4 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG Chương HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Hiện tượng phát quang 1.1.1 Khái niệm phân loại tượng phát quang Người ta làm số thí nghiệm, ví dụ như: chiếu tia tử ngoại (UV) có bước sóng λ vào dung dịch rượu fluorêxêin dung dịch phát ánh sáng màu xanh lục nhạt có bước sóng λ’ (λ’ > λ) Sự phát sáng biến sau ngừng kích thích ánh sáng tử ngoại Hay chiếu tia UV vào tinh thể ZnS có pha lượng nhỏ Cu Co tinh thể phát ánh sáng có màu xanh lục, ánh sáng tồn lâu sau ngừng kích thích Hiện tượng tương tự xảy với nhiều chất rắn, lỏng khí khác đồng thời với tác nhân kích thích khác Chúng có tên chung tượng phát quang (Luminescence) Như vậy, phát quang xạ ánh sáng vật chất tác động tác nhân kích thích khơng phải đốt nóng thơng thường [5], [15] Bước sóng ánh sáng phát quang đặc trưng cho vật liệu phát quang, hồn tồn khơng phụ thuộc vào xạ chiếu lên Đa số nghiên cứu tượng phát quang quan tâm đến xạ vùng khả kiến, bên cạnh có số tượng xạ có bước sóng thuộc vùng hồng ngoại (IR) tử ngoại Có nhiều cách khác để phân loại tượng phát quang - Phân loại theo tính chất động học trình xảy người ta phân ra: phát quang tâm bất liên tục phát quang tái hợp - Phân loại theo phương pháp kích thích: + Quang phát quang (Photoluminescence - PL): Kích thích chùm tia tử ngoại + Cathod phát quang (Cathodoluminescence - CAL): Kích thích chùm điện tử + Điện phát quang (Electroluminescence - EL): Kích thích hiệu điện + X – ray phát quang (X-ray luminescence - XL): Kích thích tia X + Hố phát quang (Chemiluminescence - CL): Kích thích lượng phản ứng hoá học… 6 - Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau ngừng kích thích, người ta phân tượng phát quang làm hai loại: Quá trình huỳnh quang (Fluorescence) trình lân quang (Phosphorescence) Quá trình huỳnh quang xạ xảy sau ngừng kích thích suy giảm khoảng thời gian pico – giây (10-12 s) Hiện tượng xảy phổ biến hầu hết vật liệu phát quang dạng chất lỏng, chất khí số chất rắn Quá trình lân quang xạ suy giảm chậm, thời gian suy giảm kéo dài từ vài phút hàng tuần sau ngừng kích thích Hiện tượng xảy phổ biến vật liệu dạng rắn - Phân loại theo cách thức chuyển dời từ trạng thái kích thích trạng thái cho xạ phát quang người ta chia hai loại: + Phát quang tự phát: tâm xạ tự phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái để phát ánh sáng, không cần chi phối yếu tố từ bên + Phát quang cưỡng (phát quang cảm ứng): phát quang xảy tâm xạ chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái nhờ tác động từ bên ngồi (ví dụ : ánh sáng nhiệt độ) Quá trình nhờ tăng nhiệt độ gọi cưỡng nhiệt hay nhiệt phát quang (sẽ trình bày kỹ mục 1.2) 1.1.2 Vật liệu phát quang (phốt tinh thể) Phốt tinh thể (phosphor) chất vơ tổng hợp (có thể bán dẫn điện mơi) có khuyết tật mạng tinh thể Đây loại vật liệu phát quang có hiệu suất phát quang lớn ứng dụng nhiều Chúng có khả phát quang sau q trình kích thích [5] Nhìn chung, phốt tinh thể thường gồm hai thành phần: chất (còn gọi chất nền, mạng chủ) chất kích hoạt (cịn gọi tâm kích hoạt, tâm phát quang) Chất thường hợp chất sulphua kim loại nhóm hai (như ZnS, CdS, …) oxít kim loại, hợp chất aluminate, sulphate, halosulphate, … Chất kích hoạt thường kim loại Ag, Cu, Mn, Cr,… nguyên tố đất RE (Rare Earth) họ Lanthan, thường có nồng độ nhỏ so với chất lại định tính chất phát quang Số lượng chất kích hoạt ( gọi đơn pha tạp), hai, ba nhiều (gọi đồng pha tạp) Sự phát quang phốt tinh thể mang tất đặc điểm phát quang tái hợp, là: + Khơng có liên hệ trực tiếp phổ hấp thụ phổ phát quang Phổ hấp thụ chủ yếu chất định, thường phổ đám rộng vùng tử ngoại Phổ phát quang chủ yếu chất kích hoạt định, thường dải hẹp thuộc vùng khả kiến hồng ngoại Mỗi chất kích hoạt cho phổ phát quang riêng, phụ thuộc vào chất trừ chất làm thay đổi hóa trị ion chất kích hoạt + Ánh sáng phát quang phốt tinh thể không bị phân cực + Trong trình phát quang phốt tinh thể có phát quang kéo dài phát quang tức thời Thời gian phát quang tức thời ngắn (