạo bằng
phương pháp nổ dung dịch urê-nitrat, sử dụng chất khử urê, nung ở nhiệt độ thấp. Các kết
quả XRD, SEM cho thấy mẫu có cấu trúc lục giác và kích thước hạt cỡ nanomet. Phổ bức
xạ của BaMgAl
10
O
17
: Eu

6
5d –4f
7
của ion Eu
2+
[3, 4]. Ion Eu
2+
pha tạp vào trong mạng nền có thể
chiếm ở ba vị trí khác nhau: BR, aBR và mO [5, 6]. Nhiều phương pháp khác nhau
được sử dụng để tổng hợp hệ vật liệu này như: phương pháp phản ứng pha rắn, phương
pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp nổ, Trong đó, phương pháp nổ
có ưu điểm về khả năng hạ thấp nhiệt độ nung cũng như quy trình đơn giản và thời gian
thực hiện ngắn [7]. Báo cáo này trình bày phương pháp nổ chế tạo vật liệu BAM: Eu
2+

và nghiên cứu các đặc trưng phát quang của vật liệu một cách hệ thống.
2. Thực nghiệm
Vật liệu BAM: Eu
2+
được chế tạo bằng phương pháp nổ dung dịch urê-nitrat,
xuất phát từ các muối nitrat ban đầu: Ba(NO
3
)
2
,

Mg(NO
3
)
2

122 Đặc trưng phát quang của vật liệu BaMgAl
10
O
17
: Eu
2+
…
dụng là 60 lần số mol sản phẩm. Qui trình công nghệ đã được trình bày [8]. Mẫu sau khi
chế tạo được nghiền mịn và thực hiện một số phép phân tích cấu trúc: XRD, SEM, đồng
thời thực hiện các phép phân tích quang phổ: phổ quang phát quang, phổ kích thích phát
quang, đường cong suy giảm huỳnh quang và đường cong nhiệt phát quang nhằm khảo
sát đặc trưng phát quang của vật liệu.
3. Kết quả và thảo luận
Cấu trúc vật liệu BAM: Eu
2+
được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X,
kết quả được trình bày trên hình 1. Giản đồ XRD của mẫu xuất hiện các vạch đặc trưng
của pha BaMgAl
10
O
17
với cấu trúc lục giác, bên cạnh đó không quan sát thấy sự tồn tại
các pha lạ trên giản đồ. Như vậy, điều kiện công nghệ như đã trình bày phù hợp để chế
tạo thành công vật liệu BAM: Eu
2+
đơn pha.

Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của BAM: Eu
2+
(3 %mol)

Hình 2 là ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu BAM: Eu
2+
. Từ ảnh SEM cho thấy,
vật liệu kết tinh tốt, bề mặt sạch, dạng đĩa hoặc dạng thanh, có kích thước cỡ 70 nm.
Phổ phát quang của vật liệu kích thích bằng bức xạ có bước sóng 365 nm được
trình bày trên hình 3. Phổ phát quang có dạng một dải rộng, cực đại đỉnh tại bước sóng
453 nm đặc trưng cho chuyển dời từ trạng thái kích thích 4f
6
5d về trạng thái cơ bản 4f
7

của ion Eu
2+
trong mạng nền.
Không quan sát thấy các vạch bức xạ đặc trưng của Eu
3+
, điều này chứng tỏ rằng
tạp Europium vào trong mạng nền sẽ tồn tại ở dạng Eu
2+
và đóng vai trò là tâm phát
quang. Các nghiên cứu trước đây cho thấy [5, 6], ion Eu
2+
khi pha tạp vào mạng nền sẽ
có khả năng chiếm ở ba vị trí khác nhau: BR, aBR và mO. Vì vậy phổ phát quang của
mẫu đã được tiến hành làm khít với tổ hợp ba đỉnh Gauxơ. Kết quả làm khít được chỉ ra
trên hình 3. Phổ phát quang sau khi làm khít gồm có ba đỉnh với cực đại tại các bước
sóng 452, 480 và 503 nm (lần lượt được gọi là đỉnh I
1
, I
2

sóng 273 nm, 333 nm và 368 nm.
124 Đặc trưng phát quang của vật liệu BaMgAl
10
O
17
: Eu
2+
…
250 300 350 400
0.0
5.0x10
7
1.0x10
8
1.5x10
8
2.0x10
8
2.5x10
8
273 nm
368 nm
333 nm
303 nm
BAM: Eu
2+I
PL

2+

1
=
1200 ns. Trong phổ phát quang của vật liệu, bức xạ 453nm đóng vai trò chủ yếu trong
quá trình bức xạ, thời gian sống của bức xạ này đặc trưng cho bức xạ của mẫu và phù
hợp với các vật liệu hiển thị.
0 2000 4000
0
1x10
4
2x10
4
3x10
4
4x10
4

Cêng ®é (§vt®)
Thêi gian (ms)
§êng thùc nghiÖm
§êng lµm khÝt

Hình 5. Đường cong suy giảm bức xạ huỳnh quang của BAM: Eu
2+

NGUYỄN MẠNH SƠN và cs. 125
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0.0
2.0x10

6
5x10
6
6x10
6
§êng cong thùc nghiÖm
§êng cong ph©n tÝch ®Ønh
§êng cong lµm khÝt
I
TL
(§vt®)
NhiÖt ®é (
o
C )

Hình 7. Đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu BAM: Eu
2+
sau khi phân tích bằng
các đỉnh đơn
Hình 6 là đường cong nhiệt phát quang tích phân của mẫu BaMgAl
10
O
17
: Eu
2+

thực hiện với hai chế độ đo khác nhau: mẫu không chiếu xạ và có chiếu xạ bằng tia beta

o
C để xác định
các đỉnh chồng phủ từ đó xác định năng lượng bẫy. Kết quả phân tích chỉ ra trên hình 7,
đỉnh tại nhiệt độ 150
o
C bao gồm ba đỉnh tại các nhiệt độ 100
o
C, 153
o
C và 200
o
C với
năng lượng kích hoạt xác định lần lượt là 0.64 eV, 0.82 eV và 1.13 eV. Đường làm khít
hoàn toàn trùng với giá trị thực nghiệm thu được. Trong ba đỉnh phân tích, đỉnh tại nhiệt
độ 153
o
C có cường độ lớn hơn hai đỉnh còn lại, đóng vai trò chủ yếu trong bức xạ nhiệt
phát quang của vật liệu. Ngoài ra, tồn tại một đỉnh tại nhiệt độ cao 334
o
C có cường độ
thấp và giá trị năng lượng kích hoạt vào khoảng 1.6 eV.
4. Kết luận
Vật liệu BAM: Eu
2+
chế tạo bằng phương pháp nổ ở nhiệt độ thấp, có cấu trúc
lục giác, hạt có dạng đĩa hoặc thanh với kích thước khoảng 70 nm. Phổ phát quang có
cực đại bức xạ tại 453 nm và phân tích hàm Gauxơ cho thấy phổ là tổ hợp của ba đỉnh
dạng Gauxơ trong đó đỉnh Gauxơ với cực đại ở 452 nm có cường độ mạnh nhất. Thời
gian sống huỳnh quang của bức xạ vào khoảng 1200 ns. Mẫu cho bức xạ có cường độ
tối ưu khi kích thích bằng bức xạ có bước sóng 303 nm. Việc phân tích đường cong

Materials Sciences, Vol. 41, (2006), 5793–5796.
[5]. P. Boolchand, K. C. Mishra, M. Raukas, A. Ellens, P. C. Schmidt, Occupancy and site
distribution of europium in barium magnesium aluminate by
151
Eu Mossbauer
spectroscopy, Phys. Rev. B, Vol. 66, (2002), 134429-1~134429-9.
NGUYỄN MẠNH SƠN và cs. 127
[6]. M. Stephan, P. C. Schmidt, K. C. Mishra, M. Raukas, A. Ellens and P. Boolchand,
Investigations of nuclear quadrupole interaction in BaMgAl
10
O
17
:Eu
2+
, Zeitschrift f
u


r
Physikalische Chemie, (2001), 1397-1411.
[7]. S. Ekambaram, K. C. Patil, M. Masz., Synthesis of lamp phosphors: facile combustion
approach, Journal of Alloys and Compounds, (2005), 81- 92.
[8]. Nguyen Manh Son, Ho Van Tuyen, Pham Nguyen Thuy Trang, Synthesis of
BaMgAl
10
O
17
: Eu
2+
by combustion method and its luminescent properties, Journal

2+
ion. The
fluorescent lifetime of Eu
2+
ion in phosphor was about 1200 ns and the suitable excitation
wavelength located at 303 nm. Activation energy of the trap has been determined from
glow curve of phosphor when irradiated by β-ray.