Xác Định Tính Chất Của Các Hạt Kim Cương Huỳnh Quang Bằng Phương Pháp Quang Phổ.

Giới thiệu

Kim cương huỳnh quang là một loại kim cương độc đáo. Những hạt này chứa các trung tâm màu - các khuyết tật tinh thể phát ra ánh sáng khi tiếp xúc với tia UV, cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu trúc và tính chất của viên kim cương. Kỹ thuật quang phổ là một phương pháp hiện đại và đáng tin cậy để phân tích các tính chất của kim cương huỳnh quang. Những tiến bộ trong lĩnh vực này đã dẫn đến việc tạo ra kim cương nano huỳnh quang với màu sắc rực rỡ, tăng cường tiện ích của chúng trong các ứng dụng khoa học và công nghiệp.

Kim cương huỳnh quang

Hình 1: Kim cương huỳnh quang với các mức độ huỳnh quang khác nhau.

Kim cương huỳnh quang được đặc trưng bởi khả năng phát ra ánh sáng nhìn thấy được khi tiếp xúc với tia cực tím (UV). Hiện tượng này, được gọi là huỳnh quang, được gây ra bởi sự hiện diện của các tạp chất vi lượng trong cấu trúc tinh thể của kim cương.

Các tính chất chính của kim cương huỳnh quang bao gồm:

1. Màu huỳnh quang: Màu sắc của ánh sáng phát ra có thể rất khác nhau, từ vàng, cam và hồng đến xanh dương, xanh lá cây và thậm chí là trắng.
2. Cường độ huỳnh quang: Độ sáng của huỳnh quang có thể thay đổi tùy thuộc vào nồng độ và loại tạp chất.
3. Bước sóng kích thích: Bước sóng của tia UV khiến kim cương phát huỳnh quang.
4. Thời gian phân rã: Thời gian cần thiết để huỳnh quang mờ dần sau khi nguồn sáng UV được loại bỏ.
5. Sự phụ thuộc nhiệt độ: Cường độ và màu sắc của huỳnh quang có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất huỳnh quang:

1. Loại tạp chất và nồng độ: Loại và nồng độ tạp chất trong viên kim cương xác định màu sắc và cường độ huỳnh quang.
2. Cấu trúc tinh thể kim cương: Cấu trúc tinh thể của viên kim cương có thể ảnh hưởng đến cách ánh sáng tương tác với các tạp chất, ảnh hưởng đến tính chất huỳnh quang.
3. Lịch sử quá trình xử lý: Kim cương có thể trải qua các phương pháp xử lý như chiếu xạ hoặc sưởi ấm, có thể làm thay đổi đặc tính huỳnh quang của chúng.

Phương pháp

Quang phổ là một công cụ mạnh mẽ để phân tích các tính chất của kim cương huỳnh quang. Bằng cách nghiên cứu sự tương tác của ánh sáng với viên kim cương, các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn về thành phần, đặc điểm huỳnh quang và các thông số liên quan khác. Dưới đây là một số kỹ thuật quang phổ được sử dụng nhiều nhất:

Quang phổ phát quang

1. Nguyên tắc: PL đo ánh sáng phát ra từ kim cương khi bị kích thích bởi nguồn sáng (ví dụ: laser UV).
2. Thông tin: Phổ PL cung cấp thông tin về mức năng lượng của tạp chất trong viên kim cương, xác định màu sắc và cường độ huỳnh quang.
3. Ứng dụng: Xác định loại tạp chất chịu trách nhiệm cho huỳnh quang, định lượng nồng độ tạp chất và nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp điều trị khác nhau đối với huỳnh quang.

Quang phổ Raman

1. Nguyên lý: Quang phổ Raman đo năng lượng rung động của các phân tử trong mạng kim cương.
2. Thông tin: Quang phổ Raman có thể tiết lộ sự hiện diện của các tạp chất cụ thể và cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể của viên kim cương.
3. Ứng dụng: Phân biệt giữa kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp, xác định các phương pháp điều trị như chiếu xạ laser và nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng lên mạng kim cương.

Quang phổ nhìn thấy tia cực tím

1. Nguyên lý: Quang phổ UV-Vis đo sự hấp thụ ánh sáng trong các vùng cực tím và khả kiến của quang phổ.
2. Thông tin: Quang phổ UV-Vis có thể cung cấp thông tin về sự hiện diện của các trung tâm màu và các khuyết tật khác trong viên kim cương.

1. Ứng dụng: Xác định nguyên nhân màu sắc trong kim cương màu, nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ đến tính chất kim cương.

Kết quả

Hình 2 xem xét các bước sóng UV khác nhau ảnh hưởng đến màu sắc và độ sáng của huỳnh quang kim cương như thế nào. Nó cho thấy màu sắc của viên kim cương có thể thay đổi từ vàng lục sang xanh vàng với màu đỏ cam tùy thuộc vào ánh sáng tia cực tím được sử dụng (365 nm so với 405 nm). Ngoài ra, độ sáng của huỳnh quang có thể thay đổi, với huỳnh quang màu xanh lam mạnh hơn dưới ánh sáng UV 405 nm so với 365 nm.

Figure 2: Two different samples of fluorescent diamonds are projected by different UV wavelengths that emit different colored light.

Từ kết quả đó, chúng ta có thể phân tích các thuộc tính như:

1. Màu huỳnh quang: Hình vẽ cho thấy năng lượng kích thích khác nhau (365 nm và 405 nm) ảnh hưởng đến màu huỳnh quang trong kim cương như thế nào.
2. Cường độ huỳnh quang: Nó so sánh cường độ huỳnh quang dưới các bước sóng kích thích khác nhau, làm nổi bật sự thay đổi trong đỉnh phát xạ.
3. Đỉnh phát xạ: Hình minh họa các bước sóng cụ thể mà tại đó các đỉnh huỳnh quang xảy ra cho các nguồn kích thích khác nhau.
4. Tác động của đèn phát xạ UV: Nó cho thấy ánh sáng phát xạ từ đèn UV thông thường có thể ảnh hưởng đến màu sắc và cường độ huỳnh quang quan sát được như thế nào.

Điều này chứng tỏ tầm quan trọng của việc sử dụng các nguồn UV nhất quán để quan sát huỳnh quang đáng tin cậy.

Hệ thống đo lường

Máy quang phổ Ocean Insight FLAME UV-Vis là một dụng cụ đa năng được thiết kế cho một loạt các ứng dụng, bao gồm phân tích các tính chất huỳnh quang của kim cương. Nó cung cấp dải bước sóng 190-1100 nm, cho phép kiểm tra chi tiết các vật liệu trên phổ cực tím, nhìn thấy được và cận hồng ngoại. Với độ phân giải quang học có thể tốt tới 0,1 nm (FWHM), nó cung cấp các phép đo chính xác cần thiết để mô tả các vật liệu huỳnh quang. Hiệu suất điện của máy quang phổ rất mạnh mẽ, có tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu là 250: 1 cho thu nhận đơn và dải động 1300: 1, cũng cho thu nhận đơn. Điều này đảm bảo thu thập dữ liệu rõ ràng và chính xác ngay cả đối với các tín hiệu huỳnh quang tinh tế. Ngoài ra, máy quang phổ FLAME được biết đến với độ ổn định nhiệt, với độ lệch chỉ 0,02 nm / ° C ở phạm vi 650 nm, điều này rất quan trọng cho kết quả nhất quán trong quá trình biến động nhiệt độ. Thời gian tích hợp linh hoạt, dao động từ 1 ms đến 65 giây, phù hợp với cả phép đo thay đổi nhanh và chậm. Để dễ sử dụng và truyền dữ liệu nhanh chóng, máy quang phổ kết nối qua USB. Thiết kế nhỏ gọn và thân thiện với người dùng của máy quang phổ FLAME UV-Vis, kết hợp với khả năng kỹ thuật của nó, làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời để phân tích các tính chất phức tạp của huỳnh quang trong kim cương và các vật liệu khác.

Hình 3: Máy quang phổ Ocean Insight FLAME.

Bộ điều khiển LED Ocean Insight LDC-1C là trình điều khiển đơn kênh nhỏ gọn được thiết kế để hoạt động liền mạch với Mô-đun nguồn sáng LED (LSM). Nó có giao diện thân thiện với người dùng, điều khiển menu và màn hình cảm ứng để lập trình dễ dàng và hiển thị dạng sóng. Bộ điều khiển có thể đọc thông tin hoạt động từ LSM, đảm bảo bảo vệ chống lại dòng điện quá mức và cho phép các chế độ điều chế khác nhau để điều khiển chính xác. Các LSM cung cấp một loạt các bước sóng rời rạc từ 265 nm đến 880 nm, thích hợp cho kích thích huỳnh quang trong các ứng dụng như phân tích kim cương. Các bước sóng này bao gồm các tùy chọn UV, nhìn thấy được và NIR, cung cấp tính linh hoạt cho các phân tích tính chất huỳnh quang khác nhau. Thiết lập này lý tưởng để phân tích các tính chất huỳnh quang của kim cương, vì các nguồn sáng LED có thể cung cấp phát xạ UV hẹp, được xác định rõ để quan sát đáng tin cậy hơn.