Bộ giáo dục v Đo tạo Viện Khoa học
V công nghệ việt nam
Viện vật lý
^ z ]

Ngô quang thnh

Nghiên cứu hiện tợng phát quang cỡng bức nhiệt
của một số vật liệu rắn nhằm ứng dụng
trong đo liều bức xạ

Chuyên ngnh: Quang học
Mã số: 62 44 11 01 Tóm tắt Luận án tiến sĩ vật lý H nội - 2009

Công trình được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Quang phổ Ứng
dụng và Ngọc học, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và
Công nghệ Việt nam. Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TSKH. Vũ Xuân Quang
2. PGS.TSKH. Nguyễn Thế Khôi

2. Phan Tiến Dũng, Nguyễn Thị Thu Oanh, Ngô Quang Thành
, Tạ
Quang Thao, Vũ Xuân Quang (2006), Chế tạo, tính chất nhiệt huỳnh
quang của vật liệu Li
2
B
4
O
7
pha tạp kim loại, Advances in Optics
Photonics Spectroscopy and Application, tr. 144-147.
3. Ngô Quang Thành
, Nguyễn Trọng Thành, Vũ Xuân Quang, Nguyễn
Thế Khôi (2006), Các đặc trưng quang học và đo liều nhiệt phát
quang của vật liệu Li
2
B
4
O
7
:Cu, Advances in Optics Photonics
Spectroscopy and Application, tr. 394-399.
4. Ngo Quang Thanh
, Vu Xuan Quang, Nguyen The Khoi, Nguyen Dac
Dien (2008), Thermoluminescence properties of Li
2
B
4
O
7

4
:Dy dạng viên nén dùng trong đo liều
bức xạ. Tạp chí khoa học – Chuyên san khoa học tự nhiên, Đại học
Huế, số 35, tr. 61-68.

24
thông số Ω
2
và Ω
4
chúng tôi đã dự đoán tính chất của môi trường
xung quanh ion Eu
3+
và ước lượng thời gian sống của mức kích thích
5
D
0
cỡ 3,4 ms.
Từ các kết quả đã tính toán được về hiệu suất phát quang, hiệu suất
kích thích cũng như các thông số Ω
2
và Ω
4
đã tìm được, chúng tôi
thấy rằng ở vùng trong khoảng x = 12 đến x = 20 có sự bất thường về
tốc độ biến thiên của các đại lượng. Mặc dù sự bất thường này không
chỉ rõ những cực trị tại vùng có thành phần hai kim loại kiềm tương
đương x =16 nhưng dù sao nó cũng cho thấy thuỷ tinh borat hỗn hợp
kiềm Li
x

nghiên cứu các tính chất của kim loại đất hiếm trong nền thuỷ tinh.
1
MỞ ĐẦU
Sự phát quang cưỡng bức nhiệt (Thermally Stimulated
Luminescence – TSL) đã được nghiên cứu và có nhiều ứng dụng
trong thực tiễn như đo liều bức xạ (Radiation Dosimetry), định tuổi
(Dating),
Hiện tại và trong tương lai gần của Việt Nam, các yêu cầu về đo
đạc,
đánh giá liều lượng bức xạ ion hoá sẽ tăng rất nhanh. Trong đó
đo liều bằng phương pháp TSL của nhiều lĩnh vực như xạ trị, y học
hạt nhân, môi trường, an toàn hạt nhân là rất lớn. Thực tế ở trong
nước, đo liều bức xạ bằng TSL mới chỉ triển khai chủ yếu tại Viện
Năng lượng Nguyên tử Việt Nam. Tại Phòng thí nghiệm Quang phổ
Ứng dụng và Ngọc học - Viện khoa học Vật liệu, bên cạnh việc sử
dụng sản phẩm liều kế TLD-100 (LiF:Mg,Ti) của Mỹ trong đo liều
xạ trị, Phòng đã thực hiện nghiên cứu và chế tạo một số vật liệu cảm
biến TSL cho liều kế như CaSO
4
, Al
2
O
3
, LiF và Li
2
B
4
O
7
.

liều bức xạ” là: lựa chọn phương pháp, qui trình công nghệ và tiến
hành chế tạo LBO:Cu với mục đích làm vật liệu cảm biến trong đo
liều bức xạ bằng phương pháp TSL. Xây dựng và phát triển các thiết
bị
đọc liều TSL cùng các hệ đo có liên quan. Mở rộng các khảo sát,
nghiên cứu khác như hiệu ứng nhiệt phát quang chuyển tải quang
(Phototransfered Thermoluminescence - PTTL), hấp thụ, kích thích
huỳnh quang , đánh giá sự ảnh hưởng của tạp và chất nền, tìm hiểu
cơ chế TSL của vật liệu dựa trên Li
2
B
4
O
7
.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Thể hiện ở các kết quả
đã đạt được luận án như sau: (1) Làm chủ và chế tạo thành công vật
liệu và sản phẩm LBO:Cu cả ở dạng bột và dạng viên nén. (2) Góp
phần trực tiếp xây dựng các thiết bị và hệ đo phục vụ cho đo liều
TSL và các nghiên cứu, tìm hiểu cơ chế TSL bằng những phương
pháp, k
ỹ thuật khác nhau. (3) Phát hiện mới về PTTL của vật liệu
LBO:Cu. (4) Lần đầu tiên khảo sát hiệu ứng hỗn hợp kiềm (MAE)
của vật liệu thủy tinh borat hỗn hợp kiềm bằng kỹ thuật TSL. (5) Áp
dụng lý thuyết Judd-Ofelt để nghiên cứu cấu trúc của thủy tinh borat
hỗn hợp kiềm thông qua quang phổ của Eu
3+
.
Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài
liệu tham khảo, nội dung chính của luận án được trình bày trong bốn

C xung quanh giá trị x = 15 khi x thay đổi từ 0 đến 30.
Tương tự, MAE cũng thể hiện bằng cực tiểu của cường độ đỉnh
huỳnh quang 470 nm xung quanh giá trị x = 15.
Với các kết quả về MAE đã nói ở trên, chúng tôi thấy có thể áp
dụng giả thiết về sự tương tác giữa các ion kim loại kiềm để giải
thích cơ chế động học của quá trình TSL trong loại thuỷ tinh hỗn hợp
này. Đồng th
ời nó cũng khẳng định kỹ thuật TSL và PL là những
công cụ hữu ích để khảo sát hiệu ứng MAE của thuỷ tinh.
4. Chúng tôi khảo sát và phân tích đặc điểm của phổ hấp thụ, huỳnh
quang và kích thích của Eu
3+
trên hệ mẫu thuỷ tinh xLi
2
O–(32-
x)Na
2
O–67,5B
2
O
3
–0,5Eu
2
O
3
với 0 ≤ x ≤ 32. Qua đó đánh giá hiệu
suất huỳnh quang của các dải huỳnh quang ứng với chuyển dời lưỡng
cực điện
5
D

2
bằng tỷ số I
exp
(
7
F
0
-
5
D
2
)/I
exp
(
7
F
0
-
5
D
1
).
5. Sử dụng Eu
3+
như là một đầu dò, chúng tôi thử nghiệm dùng lý
thuyết Judd-Ofelt để nghiên cứu cấu trúc của thủy tinh borat hỗn hợp
ôxit kim loại kiềm thông qua quang phổ của Eu
3+
và chọn phổ huỳnh
quang để áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt và tính toán các thông số liên

chế độ ba chiều và đo từ nhiệt độ nitơ lỏng. Phổ TSL của LBO:Cu có
cực đại ở vùng 365 nm cho tất cả các đỉnh TSL, còn phổ huỳnh
quang có đỉnh ở vùng 370 nm. Phổ TSL và phổ huỳnh quang trùng
khớp nhau cho thấy quá trình TSL của LBO:Cu liên quan đến Cu
+

với dải phát xạ đặc trưng trong vùng 365 nm.
2. Lần đầu tiên chúng tôi tìm thấy và khảo sát một cách kĩ lưỡng hiệu
ứng nhiệt phát quang chuyển tải quang (PTTL) của vật liệu LBO:Cu.
Các khảo sát cho thấy, LBO:Cu có hai đỉnh PTTL, một đỉnh mạnh,
rõ ràng ở nhiệt độ khoảng 120
o
C và một đỉnh khác yếu hơn, ở
khoảng -50
o
C (223K). Đỉnh PTTL 120
o
C đã được khảo sát kỹ càng.
Với đỉnh PTTL trong vùng nhiệt độ thấp -50
o
C, chúng tôi chưa có
đủ điều kiện và thiết bị thí nghiệm để khảo sát kỹ các tính chất TSL
và PTTL như trường hợp đỉnh PTTL 120
0
C.
Hai đỉnh PTTL này liên quan tới đỉnh TSL 220
o
C. Trong quá trình
PTTL ánh sáng tử ngoại giải phóng điện tử từ bẫy sâu ứng với đỉnh
3

được tín hiệu TSL.
Nội dung chính của lý thuyết TSL là thiết lập các biểu thức mô tả
các quá trình động học với các trường hợp giả thiết khác nhau: quá
trình tái bắt điện tử là yếu (động học bậc 1), quá trình tái bắt điện tử
mạnh (động học bậc 2) và tổng quát hoá cho trường hợp trung gian
(
động học bậc tổng quát).
Chúng tôi đã thực hiện mô phỏng trên máy tính các phương trình
mô tả động học bậc 1, 2 và bậc tổng quát của quá trình TSL. So sánh
Hình 1.1: Các chuyển dời cho phép của
mô hình đơn giản một tâm một bẫy cho
quá trình TSL.
Vùng dẫn Vùng hoá trị
E
t
E
f
a
b
b
d
c
T
R
4
kết quả mô phỏng khi các tham số mô tả quá trình động học khác
nhau giúp cho việc nhận dạng, phân tích đường cong TSL.

i nào đó trong thành phần của thuỷ tinh
hỗn hợp ôxit kim loại. Hiệu ứng dị thường xảy ra trên trên thủy tinh
hỗn hợp ôxit kiềm được gọi là hiệu ứng hỗn hợp kiềm (Mixed Alkali
Effect – MAE)
Hiệu ứng MAE là phổ biến trên vật liệu thuỷ tinh, hiện tại đang
được rất nhiều nhóm tác giả quan tâm. Đặc biệt gần đây có rất nhiều
21

ED 5 7 1
04 0 4
A(D F)74s
−
−
−≈

ED ED ED 1
t 020401
A A A A 167 74 51,9 293s
−
−−−
=++=++≈

43 2 2
ED ED
4
04 04
64 n(n 2)
AS
3h(2J 1) 9
−

KẾT LUẬN
Luận án “Nghiên cứu hiện tượng phát quang cưỡng bức nhiệt
của một số vật liệu rắn nhằm ứng dụng trong việc đo liều bức xạ”
có các mục tiêu chính đặt ra là:
- Chế tạo vật liệu nhiệt phát quang Li
2
B
4
O
7
:Cu.
- Xây dựng và phát triển các thiết bị đọc liều, các hệ đo liên quan.
- Mở rộng các khảo sát, nghiên cứu nhằm tìm hiểu cơ chế phát
quang cưỡng bức nhiệt của các vật liệu TSL trên nền Li
2
B
4
O
7
.

Chúng tôi đã thu được các kết quả chính:
1. Xây dựng hoàn chỉnh quy trình chế tạo các vật liệu TSL gốc LBO ở
dạng bột và thủy tinh, tham gia xây dựng và hoàn thiện thiết bị đọc
liều cho xạ trị và tính tuổi bằng phương pháp TSL, các hệ đo có liên
quan đến những khảo sát trên vật liệu TSL.
Quy trình chế tạo mẫu LBO:Cu dạng bột ổn định, có thể chế tạo với
khối lượ
ng sản phẩm đủ lớn, đạt 10g/mẻ. Vật liệu này được tối ưu
hoá theo hướng ứng dụng trong đo liều bức xạ bằng phương pháp

6
sẽ tăng với sự tăng biên độ dao động của khoảng cách RE - O.
Theo Reisfeld và Jorgensen thì Ω
4
cũng có nguồn gốc gần với Ω
6
.
Ω
2
phụ thuộc mạnh vào 1/ΔE
2
(Ψ”) và |A
tp
|
2
. ΔE(Ψ”) càng nhỏ
nếu độ đồng hoá trị càng lớn, Ω
2
được xem như một dấu hiệu của liên
kết đồng hoá trị (covalent). Còn A
tp
là số hạng lẻ của trường tinh thể.
Như vậy, Ω
2
sẽ càng mạnh nếu độ bất đối xứng (asymmetry) của
trường tinh thể tại vị trí ion RE càng lớn.
Kết hợp các kết quả thể hiện trên đồ thị của các hình 4.21, 4.23
và 4.24, chúng tôi thấy có sự bất thường về tốc độ biến thiên trong
khoảng x = 12 đến x = 20. Mặc dù không chỉ rõ các giá trị cực trị ứng
với x = 16 tức là khi tỷ lệ Li tương đương Na nhưng sự bất thườ

liệu rất gần với LBO:Cu mà chúng tôi quan tâm trong luận án này.
1.4. Lý thuyết Judd-Ofelt và các chuyển dời f-f trong đất hiếm
Lý thuyết J-O được xây dựng cho các chuyển dời f-f của ion kim
loại đất hiếm, các thông số rút ra từ lý thuyết này cho phép ta đánh
giá bằng thực nghiệm nhiều đại lượng vật lý quan trọng. Ví dụ như
đánh giá cường độ, ước lượng thời gian s
ống của các chuyển dời, tiên
đoán dạng phổ của các ion đất hiếm. Các thông số Judd-Ofelt cũng
cho phép ta đánh giá nhiều đặc trưng của môi trường xung quanh các
ion đất hiếm như độ bất đối xứng (asymmetry), độ đồng hoá trị
(covalence), độ bền chắc (rigidity)…
Chương 2. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT VẬT LIỆU
NHIỆT PHÁT QUANG
2.1. Giới thiệu vật liệu nhiệt phát quang.
2.2. Chế tạo vật liệu Li
2
B
4
O
7
:Cu
Bột, viên nén và thuỷ tinh LBO:Cu được chế tạo theo quy trình
sau mô tả trên các giản đồ ở hình 2.1, 2.2 và 2.5.

Li
2
CO
3

(Na

O
7

CuCl
2

C
2
H
5
OH
Khuấy
Lọc
Sấy khô
Nung
870
0
C/30’
Ủ
525
0
C/1h
Bột
Li
2
B
4
O
7
:Cu

Sấy khô
Hình 2.2: Quy trình chế tạo vật liệu TSL LBO:Cu dạng viên nén

6
2.3. Tối ưu hóa LBO:Cu theo hướng đo liều
Quy trình chế tạo bột đã được tối ưu hoá, khối lượng sản phẩm
đạt 10g cho mỗi mẻ. Các thông số cho quá trình tối ưu hoá mà chúng
tôi tìm được là: nồng độ tạp Cu 0,15 Mol%, nhiệt độ nung 870
o
C,
thời gian nung 30 phút. Các mẫu chế tạo được đã được đưa sang
giám định tại Phòng thí nghiệm xạ trị của Bệnh viện Ung thư Henry
Mondor Paris 13. Liều kế đã được dùng thử tại bệnh viện U bướu Hà
Nội. Hình 2.3 và 2.4 là một số sản phẩm đã chế tạo được.
Chúng tôi đã tiến hành chế tạo thủy tinh xLi
2
O-(30-x)Na
2
O-
Hình 2.4: Ảnh sản phẩm liều kế cá nhân chế tạo tại Phòng
Quang phổ Ứng dụng và Ngọc học dùng viên nén LBO:Cu
Hình 2.3: Vật liệu LBO:Cu chế tạo tại Phòng Quang phổ Ứng dụng
và Ngọc học. a) Sản phẩm viên nén. b) Sản phẩm bột. c) Túi liều kế
dùng vật liệu LBO:Cu dạng bột. d) Bộ chày cối ép viên
b)
a) c)
d)
19

()

là: trong các chuyển
dời
5
D
0
-
7
F
2
,
5
D
0
-
7
F
4
và
5
D
0
-
7
F
6
thì chỉ có các yếu tố ma trận rút gọn
kép ||U
2
||
2

D
0
-
7
F
1
. Trên thực
tế lấy n
J
≈ n
1
= n = 1,56 là chiết suất của thuỷ tinh boarate kiềm.
Các đại lượng A
1
,
MD
01
S
−
đã được tính toán và công bố trên các
bảng. ||U
J
||
2
= |<
5
D
0
||U
j

||
2
=
0,0023, ||U
6
||
2
= 0,0003. Trên thực tế, người ta coi ||U
6
||
2
= 0 và do đó
chúng tôi không tính Ω
6
. Từ các
số liệu thực nghiệm của phổ
huỳnh quang, chúng tôi đã tính
các thông số cường độ Ω
2
, Ω
4

của Eu
3+
trong thuỷ tinh borat
LNBO:Eu
3+
. Kết quả được biểu
diễn theo thành phần x như trên
đồ thị hình 4.12.

4
Ω
2
X (mol Li
2
O)
Ω
2
Ω
4
Hình 4.12: Sự phụ thuộc của thông số cường độ Ω
2
và
Ω
4
vào thành phần x của thuỷ tinh LNBO:Eu
3+
18

Hình 4.11: Sự phụ thuộc của tỷ số
I
ex
(
7
F
0
-
5
D
2

1
)
(b) A(
5
D
0
–
7
F
4
)/A(
5
D
0
–
7
F
1
)
vào tỷ lệ x trong thuỷ tinh LNBO:Eu
3+

0 5 10 15 20 25 30 35
0.145
0.150
0.155
0.160
0.165
0.170
0.175


A(
5
D
0
>
7
F
2
)/A(
5
D
0
>
7
F
1
)

X (mol Li
2
O)
Na
Li
Li
Na
0 5 10 15 20 25 30 35
5.6
6.0
6.4

8
2.0x10
8
2.5x10
8
3.0x10
8
3.5x10
8
4.0x10
8
G60 00Li 32Na
G61 08Li 24Na0.0
5.0x10
7
1.0x10
8
1.5x10
8
2.0x10
8
2.5x10
8
3.0x10

8
G64 20 Li 12Na

G65 24Li 08Na
200 250 300 350 400 450 500 550 600
0.0
5.0x10
7
1.0x10
8
1.5x10
8
2.0x10
8
2.5x10
8
3.0x10
8
3.5x10
8
4.0x10
8
G66 32Li 00Na


4
7
F
0
>
5
D
3
7
F
0
>
5
D
2
7
F
0
>
5
D
1
B − íc sãng (nm)
C−êng ®é huúnh quang (t.®)
7
F
1
>
5
L

các tạp bằng các khảo sát
hiệu ứng MAE và thử
nghiệm áp dụng lý thuyết
Judd-Ofeld cho Eu
3+
trong
nền thuỷ tinh. Hình 2.6 là
một số sản phẩm thủy tinh
LNBO:Cu đã chế tạo được.
2.4. Xây dựng các hệ đo nhiệt phát quang
Bằng các thiết bị, môđun của phòng thí nghiệm, gia công một số
chi tiết và phụ kiện, chúng tôi đã tiến hành lắp ghép, viết phần mềm
điều khiển và xử lý số liệu cho thiết bị đọc liều TSL ký hiệu DL 0-4.1
và hệ đo cho phương pháp tính tuổ
i bằng TSL (hình 2.11).
2.5. Khảo sát một số đặc trưng nhiệt phát quang của LBO:Cu
Tiến hành khảo sát một số tính chất TSL cơ bản của LBO:Cu đã
chế tạo như: đánh giá độ đồng nhất của tất cả các lô sảm phẩm có
Hình 2.6: Sản phẩm LBO:Cu dạng thủy
tinh chế tạo tại Phòng Quang phổ Ứng
dụng và Ngoc học.
Hình 2.11: Hệ máy đọc liều loại DL 0-4.1 và hệ đo dating chế tạo tại phòng
thí nghiệm Quang phổ Ứng dụng và Ngọc học
8
Hình 2.17: Sơ đồ cấu trúc và hệ đo phổ phát xạ ba chiều xây dựng tại
p
hòn
g
thí n
g

XBO
100W
Hệ thấu kính
khối lượng trên 3 g, khả năng tái sử dụng, đáp ứng liều, độ nhạy theo
khối lượng, sự phụ thuộc của tín hiệu TSL theo tốc độ gia nhiệt và độ
suy giảm tín hiệu TSL theo thời gian (fading).
Kết quả cho thấy LBO:Cu mà chúng tối đã chế tạo đáp ứng được
các yêu cầu cho việc ứng dụng đo liều.
2.6. Xây dựng hệ đo huỳnh quang và phổ nhiệt phát quang
Chúng tôi
đã tiến hành lắp ghép các môđun, viết phần mềm điều
khiển tự động hoá và xây dựng hoàn chỉnh hệ đo phổ như mô tả trên
hình 2.17. Đây là một hệ đo phổ đa năng, linh hoạt. Chỉ cần thay đổi
một vài chi tiết với kèm theo các phần mềm tương ứng, hệ đo này có
thể thực hiện được phép đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích hoặc kế
t
hợp cả 2 trong 1 phép đo phổ kích thích huỳnh quang 3 chiều. Thay
giá mẫu bằng lò nung có thể đo đường cong TSL đơn sắc, phổ TSL
hoặc kết hợp cả 2 trong 1 phép đo phổ TSL 3 chiều. Các phép đo trên
cũng có thể thực hiện từ nhiệt độ nitơ lỏng.
2.7. Khảo sát phổ kích thích huỳnh quang của LBO:Cu
Phổ huỳnh quang kích thích 3 chiều của bột và thuỷ tinh LBO:Cu
biểu diễn trên hình 2.18 và 2.19. Với bột LBO:Cu có 1 dải huỳ
nh
17
Hình 4.8: Phổ huỳnh quang của LNBO:Eu
3+
kích thích tại 253 nm
0.00
2.50x10

4
1.00x10
5
1.25x10
5
1.50x10
5
1.75x10
5
2.00x10
5
2.25x10
5
G62 12Li 20Na

G63 16Li 16 Na
0.00
2.50x10
4
5.00x10
4
7.50x10
4
1.00x10

1.25x10
5
1.50x10
5
1.75x10
5
2.00x10
5
2.25x10
5
G66 32Li 00Na

540 560 580 600 620 640 660 680 700 720
C−êng ®é huúnh quang (t.®)
B − íc sãng (nm)

5
D
0
>
7
F
4
5
D
0
>

-
7
F
2
)/A(
5
D
0
-
7
F
1
) và A(
5
D
0
-
7
F
4
)/A(
5
D
0
-
7
F
1
)
trong đó A là diện tích của các dải huỳnh quang. Với hiệu suất kích

thông số cường độ Ω
λ
(trong đó λ chỉ nhận các giá trị 2, 4 và 6) từ
phổ hấp thụ. Tuy nhiên lý thuyết J-O lại cho phép áp dụng được với
16
cấu trúc của thuỷ tinh
borat kiềm và hiệu
ứng MAE rất quen
thuộc trong các thuỷ
tinh pha kiềm.
Phổ hấp thụ có 2
dải hấp thụ ứng với
các chuyển dời
7
F
0
–
5
L
6
và
7
F
0
–
5
D
2
khá
rõ ràng trên tất cả các


(yếu do bị cấm) và chuyển dời lưỡng cực từ
5
D
0
–
7
F
1
. Chúng tôi
không ghi được trên phổ các dải huỳnh quang của các chuyển dời
được phép khác.
Trên phổ cùng một phổ chúng tôi luôn ghi được dải huỳnh quang
của chuyển dời lưỡng cực từ
5
D
0
–
7
F
1
(huỳnh quang)
7
F
0
-
5
D
1
(kích

F
0
>
5
D
2
7
F
0
>
5
L
6
12Li20Na
32Li00Na
16Li16Na
20Li12Na
24Li08Na
08Li24Na
00Li32Na
C−êng ®é
B − íc sãng (nm)
9
quang với đỉnh ở vùng 370 nm khi kích thích bằng ánh sáng có bước
sóng 275 nm. Dải huỳnh quang này được thừa nhận là liên quan đến
các chuyển dời của Cu
+
. Với mẫu thủy tinh LBO:Cu, huỳnh quang là
một dải rộng từ 400 đến 600 nm, đỉnh ở khoảng 490 nm khi kích
thích ở bước sóng 260 nm. Phổ huỳnh quang của thủy tinh LBO:Cu

với các đỉnh TSL trong quá
trình TSL của LBO:Cu có
cùng một bản chất và liên
quan đến Cu
+
.
Mẫu thủy tinh LBO:Cu
có tín hiệu TSL rất yếu, chúng tôi chưa có thiết bị đủ nhạy để ghi
nhận được phổ TSL.

CHƯƠNG 3. HIỆU ỨNG NHIỆT PHÁT QUANG CHUYỂN
TẢI QUANG CỦA VẬT LIỆU Li
2
B
4
O
7

3.1. Tính chất TSL cơ bản của vật liệu LBO:Cu và sự lựa chọn
mẫu đo cho PTTL
3.2. Hiệu ứng PTTL của vật liệu LBO:Cu
Chúng tôi lựa chọn hướng nghiên cứu này do: (1) tận dụng được
lợi thế về thiết bị và kinh nghiệm đo đạc. (2) chúng tôi chưa thấy có
công bố về PTTL của LBO:Cu.
Hình 3.4 thể hiện các thí nghiệm phát hiện hiệu ứng PTTL của
LBO:Cu. Các thí nghiệm này khẳng định: (1) ánh sáng t
ử ngoại 365
nm không gây hiệu ứng PTTL, (2) việc chiếu thêm ánh sáng tử ngoại
làm xuất hiện đỉnh PTTL 120
o

gần tương đương nhau tức Na/(Na+Li) ≈ 0,5.
Lần đầu tiên bằng TSL và PL chúng tôi tìm được MAE của thuỷ
tinh borat hỗn hợp kiềm LNBO:Cu. Đây là một bước tiến mới trong
việc khảo sát MAE vì hầu h
ết các khảo sát truyền thống là các phép
đo điện, đo EPR và hấp thụ quang. Các kết quả này sẽ đóng góp một
phần trong việc khảo sát tìm hiểu cơ chế TSL và MAE của loại vật
liệu LNBO:Cu.
4.2. Áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt cho Eu
3+
trong thuỷ tinh borat
Trong phần này, chúng tôi dùng Eu
3+
như một đầu dò tìm hiểu về
tính đối xứng và các liên kết tại những vị trí lân cận của các ion Eu
3+

trong vật liệu thuỷ tinh xLi
2
O-(32-x)Na
2
O-67,5B
2
O
3
-0,5Eu
2
O
3
với

theo x của hệ mẫu thủy tinh LNBO:Cu rút
ra từ các đồ thị TSL của Hình 4.2
50 100 150 200 250 300 350 400
0.0
2.0x10
5
4.0x10
5
6.0x10
5

C−êng ®é TSL (counts)
NhiÖt ®é (
0
C)
x=0 (Mol% Li
2
O)
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
0
1x10
5
2x10
5

O)
350 400 450 500 550 600
0
1x10
6
2x10
6
3x10
6
4x10
6
x= 0
5
10
15
20
25
30

C−êng ®é huúnh quang (counts)
B−íc sãng (nm)
11
0.0
2.5x10
5
5.0x10
5
7.5x10
5
1.0x10

C,
sau ®ã chiÕu U V 365 nm 10 phót
C−êng ®é TSL (t.®)
N h iÖt ® é (
o
C)
100 200 300 400
f)
C hiÕu tia X ,
xö lý ®Õn 160
o
C,
UV 365 nm
10 phót
C hiÕu tia X ,
xö lý ®Õn 160
o
C
Hình 3.4: Quá trình phát hiện hiệu ứng PTTL trên mẫu LBO:Cu
3.3. Sự phụ thuộc của tín hiệu PTTL vào nhiệt độ xử lý mẫu
trước khi chiếu bức xạ UV
3.4. Khảo sát sự phụ thuộc của tín hiệu PTTL vào bước sóng ánh
sáng tử ngoại
3.5. Sự phụ thuộc của PTTL vào thời gian chiếu UV
3.6. Khảo sát sự phụ thuộc của PTTL vào liều chiếu tia X
Sự phụ thuộc của tín hiệu PTTL vào nhiệt độ xử lý mẫu (hình
3.5), bước sóng ánh sáng tử ngoạ
i kích thích, thời gian chiếu ánh
sáng tử ngoại 365 nm và liều chiếu tia X đã khẳng định thêm mối liên
hệ giữa đỉnh PTTL 120 và đỉnh TSL 220

Thêi gian ®o (gi©y)
120
0
C
-50
0
C
Hình 3.9: Đường PTTL thực hiện từ nhiệt độ
của nitơ lỏng, chiếu xạ UV 365 nm 10 phút
3.7. Hiệu ứng PTTL ở
nhiệt độ thấp
Với thí nghiệm khảo sát
PTTL từ 77 K (nhiệt độ nitơ
lỏng), ngoài đỉnh PTTL 120
o
C, chúng tôi còn phát hiện
thêm 1 đỉnh PTTL ở khoảng
-50
o
C tức 223 K (hình 3.9).
3.8. Giả thiết về mô hình cơ
chế PTTL của LBO:Cu
Chúng tôi đưa ra giả thiết về mô hình cơ chế truyền điện tích giữa
các mức bẫy ứng với đỉnh TSL 220
o
C, đỉnh PTTL -50 và 120
o

0
C chiÕu UV
xö lý 320
0
C
xö lý 320
0
C chiÕu UV
xö lý 450
0
C
xö lý 450
0
C chiÕu UV

xö lý 160
0
C
xö lý 160
0
C chiÕu UV
xö lý 220
0
C
xö lý 220
0
C chiÕu UV
C−êng ®é TSL (t.®)
NhiÖt ®é xãa mÉu (
0

C
C−êng ®é TSL (t.®.)
NhiÖt ®é xãa mÉu (
o
C)
b)
§Ønh 120
o
C
13
Năng lượng kích hoạt quang tại 365 nm là E
0
≈ 3,3 eV luôn lớn
hơn năng lượng kích hoạt nhiệt của bẫy ứng với đỉnh 220
o
C là E
T
=
0,98 eV. Điều này dễ dàng thấy nếu biểu diễn các trạng thái của bẫy
bằng giản đồ toạ độ cấu hình CCD trên hình 3.11. Ở đây các điện tử
từ mức cơ bản (mức bẫy) nhận năng lượng E
0
từ ánh sáng tử ngoại để
chuyển lên mức kích thích. Điện tử đó sẽ thất thoát năng lượng dưới
dạng một số phonon để trở về điểm C ứng với ngưỡng kích hoạt
nhiệt. Theo lý thuyết E
0
/E
T
≈ε

Vùng hoá trị
Q (220
o
C)
R
365 nm
hυ
a)
b)
Q (220
o
C)
T
1
(120
o
C)
T
1
(120
o
C)
T
2
(-50
o
C)
T
2
(-50