Thạc Sĩ Nghiên cứu tính chất của vật liệu nhiệt phát quang MgB4O7:Ce

LỜI MỞ ĐẦU

Trong vài thập niên gần đây lĩnh vực nhiệt phát quang được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới rất quan tâm do những ứng dụng của nó trong đo liều phóng xạ (gọi tắt là đo liều) và trong việc định tuổi các công trình cổ được xây dựng từ vật liệu vô cơ (gạch , ngói, đá, ). Trên phương diện nghiên cứu cơ bản, nhiệt phát quang cũng đóng góp nhiều hiểu biết của chúng ta về cơ chế vật lý và các sai hỏng (khuyết tật) xảy ra trong mạng tinh thể của vật liệu. Ở Việt Nam khoảng mười năm trở lại đây nhiệt phát quang cũng thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong nước. Bộ môn vật lý chất rắn của trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM đã có nhiều bài báo nghiên cứu về lĩnh vực này như: MgB4O7y, MgB4O7:Mn, CaSO4y, LiF:Mg .
Trong luận văn này, chúng tôi chọn vật liệu MgB4O7:Ce làm đối tượng nghiên cứu. MgB4O7:Ce là một vật liệu có độ nhạy cao và có chỉ số tương đương mô Zeff = 8,4 khá gần với mô người (Zeff = 7,8). Ở nước ta, vật liệu này chưa được chế tạo và nghiên cứu. Đặc biệt những bài báo được công bố trên thế giới chỉ đề cập đến vấn đề MgB4O7 có thể pha tạp Ce, nhưng chưa có tài liệu nào công bố kết quả nghiên cứu về vật liệu này. “Nghiên cứu tính chất của vật liệu nhiệt phát quang MgB[SUB]4[/SUB]O[SUB]7[/SUB]:Ce” là tên của đề tài mà chúng tôi chọn. Với đề tài này chúng tôi đưa ra những nhiệm vụ sau:
1. Chế tạo vật liệu MgB4O7:Ce và bước đầu khảo sát sơ bộ các điều kiện chế tạo để chọn ra đường cong nhiệt phát quang thích hợp cho việc phân tích.
2. Xác định các thông số bẫy của vật liệu: Áp dụng các phương pháp phổ biến.
3. Khảo sát hiện tượng suy giảm cường độ giữa các đỉnh.
Với các nhiệm vụ trên, luận văn được trình bày làm ba chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết luận
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Mục lục
Danh mục các bảng và hình vẽ
Lời mở đầu .1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .3
1.1. Hiện tượng huỳnh quang và lân quang .3
1.1.1. Định nghĩa hiện tượng huỳnh quang và lân quang 3
1.1.2. Cơ chế giải thích hiện tượng huỳnh quang và lân quang 3
1.1.3. Định nghĩa hiện tượng nhiệt phát quang 4
1.1.4. Đặc điểm của hiện tượng nhiệt phát quang .4
1.1.5. Giải thích hiện tượng nhiệt phát quang 5
1.2. Các loại khuyết tật 7
1.3. Sự hình thành đường cong phát quang 9
1.4. Động lực học của các hiện tượng nhiệt phát quang 15
1.4.1. Mô hình động học bậc một 15
1.4.1.1. Biểu thức của cường độ phát quang .15
1.4.1.2. Sự phụ thuộc của đỉnh động học bậc một theo các thông số .16
1.4.2. Mô hình động học bậc hai 19
1.4.2.1. Biểu thức của cường độ phát quang .19
1.4.2.2. Sự phụ thuộc của cường độ phát quang theo các thông số 20
1.4.3. Mô hình động học bậc tổng quát .22
1.5. Các phương pháp giải chập đường cong nhiệt phát quang .25
1.5.1. Các thông số ảnh hưởng đến hình dạng đường GC .25
1.5.1.1. Các thông số thực nghiệm 25
1.5.1.2. Các thông số đặc trưng của bẫy .26
1.5.2. Các phương pháp giải chập đường cong nhiệt phát quang 26
1.5.2.1. Phương pháp sườn lên ban đầu .28
1.5.2.2. Phương pháp xóa nhiệt .30
1.5.2.3. Phương pháp sử dụng toàn bộ đường cong phát quang của một đỉnh 32
1.5.2.4. Phương pháp dựa vào một phần dạng đường cong của một đỉnh đơn .34
1.5.2.5. Phương pháp suy giảm đẳng nhiệt theo thời gian của cường độ phát quang của một đỉnh .36
1.5.2.6. Phương pháp Chen 38
1.5.2.7. Kết luận 40
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 41
2.1. Cách bố trí thực nghiệm 41
2.1.1. Hệ thiết bị đo đường cong phát quang .41
2.1.1.1. Khối nâng và đọc nhiệt độ của mẫu 42
2.1.1.2. Khối thu cường độ phát quang của mẫu .42
2.1.1.3. Khối xử lý tín hiệu 43
2.1.2. Hệ thiết bị đo 3D trong nhiệt phát quang 45
2.2. Công nghệ chế tạo vật liệu phát quang MgB4O7:Ce 47
2.2.1. Hoá chất 47
2.2.2. Dụng cụ thí nghiệm .47
2.2.3. Điều chế vật liệu nhiệt phát quang MgB4O7:Ce .48
2.2.3.1. Điều chế vật liệu nhiệt phát quang MgB4O7:Ce bằng phương pháp nóng chảy .48
2.2.3.2. Điều chế vật liệu nhiệt phát quang MgB4O7 : Ce bằng phương pháp kết tinh 50
2.3. Khảo sát dạng đường cong phát quang của vật liệu MgB4O7:Ce theo các điều kiện khác nhau .53
2.3.1. Khảo sát theo nhiệt độ ủ 53
2.3.2. Khảo sát theo nồng độ pha tạp Ce .54
2.3.3. Khảo sát sự fading theo thời gian 55
2.4. Xác định các thông số vật lý đặc trưng cho bẫy từ đường cong phát quang thực nghiệm của vật liệu MgB4O7:Ce 56
2.4.1. Làm khớp tự do 57
2.4.2. Làm khớp có điều kiện 59
2.5. Khảo sát điều chế mẫu bằng phương pháp kết tinh 65
2.6. Khảo sát vật liệu MgB4O7:Ce theo độ tinh khiết của muối nền .68
2.6.1. Đường cong phát quang .68
2.6.2. Các thông số đỉnh .69
2.7. Đường cong 3D của vật liệu MgB4O7:Ce 74
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN .76
Hướng phát triển của đề tài 77
Tài liệu tham khảo .78
Phụ lục 1 .82
Phụ lục 2 .83