Xem mẫu
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
BÁO CÁO
THỰC TẬP CHUYÊN ĐỀ
Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Mạnh Sơn
Nhóm học viên thực tập
1. Thái Ngọc Ánh
2. Bùi Tiến Đạt
3. Lê Văn Khoa Bảo
4. Nguyễn Ngọc Trác
5. Lê Thị Thảo Viễn
Huế, tháng 01 năm 2008
- 1
MỞ ĐẦU
1. Nơi thực tập:
Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa
Học Huế
Giáo viên hướng dẫn thực tập: TS Nguyễn Mạnh Sơn
Nhóm Học viên cùng thực tập: Thái Ngọc Ánh, Bùi Tiến Đạt
Nguyễn Ngọc Trác, Lê Văn Khoa Bảo và Lê Thị Thảo Viễn
2. Mục đích thực tập
Làm quen với các trang thiết bị nghiên cứu, tập duyệt cách bố trí, đo đạc
các vật liệu có sẳn.
Làm quen với các hệ đo của khoa Vật lý liên quan đến chuyên ngành
đang được đào tạo.
Làm quen với cách sữ dụng các phần mềm chuyên dụng để xữ lý số liệu
thu được, chẳng hạn dùng phần mềm Microcal Origin [5]
Tập duyệt nghiên cứu khoa học và cách viết một báo cáo, một thông báo
khoa học.
Tập duyệt cách hợp tác nghiên cứu khoa học, làm việc theo nhóm.
3. Đối tượng nghiên cứu
Vật liệu Ruby Al2O3: Cr3+ nhân tạo. Mẫu đã có sẳn chỉ tiến hành các phép
đo.
Hệ đo đã có sẳn và đã được tự động hoá tại Phòng Thí nghiệm của khoa
vật lý.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 2
Phần chính của thực tập
I. Tổng quan lý thuyết về Ruby Al2O3: Cr3+ [3,6,7]
Ruby (hồng ngọc hay đá đỏ) là một trong những chủng loại đá quý hiếm
nhất. Ngày nay ruby có thể sản xuất được. Ruby nhân tạo thường có tính chất hoàn
hảo, màu sắc đồng đều, độ trong tốt, kích thước lớn.
Vật liệu nền của ruby đó là Al2O3. Được tạo nên từ nhôm và oxi. Nhôm
và oxi nắm vị trí thứ 13 và 16 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.
Màu đỏ của hồng ngọc là do tâm phát quang Cr3+ phát ra. Crom là kim
loại chuyển tiếp thuộc nhóm d. Có vị trí và cấu hình như trình bày bên dưới.
Hình 1: Vị trí của nhôm và oxi trong bảng tuần hoàn.
Tâm phát quang Cr3+. Crom là kim loại chuyển tiếp có nằm ở vị trí 24
trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.
Hình 2: Vị trí của Crom trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.
Cấu hình của Crom 1s22s22p63s23p63d54s1. Do đó, cấu hình của Cr3+ là
1s22s22p63s23p63d3.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 3
Ta biết rằng oxit nhôm Al2O3 tinh khiết là không màu và ít gấy ấn tượng.
Nhưng khi nó chứa cở 1% oxit crom thì nó có màu đỏ rất đẹp. Đó là ruby, một loại
đá quý hiếm đứng sau kim cương.
Al2O3 (nhôm oxit) Al2O3:Cr3+ (ruby)
Hình 3: Hình ảnh của Al2O3 và Al2O3: Cr3+ [4]
Ngoài giá trị dùng để làm đồ
trang sức thì ruby có rất nhiều ứng
dụng trong khoa học kỹ thuật mà điểm
hình là làm môi trường hoạt tính cho
laser ruby. Đây là loại laser ra đời đầu
tiên đánh một mốc lịch sử cho ngành
khoa học laser.
Hình 4: Laser ruby
I. 1 Tính chất vật lý
Ruby nằm trong số đá quý bền nhất tìm thấy trên trái đất. Với độ cứng chỉ
thua kim cương và ít bị hiện tượng vỡ tách, ruby có thể chịu được mọi va chạm,
mài mòn trong quá trình sử dụng.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 4
I.1.1 Hiện tượng tách, nứt
Các hiện tượng này xảy ra do khoáng vật chịu ảnh hưởng của áp suất và
ngoại lực.
Các công trình nghiên cứu năm 1904 cho rằng corundum không có mặt
tách nhưng những công trình nghiên cứu gần đây nhất đối với corumdum nhân tạo
cho thấy rằng corumdum có thể bị tách dọc theo mặt hình thoi (1011) và lăng kính
lục giác (Hexagonal prism 1120). Tinh thể corundum có thể bị nứt dọc theo mặt
yếu nhất của tinh thể thường do các sai hỏng về cấu trúc gây nên. Tinh thể
corundum cũng như tinh thể của các loại đá quý khác có thể có vết nứt bất kỳ. Các
vết nứt này hình thành trong những điều kiện nhất định của quá trình mọc tinh thể
hoặc chế tác.
Về độ bền thì ruby tương đối giòn, dễ vỡ, tuy nhiên ít hơn các loại khác.
Độ cứng, tính chịu cào, xước của mặt bóng tinh thể biểu hiện độ cứng của nó.
I.1.2 Độ giãn nở nhiệt:
Độ giãn nở nhiệt của đơn tinh thể corundum được xác định bởi Belyaev
năm 1980 như sau
20 – 500C = 6.66.10-6 (deg –1) (song song trục C)
20 – 10000C = 9.03.10-6 (song song trục C)
500C = 5.0.10--6 (vuông góc với trục C)
Đặc trưng giãn nở nhiệt của ruby có ý nghĩa quan trọng trong thực tế. Độ
giãn nở do nhiệt của ruby nhỏ hơn của kim cương.
I.1.3 Độ dẫn nhiệt:
Độ trơ về nhiệt của corundum =0,262 cal.cm2. CS1/2, lớn gấp 2 lần spinel
và 3 lần garnet. Phép thử xác định giá trị độ trơ về nhiệt có thể rất có lợi trong việc
phân biệt corundum với các loại khoáng vật khác. Phép thử nhiệt được tiến hành
bởi những dụng riêng như “phép thử alpha”, trên nguyên tắc đốt nóng 1 đầu dò
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 5
nhọn đến một nhiệt độ xác định được lựa chọn, sau đó cho đầu nhọn tiếp xúc với
khoáng vật và đo xem nó bị nguội nhanh như thế nào.
I.1.4 Điểm nóng chảy và điểm sôi
Điểm nóng chảy của corundum theo Belayev (1980) là 20300C, theo một
số tác giả khác là 20500C. Điểm sôi của corundum là 35000C rất cao.
Độ tan của corundum là 9,8.10-5 g trong 100 g nước ở 290C. Corundum
tan kém trong HNO3 sôi và axit photphoric ở 3000C, nhưng hoà tan tốt trong borax
ở 800 – 10000C và trong KHSO4 ở 400 – 6000C. Do borax có khả năng hoà tan
ruby nên hết thức thận trọng khi đốt nóng borax gần sát ruby.
I.1.5 Tỷ trọng và tỷ trọng riêng
Tỷ trọng là trọng lượng tính bằng g trong 1 cm3 vật chất. Tỷ trọng riêng
thường ký hiệu SG là tỷ số giữa trọng lượng của cùng một thể tích chất và trọng
lượng của cùng một thể tích như vậy của nước ở 40C.
Tỷ trọng của corundum thường được cho là bằng 3,98g/cm3
I.2 Tính chất quang học
Corundum kết tinh trong lớp tam tà của hệ lục giác, là vật liệu khúc xạ
kép và đơn trục. Mỗi tia sáng đi tới tinh thể corundum theo mọi hướng đều bị tách
thành hai tia (trừ hướng song song với quang trục C), trong đó mỗi tia dao động
trong một mặt phẳng vuông góc với phương lan truyền và vuông góc với mặt
phẳng dao động của tia kia. Tia thứ nhất (o-ray) luôn luôn dao động vuông góc với
trục C nên có chỉ số khúc xạ (w) không đổi bằng 1,770. Tia thứ hai 9 (e – ray) dao
động trong mặt phẳng chứa trục C và có chỉ số khúc xạ () thay đổi. Khi ánh sáng
tới song song với trục C thì tia e dao động vuông góc với C và do đó cùng chỉ số
khúc xạ w. Khi ánh sáng tới vuông góc với C thì tia e dao động song song với C.
Tại điểm này sự khác nhau giữa hai chỉ số khúc xạ w và đạt giá trị lớn nhất. Hiện
tượng khúc xạ kép của corundum xảy ra mạnh nhất khi ánh sáng tới vuông góc với
trục C và giảm tới 0 khi hướng ánh sáng tới trùng với trục C.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 6
Trong corundum tia o chuyển động chậm hơn (có chỉ số khúc xạ lớn hơn)
tia e nên đặc tính quang học là đơn trục âm. Phương pháp để xác định đặc tính
quang học âm hay dương là dùng hình ảnh giao thoa hoặc ghi chỉ số khúc xạ (RI)
của các vị trí khác nhau khi quay đá 1800.
Nói chung giá trị chỉ số khúc xạ: RI1() trong khoảng từ 1,757 đến 1,772;
RI2 (w) từ 1,765 đến 1,780 tuỳ theo nguộn gốc khác nhau của vật liệu.
I.2.1 Độ lấp lánh
Độ lấp lánh dùng để chỉ số lượng và chất lượng ánh sáng mà vật liệu đá
quý phản xạ. Độ bóng bên trong đóng góp vào độ lấp lánh phụ thuộc vào chỉ số
khúc xạ, sự cân đối và độ đánh bóng. Độ lấp lánh bên ngoài là độ bóng bề mặt, và
được xác định bằng chỉ số khúc xạ.
I.2.2 Tính chất đa màu, màu sắc của ruby
Vì sự khác nhau trong đối xứng và theo hướng dao động của các tia như
trên, mỗi tia bị hấp thụ khác nhau nên 1 tia này có màu này, tia khác có màu khác.
Sự khác nhau về màu tại các hướng khác nhau gọi là đa màu. Loại đơn trục như
ruby có hai hướng dao động (w và ) nên có hai màu. Hậu quả là loại đơn trục như
corundum là “dicroic”. Song song với trục C chỉ nhìn thấy tia o nên chỉ có một
màu, không nhìn thấy pleochroism, màu tương ứng với tia e thay đổi. Sự khác biệt
lớn nhất khi ánh sáng lan truyền vuông góc với trục C. Hiện tượng pleochroism
nhìn thấy mạnh nhất dưới góc vuông so với trục C, khi đó hai màu đỏ tía nhẹ của o-
ray trộn với màu đỏ da cam của e-ray cho ra các màu trung gian. Để xác định hiệu
ứng pleochroism dùng lưỡng sắc kế.
I.2.3 Quá trình phát quang của ruby
Trong ruby crom có mặt ở dạng ion Cr3+ nghĩa là nguyên tử crom (có cấu
hình điện tử 1s22s22p63s23p63d54s1 - thường viết gọn là 3d54s) bị mất ba điện tử nên
có cấu hình điện tử trở thành 3d3 với ba điện tử không liên kết đôi. Ion Cr3+ có kích
thước lớn hơn Al3+ một chút (1,2A0 so với 1,1 A0) nên dễ tham gia vào cấu trúc của
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 7
corundum. Trong trường tinh thể của sáu ligand oxi bao quanh xảy ra sự tách vạch
năng lượng của các orbitan 3d của Cr.
Hình 5: Các mức năng lượng, các dịch chuyển và các màu hấp thụ trong
ruby[4,6,7]
Chú thích: ABSORPTION: hấp thụ; FLUORESCENCE: huỳnh quang; RED FLUORESCENCE: huỳnh quang đỏ;
RED TRNSM: truyền qua đỏ; VIOLET ABS:hấp thụ tím; SMALL BLUE TRNSM: truyền qua lam
Giản đồ hình 5a mô tả hiệu ứng của cường độ trường ligand lên các mức
năng lượng, kí hiệu theo số hạng phổ A, B, C và D. Trường thực tế của Cr3+ trong
ruby là đường chấm chấm dọc và các mức năng lượng thực tế cùng với các chuyển
dời mức được mô tả trong hình 5b, hình 5c và hình 5d. Hình 5b mô tả quá trình hấp
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 8
thụ, hình 5b mô tả quá trình phát xạ nhiệt và hình 5d mô tả quá trình huỳnh quang.
Sơ đồ trên cho phép ta giải thích màu sắc của ruby: Có hai cơ chế hấp thụ
(absorption) xảy ra (hình 5b) khi ánh sáng đi qua để chuyển Crom từ mức cơ bản
A lên mức kích thích C và thứ hai là lên mức kích thích D. Kết quả là ruby có hai
cửa sổ truyền qua ở vùng xanh lam (SMALL BLUE TRNSM) có bước sóng cở
480nm và vùng đỏ có bước sóng cở 610nm. Vì mắt người nhạy với ánh sáng màu
đỏ nên ruby có màu đỏ.
I.2.4 Phổ hấp thụ [3]
Phổ hấp thụ của ruby có các đặc trưng sau:
Vùng hấp thụ ở 400 – 450nm (tím, xanh da trời)
Vùng hấp thụ rộng ở 550nm (vùng nâu, xanh lá cây)
Vạch hẹp 468,5; 475; 476,5nm
Ngoài ra còn vùng rộng ở 550nm và hàng loạt vạch trong vùng đỏ.
I.2.5 Phổ phát xạ của ruby [6,7]
Hình 6: Phổ huỳnh quang của Ruby
Có hai đỉnh cực đại, đỉnh đặc trưng là đỉnh 694,24nm.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 9
II. Phương pháp chế tạo Ruby trong phòng thí nghiệm và trong công
nghiệp [3,6,7]
Ruby đã chế tạo thành công trong phòng thí nghiệm và chế tạo với số
lượng lớn trong công nghiệp. Một số phương pháp chính thường được sử dụng để
nuôi tinh thể ruby, dưới đây để logic tôi trình bày sơ lược, tôi không có ý trình bày
chi tiết.
II.1 Phương pháp tổng hợp từ dụng dịch nóng chảy (melt growth)
Qua các bước như sau
Nóng chảy ngọn lửa
Nóng chảy bột Al2O3 + chất tạo thành tinh thể
Nuôi tinh thể bằng phương pháp Czochralski
Nóng chảy vùng
II. 2 Phương pháp tổng hợp từ dung dịch (solution growth)
Quá trình thuỷ nhiệt
Nung chảy
II. 3 Kỹ thuật thẩm định ruby nhân tạo
Ruby nhân tạo thường có cấu trúc và tính hoàn hảo, màu sắc đồng đều, độ
trong tốt, kích thước lớn. Tuy nhiên vì có thể sản dễ dàng với số lượng lớn nên
không có tính “hiếm”, vì vậy giá trị của ruby nhân tạo so với ruby tự nhiên trong
lĩnh vực đồ trang sức khác nhau rất xa. Để phân biệt ruby nhân tạo và ruby tự nhiên
người ta thường phải kết hợp nhiều phương pháp để cho kết quả chính xác. Quan
sát hình dáng, vẻ bề ngoài của viên đá trong một số trường hợp có thể cho ta một số
thông tin dự đoán ban đầu.
III. Phương pháp thực nghiệm
Để tiến hành thực nghiệm chúng tôi đã thực hiện các phép đo tại bộ môn
Vật lý chất rắn và phòng Thí nghiệm Vật lý chất rắn, khoa Vật lý, Trường Đại học
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 10
Khoa học Huế dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Mạnh Sơn và cùng với học viên
Bùi Tiến Đạt, Nguyễn Ngọc Trắc, Lê Văn Khoa Bảo và Lê Thị Thảo Viễn
III.1 Các hệ đo của Khoa Vật lý - Trường Đại Học Khoa học Huế
III.1.1 Hệ đo phổ hấp thụ [5]
Đây là hệ đo đơn giản, tại phòng Bộ môn Vật lý chất rắn.
Sơ đồ nguyên lý hệ đo:
Nguồn Máy đơn Mẫu đo Bộ thu Bộ hiển
bức xạ sắc quang điện thị
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ hấp thụ tại phòng Bộ môn vật lý chất rắn
Hình 8: Hệ đo phổ hấp thụ thực tại phòng Bộ môn vật lý chất rắn
Đo phổ bức xạ của nguồn sáng, Io =f( ): nguồn sáng kích thích là một
đèn halogien. Sau đó cho viên ruby vào khe ta có kết quả cường độ truyền qua của
ruby như sau: I=f(). Ta có kết quả số liệu như sau
Bước sóng (nm) I0 10 (A) I10 (A) I ( ) I ) ( )
T ( ) A( ) ln
I ) ( ) I ( )
380 12.3 4 0.3252 1.1233
385 15.2 4 0.26316 1.335
390 18.2 4 0.21978 1.51513
395 22 3.5 0.15909 1.83828
400 25.5 3 0.11765 2.14007
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 11
405 29.5 2.5 0.08475 2.4681
410 33.5 2 0.0597 2.8184
415 38.5 1.5 0.03896 3.24519
420 43 1.3 0.03023 3.49884
425 48 1 0.02083 3.8712
430 53 1 0.01887 3.97029
435 57.5 0.9 0.01565 4.15715
440 61.5 0.8 0.01301 4.34218
445 65 0.8 0.01231 4.39753
450 69 1 0.01449 4.23411
455 72.5 1.2 0.01655 4.10127
460 76 2 0.02632 3.63759
465 79 3.3 0.04177 3.17553
470 81.5 5.5 0.06748 2.69585
475 85 9 0.10588 2.24543
480 87 13.8 0.15862 1.84124
485 88.5 19 0.21469 1.53856
490 89 25 0.2809 1.26976
495 89 30.5 0.3427 1.07091
500 89.5 34.8 0.38883 0.94462
505 88.5 38 0.42938 0.84542
510 87.5 39 0.44571 0.80808
515 85.5 38.5 0.45029 0.79786
520 83.5 36 0.43114 0.84133
525 81 32.8 0.40494 0.90402
530 78 28.5 0.36538 1.0068
535 74.5 24 0.32215 1.13275
540 70.5 20 0.28369 1.25988
545 66.5 16 0.2406 1.42461
550 62 12.5 0.20161 1.60141
555 57.5 9.5 0.16522 1.80049
560 53.5 7.2 0.13458 2.0056
565 49 5.5 0.11224 2.18707
570 44.8 4 0.08929 2.41591
575 40 3 0.075 2.59027
580 36.2 2.5 0.06906 2.67277
585 32.2 1.8 0.0559 2.88418
590 29 1.3 0.04483 3.10493
595 25.5 1.2 0.04706 3.05636
600 22 1 0.04545 3.09104
605 19.5 1 0.05128 2.97041
610 17 1 0.05882 2.83321
615 14.5 1 0.06897 2.67415
620 12 1.2 0.1 2.30259
625 11 1.5 0.13636 1.99243
630 10.2 1.8 0.17647 1.7346
635 8 2 0.25 1.38629
640 7 2 0.28571 1.25276
645 5.2 2 0.38462 0.95551
650 4.2 2 0.47619 0.74194
655 3.2 2 0.625 0.47
660 2.8 2 0.71429 0.33647
665 2 1.8 0.9 0.10536
670 1.8 1.5 0.83333 0.18232
675 1.2 1.2 1 0
680 1 1 1 0
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 12
Trên đó là kết quả đo được và được chúng tôi tính toán độ truyền qua, độ
hấp thụ. Để vẽ độ thị trực quan để so sánh chúng tôi sữ dụng phần mềm Microcal
Origin để vẽ. Chúng tôi đã có được kết quả như sau.
100
P h æ ® Ì n I0 = f ( )
Cêng ®é ()*10 80
60
40
20
0
350 400 450 500 550 600 650 700
B í c sã n g (n m )
Hình 9: Phổ bức xạ của nguồn halogen và phổ truyền qua của ruby
5
1 .0
4
0 .8
§é hÊp thô A
3
§é truyÒn qua T
0 .6
2
0 .4
1
0 .2
0 .0 0
350 400 450 500 550 600 650 700
B í c sã n g (n m )
Hình 10: Độ hấp thụ và độ truyền qua của ruby
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 13
Từ các phổ trên các hình cho thấy rằng các kết quả đo của chúng ta gần
sát với lý thuyết về các phổ của ruby. Tuy nhiên, về hình dạng phổ thì tương tự
nhưng vị trí các đĩnh thì không trùng khớp nhau. Theo chúng tôi có sự sai khác này
là cách tiến hành thực nghiệm của chúng tôi. Một lý do khác theo chúng tôi đó là
do chúng tôi tiến hành trên mẫu ruby khác với mẫu mà các tài liều nghiên cứu và
đo đạc.
III.1.2 Hệ đo phổ hấp thụ tự động [1]
8
8
8
8 DAC
DAC
7 8
9 6
10
2
3 3
4 4
5 ADC
ADC 5
6
1
1: Nguồn kích thích 2: Máy đơn sắc 3: PTM
4: Khuyếch đại 5: Ghi và hiển thị PC 6: Mô tơ bước
7: Hệ thấu kính hội tụ 8: Điều biến
10: Mô tơ bước
Hình 11 : Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ quang phát quang
Được chúng tôi thực hiện đo tại phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Khoa
Vật lý Trường đại học Khoa học Huế
III.1.2a Nguyên lý hoạt động của hệ đo:
Nguồn kích thích là một đèn halogen 1 được chiếu qua hệ thấu kính hội tụ
7. Hệ thấu kính này hội tụ vào khe của máy đơn sắc 2, trước khi vào máy đơn sắc
2 chùm sáng phải qua bộ điều biến 8 để có chùm tia sáng nhấp nháy theo thời gian.
Ở khe vào điều biến có một kính lọc tử ngoại. Trước khe vào máy đơn sắc có một
tấm hình tròn có đục một lổ rất nhỏ có mục đích giảm cường độ chùm sáng đi vào
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 14
(đối với việc đo phổ đèn, còn để đo phổ truyền qua của ruby chúng tôi đã gắn mẫu
ruby vào trước khe vào của máy đơn sắc 2).
Sau khi đi vào máy đơn sắc 2 chùm ánh sáng phát quang sẽ bị tán sắc và
ở khe ra máy đơn sắc thu được bức xạ đơn sắc có tần số xác định. Các tia sáng đơn
sắc được thu nhận nhờ nhân quang điện 3, tại đây tín hiệu ánh sáng sẽ được chuyển
thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện sẽ được khuếch đại bằng kỹ thuật lọc lựa hoặc
tách sóng đồng bộ sử dụng Lock-in Amplifier (đây là bộ khuyếch đại hiện có tại
phòng thí nghiệm), kỹ thuật này nhằm loại bỏ nhiễu và làm tăng tỉ số tín hiệu trên
nhiễu, tín hiệu thu được ở lối ra của bộ Lock-in Amplifier 4 là tín hiệu tương tự
(Analog) được đưa vào Card chuyển đổi ADC, tại đây tín hiệu tương tự sẽ được
chuyển đổi thành tín hiệu số (Digital) để đưa vào máy vi tính PC 5, máy vi tính sẽ
ghi lại kết quả và xữ lý. Để tạo ra tín hiệu chuẩn, người ta dùng một bộ điều biến
quang học (chopper), bộ phận này vừa điều biến tín hiệu quang vừa tạo tín hiệu
chuẩn cho bộ khuyếch đại Lock-in Amplifier. Đây là tín hiệu chuẩn (reference) để
so sánh với tín hiệu lối vào về tần số và pha dao động của chúng. Việc thay đổi
bước sóng sử dụng motor bước để quay cách tử trong máy đơn sắc. Việc điều khiển
motor bước được thực hiện nhờ máy vi tính qua Card chuyển đổi DAC, điều này
phù hợp với việc điều khiển hệ thống từ máy vi tính qua motor 6 bước ghép nối với
máy đơn sắc nhờ một chương trình phần mềm chuyên dụng.
Kết quả ta thu được cường độ của phổ đèn I0 () (khi ở khe vào của máy
đơn sắc chưa gắn mẫu) và cường độ độ truyền qua ruby I() (khi khe vào của máy
đơn sắc đã có mẫu ruby).
Sơ đồ thiết bị thực của hệ đo này tại Phòng thí nghiệm Vật lý Chất rắn ,
Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Huế.
III.1.2 b Một số thiết bị thực tại Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 15
Hệ thấu kính Máy đơn sắc và motor bước
Bộ Lock-in Amplifier Máy vi tính
Hình 12: Một số thiết bị trong hệ đo phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang tại Phòng
thí nghiệm Vật lý chất rắn
III.1.2c Các bước thực nghiệm đo phổ hấp thụ của ruby bằng hệ đo
tự động tại Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn
Bước 1: Bật các nguồn của hệ đo.
Bước 2: Chỉnh hệ đo cho ổn định phải sau 10 đến 15 phút để hệ đo ổn
định.
Bước 3: Đặt vị trí cách tử tại các vị trí gần với các vị trí ta cần đo. Chẳng
hạn, trong trường hợp này ta Đặt cách tử của máy đơn sắc ở 13.6 (tương ứng với
bước sóng là 406,32nm).
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 16
Bước 4: Bắt đầu đo
Ta tắt hết điện phòng. Mở chương trình phần mềm ở máy vi tính ra.
Nhấn chuột vào
đây
Hình 13: Cách khởi động phần mềm đo phổ
Vào My Computer C Pho PHO.exe để khởi động chương trình
đo phổ.
Ở mục Grating có 2 cách chọn 651 vạch /mm và 1302 vạch /mm, ta chọn
651 vạch /mm. Nhấn Enter
Ở mục Max Y (Volt) có 2 cách chọn 1 và 3. Ta chọn 3 V. Nhấn Enter
Ở mục Scan rate (min./100nm): Ta đặt tốc độ quét. Tuỳ theo cách đo mà
ta có thể chọn tốc độ này nhanh hay chậm. Để coi phổ như thế nào hoặc với phổ
đám thì ta chọn tốc độ quét nhanh để đở mất thời gian. Với các phổ vạch và phổ rất
nét ta phải chọn tốc độ quét chậm. Nhược điểm lớn nhất của tốc độ quét chậm là
mất thời gian. Chọn xong nhấn Enter
Ở mục Input wavelength
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 17
Minimum wavelength (nm): Ta nhập bước sóng nhỏ nhất cần đo vào
đây.
Maximum wavelength(nm): Ta nhập bước sóng dài nhất cần đo vào đây.
Current wavelength(nm): Ta nhập bước sóng hiện thời vào đây. (Bước
sóng này tương ứng với bước sóng mà chúng ta đặt cách tử. Ví dụ: Đặt cách tử là
13.6 thì điền vào ô Current wavelength (nm) là 406.32; còn nếu ta đặt cách tử 18.2
thì điền vào ô Current wavelength(nm) 649.23)
Chọn Ok.
Chương trình bắt đầu đo phổ đối với khoảng bước sóng đã chọn. Khi đo
xong. Màn hình xuất hiện hộp thoại Return Come back the startpoint? Chọn No.
Màn hình xuất hiện hộp thoại Message save? Chọn Yes. Màn hình xuất hiện File
name, ta đặt tên cho kết quả phổ vừa đo vào ô này. Xong nhấn Ok. Màn hình xuất
hiện hộp thoại Message Continuously measure? Chọn No nếu xong tiếp tục đo
nửa, nhấn Enter để thoát chương trình. Chọn Yes nếu tiếp tục đo.
Khi đó ở ổ đĩa C của máy tính tự động tạo một Folder(thư mục) có tên
KETQUA chứa tất cả các tập tin kết quả mà chúng ta vừa đo.
Các tập tin chứa kết quả
đo nằm trong này
Hình 14: Vị trí của thư mục chứa các tập tin ghi kết quả
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 18
Để copy kết quả đo. Ta vào My Computer C KETQUA để copy các
tập tin chúng ta vừa đo.
Bước 5: Tắt hệ đo.
Sau khi tiến hành đo đạc xong ta phải tắt hệ đo.
+Trả hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại về hệ số khuyếch đại thấp.
+Hạ nguồn nuôi của nhân quang điện xuống điện áp thấp, sau đó tắt
nguồn nuôi.
+Tắt các nguồn phụ
-Tắt nguồn nuôi đèn neon
-Tắt máy đơn sắc
-Tắt nguồn nuôi khuyếch đại và tắt nguồn nuôi điều biến
-Tắt máy vi tính (tắt trước hay sau cũng được)
III.1.2 d Kết quả thu được sau khi xử lý qua phần mềm Microcal
Origin
Nhận xét: Ta thấy rằng khi tiến hành qua hệ đo tự động thì hình dạng của
các phổ vẩn không thay đổi. Chúng chỉ có thay đổi một đôi chút về vị trí các đỉnh.
Có thể giải thích được có sự sai khác này là do các nguyên nhân sau đây: Có thể là
do hệ đo, do cách đọc của chúng ta và do mẫu ruby trong 2 cách đo khác nhau.
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
- 19
2 .5 P h æ ® Ì n h a lo g e n I 0= f( )
P h æ tr u y Ò n q u a R u b y I= f ( )
2 .0
1 .5
Cêng ®é 1 .0
0 .5
0 .0
400 450 500 550 600 650 700 750
B í c son g (n m )
Hình 15: Phổ bức xạ của đèn neon và phổ truyền qua ruby được đo bằng hệ đo
hấp thụ tự động
0 .8 1 .0
0 .7
0 .9
0 .6
§é truyÒn qua T()
§é truyÒn qua T()
0 .8
0 .5
0 .4 0 .7
0 .3
0 .6
0 .2
0 .5
0 .1
0 .0 0 .4
400 450 500 550 600 650 700 750
B í c sã n g (n m )
Hình 16: Độ hấp thụ và độ truyền qua của ruby được đo bằng hệ đo tự động
III.1.3 Hệ đo phổ phát quang [1]
Báo Cáo Thực tập chuyên đề
nguon tai.lieu . vn
