(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng của vật liệu znal2o4 pha tạp cu3+ trong chế tạo LED phát ánh sáng đỏ đỏ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐINH THỊ TÚ HÂN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU ZnAl2O4 PHA TẠP Cr3+ TRONG CHẾ TẠO LED PHÁT ÁNH SÁNG ĐỎ-ĐỎ XA Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 NGƢỜI HƢỚNG DẪN : HD1: TS ĐỖ QUANG TRUNG HD2: TS NGUYỄN TƢ download by : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học đƣợc trình bày luận văn thành nghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu chƣa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt đƣợc xác trung thực Quy Nhơn, ngày 20 tháng 07 năm 2019 Ngƣời cam đoan Đinh Thị Tú Hân download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Phạm Thành Huy, TS Đỗ Quang Trung, TS Nguyễn Tƣ sinh viên Phạm Thùy Trang, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, dạy, tạo điều kiện thuận lợi cung cấp kiến thức khoa học quý giá giúp em hoàn thành tốt luận văn Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại Học Quy Nhơn, Đại học Phenikaa, Ban Chủ nhiệm khoa Thầy Cơ giáo Khoa Vật lí - Trƣờng Đại Học Quy Nhơn Đại học Phenikaa tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian qua Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, quan, đồng nghiệp, bạn bè tạo điều kiện, động viên chia sẻ, giúp đỡ khắc phục khó khăn q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn ! Tác giả luận văn Đinh Thị Tú Hân download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu: Bố cục đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu huỳnh quang 1.1.1 Hiện tƣợng phát quang 1.1.2 Cơ chế phát quang vật liệu 1.1.3 Cơ chế phát quang bột huỳnh quang 1.2 Quá trình nghiên cứu loại bột huỳnh quang 1.3 Cấu trúc Spinel 1.4 Cấu trúc tính chất quang ZnAl2O4 :Cr3+ 11 1.5 Tình hình nghiên cứu nƣớc 13 1.6 Các phƣơng pháp tổng hợp bột huỳnh quang 13 1.6.1 Phƣơng pháp phản ứng pha rắn 14 1.6.2 Phƣơng pháp đồng kết tủa 15 1.6.3 Phƣơng pháp thuỷ nhiệt 16 1.6.4 Phƣơng pháp Sol-gel 18 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21 2.1 Mở đầu 21 2.2 Quy trình chế tạo bột huỳnh quang ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ 21 2.2.1 Hóa chất thiết bị 21 2.2.1.1 Hóa chất 21 2.2.1.2 Thiết bị 22 download by : skknchat@gmail.com 2.2.2 Quy trình chế tạo bột huỳnh quang ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ 25 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu phân tích hình thái bề mặt, cấu trúc tinh thể, thành phần nguyên tố tính chất quang vật liệu 27 2.3.1 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét 27 2.3.2 Phƣơng pháp giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 29 2.3.3 Phƣơng pháp xác định thành phần hóa học 33 2.3.4 Phƣơng pháp đo phổ huỳnh quang 34 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Nghiên cứu hình thái bề mặt kích thƣớc hạt vật liệu 36 3.2 Nghiên cứu thành phần nguyên tố vật liệu 37 3.3 Nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu 38 3.3.1 Kết khảo sát XRD theo nhiệt độ thiêu kết 38 3.3.2 Kết khảo sát XRD theo nồng độ pha tạp 41 3.4 Nghiên cứu tính chất quang vật liệu ZnAl2O4:Cr3+ 42 3.4.1 Phổ kích thích huỳnh quang phổ huỳnh quang bột ZnAl2O4:Cr3+ 43 3.4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ thiêu kết lên tính chất quang vật liệu 44 3.4.3 Ảnh hƣởng nồng độ Cr3+ đến tính chất quang vật liệu 47 3.5 Thử nghiệm bột ZnAl2O4:Cr3+ LED chiếu sáng nông nghiệp 49 3.5.1 Thử nghiệm 1: Phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp UV LED 395 nm 49 3.5.2 Thử nghiệm 2: Phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp BLUE LED 460 nm 51 3.5.3 Thử nghiệm 3: Phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp Green LED 520 nm 51 KẾT LUẬN 53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt EDS KLCT PL PLE Tiếng Anh Tiếng Việt Energy dispersive spectroscopy Phổ tán sắc lƣợng Transition metal Kim loại chuyển tiếp Photoluminescence spectrum Phổ huỳnh quang Photoluminescence excitation Phổ kích thích spectrum quang SEM Scanning electron microscope Hiển vi điện tử quét XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X LED Light emitting diode Điốt phát quang CRI Color rendering index Hệ số trả màu FESEM huỳnh Field Emission Scanning Electron Hiển vi điện tử quét phát Microscope xạ trƣờng download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Giản đồ Jablonski mô tả hấp thụ ánh sáng phát quang [9] Hình Sơ đồ mơ tả q trình hấp thụ điện tử phát xạ ánh sáng bột huỳnh quang KLa(WO4)2:Eu3+ [11] Hình Sơ đồ mơ tả q trình nghiên cứu phát triển loại bột huỳnh quang [12] Hình Cấu trúc tinh thể spinel thuận [5] Hình Cấu trúc tinh thể ZnAl2O4 [13] 11 Hình Phổ kích thích huỳnh quang (a) phổ huỳnh quang tinh thể ZnAl2O4: Cr3+ tổng hợp 2000C (b) [7] 12 Hình Bình phản ứng dùng phƣơng pháp thủy nhiệt 17 Hình Sơ đồ chế tạo bột huỳnh quang phƣơng pháp Sol-gel 19 Hình Các thiết bị để chế tạo bột huỳnh quang ZnAl2O4:(Cr3+) phƣơng pháp sol-gel: cân phân tích (a), bể rung siêu âm (b), máy khuấy từ có gia nhiệt (c), máy quay ly tâm (d), Tủ sấy (e), lò nung Nabertherm (f) 22 Hình 2 Quy trình chế tạo bột huỳnh quang ZnAl2O4 đồng pha tạp ion Cr3+ phƣơng pháp Sol-gel 26 Hình Các tín hiệu sóng điện từ phát xạ từ mẫu tán xạ [9,16] 28 Hình Tán xạ tia X từ nguyên tử mạng tinh thể [17] 30 Hình Thiết bị đo nhiễu xạ tia X 32 Hình Ảnh thiết bị đo ảnh FESEM đƣợc tích hợp với đầu đo EDS [18] 33 Hình Hệ đo phổ huỳnh quang, kích thích huỳnh quang [16] 35 Hình Ảnh FESEM mẫu ZnAl2O4:Cr3+ chế tạo phƣơng pháp sol-gel thiêu kết nhiệt độ khác môi trƣờng download by : skknchat@gmail.com không khí: (a) 600 C; (b) 1000 C; (c) 1100 C; (d) 1200 C; (e) 1300 C (f) 1400 C 36 Hình Ảnh FESEM Phổ tán sắc lƣợng tia X (EDS) bột ZnAl2O4:Cr3+ 0,8% khuếch tán nhiệt độ 1300oC thời gian 37 Hình 3 Phổ nhiễu xạ tia X ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ 0,8% ủ nhiệt độ 600, 700, 900, 1100 1400 0C thời gian mơi trƣờng khơng khí 39 Hình Đƣờng biểu diễn cƣờng độ đỉnh nhiễu xạ mặt tinh thể (311) mẫu ZnAl2O4 thiêu kết nhiệt độ khác 40 Hình Giản đồ XRD mẫu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ với nồng độ khác từ 0,2% đến 2,0% đƣợc thiêu kết 1200 C mơi trƣờng khơng khí (a) Sự dịch đỉnh nhiễu xạ mặt tinh thể (311) phía góc 2 nhỏ tăng nồng độ Cr3+ pha tạp (b) 42 Hình Phổ kích thích huỳnh quang đo bƣớc sóng 687 nm mẫu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ với nồng độ 0,6% đƣợc thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí 43 Hình Phổ huỳnh quang với hai bƣớc sóng kích thích 390 nm 532 nm mẫu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ với nồng độ 0,6% đƣợc thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí 44 Hình Phổ huỳnh quang kích thích bƣớc sóng 390 nm mẫu ZnAl2O4: 0,8%Cr3+ chế tạo phƣơng pháp sol-gel thiêu kết nhiệt độ khác mơi trƣờng khơng khí 45 Hình Đƣờng biểu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang vào nhiệt độ thiêu kết mẫu ZnAl2O4:0,8%Cr3+ chế tạo phƣơng pháp sol-gel 46 download by : skknchat@gmail.com Hình 10 Phổ huỳnh quang kích thích bƣớc sóng 390 nm mẫu ZnAl2O4:x%Cr3+ (x=0,2-5%) chế tạo phƣơng pháp sol-gel thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí 48 Hình 11 Đƣờng biểu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang vào nồng độ pha tạp Cr3+của mẫu ZnAl2O4 chế tạo phƣơng pháp Solgel thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí 48 Hình 12 Mơ hình giải thích chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ pha tạp Cr3+ 49 Hình 13 Kết đo phổ điện huỳnh quang đèn LED đỏ chế tạo cách phủ ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp LED 395 nm với dịng kích 0,3A (a) giản đồ CIE tƣơng ứng (b) 50 Hình 14 Kết đo phổ điện huỳnh quang mẫu bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ phủ lên chíp LED 460 nm với dịng kích 0,3A (a) Giản đồ CIE LED tƣơng ứng 51 Hình 15 Kết đo phổ điện huỳnh quang mẫu bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ phủ lên chíp LED 520 nm với dịng kích 0,3A (a) Giản đồ CIE LED tƣơng ứng (b) 52 download by : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Các điốt phát quang ánh sáng trắng (WLED) đƣợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghiệp dân dụng WLED có ƣu điểm vƣợt trội so với loại đèn truyền thống nhƣ kích thƣớc bé, tiết kiệm lƣợng, tuổi thọ cao, hiệu suất cao đặc biệt thân thiện với môi trƣờng [1] Hiện nay, WLED thƣơng mại thƣờng đƣợc chế tạo cách phủ lớp bột huỳnh quang màu vàng cam YAG:Ce 3+ lên chíp LED xanh lam (Blue: InGaN) Hạn chế lớn WLED hệ số trả màu thấp (CRI7750K) [2] Để khắc phục nhƣợc điểm cần phải bổ sung bột phát xạ ánh sáng đỏ/đỏ xa (hỗn hợp với bột YAG:Ce3+) Việc chế tạo loại bột huỳnh quang phát xạ đỏ/đỏ xa đƣợc cơng bố nhiều nhóm nghiên cứu năm gần Tuy nhiên, loại bột thƣờng hấp thụ mạnh vùng tử ngoại (UV) cận tử ngoại (NUV), điều gây khó khăn khơng nhỏ việc chế tạo WLED Do đó, việc nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ hấp thụ mạnh vùng xanh lam (blue) nhằm ứng dụng WLED thƣơng mại vấn đề cấp thiết cho nhiều nhóm nghiên cứu tồn giới Kẽm aluminate (ZnAl2O4) có cấu trúc spinel, chất bán dẫn vùng cấm rộng (~3,8 eV), đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ chất xúc tác hỗ trợ nhiều phản ứng xúc tác độ ổn định nhiệt cao, nồng độ axit bề mặt thấp kị nƣớc [3]–[7] Với độ rộng vùng cấm lớn, loại vật liệu đƣợc ứng dụng thiết bị quang điện tử nhƣ màng dẫn điện suốt, màng mỏng hiển thị cảm biến [6] Bên cạnh đó, cơng bố cho thấy bột ZnAl2O4 pha tạp ion Cr3+ Mn4+ cho phát xạ vùng ánh download by : skknchat@gmail.com 43 3.4 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU ZnAl2O4:Cr3+ 3.4.1 Phổ kích thích huỳnh quang phổ huỳnh quang bột ZnAl2O4:Cr3+ Hình 3.6 trình bày kết đo phổ kích thích huỳnh quang đo bƣớc sóng 687 nm của mẫu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ với nồng độ khác từ 0,6% đƣợc thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí Dễ dàng nhận thấy vật liệu hấp thụ mạnh hai vùng xung quanh bƣớc sóng 390 nm 532 nm Trong đó, vùng hấp thụ rộng bƣớc sóng cực đại 390 nm có nguồn gốc từ dịch chuyển điện tử từ 4A2(4F) → 4T1(4F) [15] vùng hấp thụ xanh với cực đại 532 nm có nguyên nhân từ dịch chuyển 4A2(4F) → 4T2(4F) ion Cr3+ [19] Bên cạnh đó, bờ vai hấp thụ xung quanh 410 nm đƣợc quan sát Kết đo phổ kích thích huỳnh quang yếu tố quan trọng để chúng tơi chọn bƣớc sóng kích thích cho nghiên cứu Hình Phổ kích thích huỳnh quang đo bƣớc sóng 687 nm mẫu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ với nồng độ 0,6% đƣợc thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí download by : skknchat@gmail.com 44 Hình Phổ huỳnh quang với hai bƣớc sóng kích thích 390 nm 532 nm mẫu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ với nồng độ 0,6% đƣợc thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí Trên sở phổ kích thích huỳnh quang, chúng tơi chọn hai bƣớc sóng kích thích 390 nm 532 nm để nghiên cứu phổ huỳnh quang mẫu thực nghiệm Hình 3.7 phổ huỳnh quang với hai bƣớc sóng kích thích 390 nm 532 nm mẫu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ với nồng độ khác từ 0,6% đƣợc thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí 3.4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ thiêu kết lên tính chất quang vật liệu Để khảo sát tính chất quang vật liệu, tiến hành đo phổ huỳnh quang đƣợc kích thích bƣớc sóng khác đo phổ huỳnh quang 3D Các kết nghiên cứu đƣợc thể phần sau Kết download by : skknchat@gmail.com 45 vật liệu phát xạ mạnh vùng đỏ với nhiều vạch phát xạ hẹp bƣớc sóng 667, 677, 687, 698, 709, 718 724 nm Trong đó, đỉnh phổ 687 nm có cƣờng độ mạnh Nguồn gốc đỉnh phát xạ đƣợc giải thích q trình tái hợp điện tử lỗ trống trình chuyển mức 2E(2G) → 4A2(4F) ion Cr3+ [6][7] Một điều cần đƣợc ý hình dạng phổ huỳnh quang mẫu ZnAl2O4:0,8%Cr3+ kích thích hai bƣớc sóng khác (390 nm 532 nm) gần nhƣ không thay đổi Tuy nhiên cƣờng độ phổ PL kích thích 390 nm cao khoản ~2 lần so với phổ PL kích thích 532 nm Kết phù hợp với phổ PLE nhƣ hình 3.6 Hình Phổ huỳnh quang kích thích bƣớc sóng 390 nm mẫu ZnAl2O4: 0,8%Cr3+ chế tạo phƣơng pháp sol-gel thiêu kết nhiệt độ khác môi trƣờng không khí download by : skknchat@gmail.com 46 Ảnh hƣởng nhiệt độ thiêu kết lên tính chất quang ZnAl2O4:Cr3+ đƣợc nghiên cứu chi tiết kết trình bày hình 3.8 Có thể thấy nhiệt độ ủ mẫu thấp (600 C), phát xạ đặc trƣng ion Cr3+ gần nhƣ không đƣợc quan sát Điều nhiệt độ thiêu kết thấp, tinh thể chƣa phát triển tốt, ion Cr3+ khó khuếch tán vào mạng Tuy nhiên, nhiệt độ tăng lên 700 C, phổ huỳnh quang bắt đầu xuất đỉnh phát xạ đặc trƣng cho ion Cr3+ cƣờng độ tăng dần theo nhiệt độ thiêu kết Hình Đƣờng biểu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang vào nhiệt độ thiêu kết mẫu ZnAl2O4:0,8%Cr3+ chế tạo phƣơng pháp sol-gel Để rõ ràng hơn, vẽ đƣờng biểu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang (đỉnh 687 nm) vào nhiệt độ thiêu kết kết hình 3.9 Có thể thấy cƣờng độ huỳnh quang bắt đầu tăng mạnh với nhiệt độ download by : skknchat@gmail.com 47 thiêu kết từ 900 C-1200 C tăng chậm nhiệt độ lớn 1300 C Điều giải thích hai nguyên nhân sau Thứ nhất, nhiệt độ tăng, làm chất lƣợng tinh thể pha ZnAl2O4 đƣợc cải thiện làm tăng cƣờng tính chất quang mẫu, điều phù hợp với giản đồ nhiễu xạ tia X hình 3.3 Thứ hai, trình khuếch tán ion Cr3+ tỷ lệ với nhiệt độ thiêu kết làm tăng cƣờng độ PL mẫu Sự tăng chậm cƣờng độ PL nhiệt độ lớn 1200 C cho phép dự đoán cấu trúc tinh thể ZnAl2O4 bị phá hủy nhiệt độ cao (≥ 1500 C ) 3.4.3 Ảnh hƣởng nồng độ Cr3+ đến tính chất quang vật liệu Hình 3.10 phổ huỳnh quang kích thích bƣớc sóng 390 nm mẫu ZnAl2O4 pha tạp với nồng độ Cr3+ khác từ 0,2% đến 5% chế tạo phƣơng pháp sol-gel thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí Kết nhận đƣợc cho thấy hình dạng phổ PL mẫu tỷ lệ pha tạp khác gần nhƣ không đổi, nhƣng cƣờng độ phát xạ phụ thuộc mạnh vào nồng độ Cr3+ pha tạp Đầu tiên cƣờng độ PL tăng lên, sau giảm xuống đạt giá trị cực đại nồng độ pha tạp 0,8% Đƣờng biểu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang vào nồng độ pha tạp Cr3+ đƣợc nhƣ hình 3.10 Hiện tƣợng cƣờng độ phát quang giảm nồng độ tạp cao đƣợc giải thích dập tắt huỳnh quang [7][28] download by : skknchat@gmail.com 48 Hình 10 Phổ huỳnh quang kích thích bƣớc sóng 390 nm mẫu ZnAl2O4:x%Cr3+ (x=0,2-5%) chế tạo phƣơng pháp sol-gel thiêu kết 1300 C môi trƣờng không khí Hình 11 Đƣờng biểu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang vào nồng độ pha tạp Cr3+của mẫu ZnAl2O4 chế tạo phƣơng pháp Sol-gel thiêu kết 1300 C mơi trƣờng khơng khí download by : skknchat@gmail.com 49 Chúng tơi đƣa mơ hình đơn giản để giải thích tƣợng dập tắt huỳnh quang nhƣ hình 3.12 Trên hình 3.12a mơ tả trình phát quang ion pha tạp Cr3+ Khi nồng độ pha tạp Cr3+ tăng, mật độ tái hợp điện tử lỗ trống tâm phát quang tăng lên, dẫn đến cƣờng độ PL tăng Tuy nhiên, nồng độ pha tạp tăng đến giới hạn xác định, khoảng cách ion Cr3+ đủ nhỏ, xảy trình truyền lƣợng ion kết làm cho cƣờng độ PL giảm xuống nhƣ hình 3.12b Hình 12 Mơ hình giải thích chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ pha tạp Cr3+ 3.5 THỬ NGHIỆM BỘT ZnAl2O4:Cr3+ TRONG LED CHIẾU SÁNG NÔNG NGHIỆP Trên sở kết nghiên cứu phổ kích thích huỳnh quang phổ huỳnh quang, tiến hành thử nghiệm ứng dụng chế tạo loại đèn LED đỏ cách phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ chíp LED: (1) 395 nm, (2) 460 nm (3) 520 nm phân tích thơng số quang học 3.5.1 Thử nghiệm 1: Phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp UV LED 395 nm Hình 3.13 phổ điện huỳnh quang (a) giản đồ CIE (b) LED đỏ download by : skknchat@gmail.com 50 đƣợc chế tạo cách phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp LED 395 nm Trên hình 3.13a, phổ điện huỳnh quang cho thấy có hai vùng phát xạ: thứ phát xạ vùng cận tử ngoại (NUV) xung quanh bƣớc sóng 398 nm thứ hai phát xạ vùng đỏ-đỏ xa (670-740 nm) Trong phát xạ NUV có nguồn gốc từ chíp LED 395 nm phát xạ vùng đỏ-đỏ xa liên quan đến phát xạ bột huỳnh quang ZnAl2O4:0,8%Cr3+ Trên hình 3.13b hiển thị giản đồ CIE đèn LED đỏ vừa chế tạo kết tọa độ màu (x,y) có giá trị lần lƣợt x=0,2727; y=0,1199 Ảnh sắc nét đèn LED đỏ chèn hình 3.13a chứng quan trọng chứng tỏ đèn LED đỏ đƣợc thử nghiệm chế tạo thành cơng Hình 13 Kết đo phổ điện huỳnh quang đèn LED đỏ chế tạo cách phủ ZnAl2O4:0,8%Cr3+ thiêu kết 1400 0C lên chíp LED 395 nm với dịng kích 0,3A (a) giản đồ CIE tƣơng ứng (b) download by : skknchat@gmail.com 51 3.5.2 Thử nghiệm 2: Phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp BLUE LED 460 nm Tƣơng tự, chúng tơi phủ bột huỳnh quang ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp Blue-LED (460 nm) kết đƣợc trình bày hình 3.14 Trên hình 3.14a, phổ điện huỳnh quang LED cho thấy có hai vùng phát xạ đặc trƣng cho chíp LED 460 nm bột huỳnh quang ZnAl2O4:0,8%Cr3+ Tọa độ màu thu đƣợc giản đồ CIE ứng với x= 0,2657 y=0,1066 Kết khẳng định tiềm ứng dụng bột huỳnh quang chế tạo WLED có CRI cao Hình 14 Kết đo phổ điện huỳnh quang mẫu bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ thiêu kết 1400 0C phủ lên chíp LED 460 nm với dịng kích 0,3A (a) Giản đồ CIE LED tƣơng ứng 3.5.3 Thử nghiệm 3: Phủ bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ lên chíp Green LED 520 nm Phổ PLE cho thấy bột ZnAl2O4:Cr3+ hấp thụ mạnh vùng xanh với bƣớc sóng cực đại 532 nm Do đó, chúng tơi thử nghiệm phủ bột thu đƣợc lên chíp LED 520 nm kết đƣợc trình bày hình 3.15 Tƣơng tự nhƣ download by : skknchat@gmail.com 52 trên, phổ điện huỳnh quang hình 3.15a cho hai vùng phát xạ đặc trƣng cho chíp LED (vùng xanh 520 nm) cho bột huỳnh quang ZnAl2O4:Cr3+ (vùng đỏ/đỏ xa) Tọa độ màu thu đƣợc từ giản đồ CIE ứng với x=0,2314 y=0,6536 Ở việc nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố khác nhƣ độ dày lớp bột huỳnh quang phủ lên chíp LED, tỉ lệ keo silicon mẫu điện áp/dòng điện lên thông số đèn LED cần đƣợc thực nghiên cứu Hình 15 Kết đo phổ điện huỳnh quang mẫu bột ZnAl2O4:0,8%Cr3+ thiêu kết 1400 0C phủ lên chíp LED 520 nm với dịng kích 0,3A (a) Giản đồ CIE LED tƣơng ứng (b) download by : skknchat@gmail.com 53 KẾT LUẬN Trong khoảng thời gian ngắn học tập nghiên cứu Khoa Vật lý – Trƣờng Đại học Quy Nhơn kết hợp Trƣờng Đại học PHENIKAA tác giả thu đƣợc kết nhƣ sau Đã xây dựng quy trình chế tạo bột ZnAl2O4:Cr3+ phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ phƣơng pháp Sol-gel, kết hợp với thiêu kết mơi trƣờng khơng khí Đã khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu đến hình thái bề mặt cấu trúc tinh thể vật liệu ZnAl2O4:Cr3+ Kết cho thấy pha tinh thể ZnAl2O4 hình thành nhiệt độ 600 °C chất lƣợng tinh thể có xu hƣớng tăng dần theo nhiệt độ thiêu kết Đã khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu nồng độ pha tạp Cr3+ lên tính chất quang vật liệu Dƣới điều kiện thực nghiệm bột huỳnh quang thu đƣợc tốt với mẫu pha tạp 0,8% thiêu kết 1400 0C thời gian Đã thử nghiệm chế tạo thành công đèn LED phát xạ đỏ sở bột huỳnh quang thu đƣợc chíp LED (395 nm, 460 nm 520 nm) Kết cho thấy tiềm ứng dụng cao bột ZnAl2O4:Cr3+ chế tạo đèn LED phát xạ đỏ chuyên dụng cho trồng download by : skknchat@gmail.com 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Zabiliūtė-Karaliūnė, H Dapkus, R.P Petrauskas, S Butkutė, A Žukauskas, A Kareiva, Cr 3+ doped yttrium gallium garnet for phosphor-conversion light emitting diodes, Lith J Phys 55 (2015) 200–207 [2] M Willander, O Nur, N Bano, K Sultana, Zinc oxide nanorod-based heterostructures on solid and soft substrates for white-light-emitting diode applications, New J Phys 11 (2009), 123-345 [3] J Ma, G Qi, Y Chen, S Liu, S Cao, X Wang, Luminescence property of ZnAl2O4:Cr3+ phosphors co-doped by different cations, Ceram Int 44 (2018) 11898–11900 [4] S V Motloung, F.B Dejene, H.C Swart, O.M Ntwaeaborwa, Effects of Cr3+ mol% on the structure and optical properties of the ZnAl 2O4:Cr3+ nanocrystals synthesized using sol-gel process, Ceram Int 41 (2015) 6776–6783 [5] B.S Ravikumar, H Nagabhushana, S.C Sharma, Y.S Vidya, K.S Anantharaju, Calotropis procera mediated combustion synthesis of ZnAl2O4:Cr3+nanophosphors: Structural and luminescence studies, Spectrochim Acta - Part A Mol Biomol Spectrosc 136 (2015) 1027– 1037 [6] V Singh, R.P.S Chakradhar, J.L Rao, H.Y Kwak, EPR and photoluminescence properties of combustion-synthesized ZnAl2O4:Cr3+ phosphors, J Mater Sci 46 (2011) 2331–2337 [7] D Zhang, Y.H Qiu, Y.R Xie, X.C Zhou, Q.R Wang, Q Shi, S.H Li, W.J Wang, The improvement of structure and photoluminescence download by : skknchat@gmail.com 55 properties of ZnAl2O4:Cr3+ ceramics synthesized by using solvothermal method, Mater Des 115 (2017) 37–45 [8] L Cornu, M Duttine, M Gaudon, V Jubera, Luminescence switch of Mn-Doped ZnAl2O4 powder with temperature, J Mater Chem C (2014) 9512–9522 [9] L.T Hà, Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang SrPB, SrPCl Y2O3 pha tạp Eu ứng dụng đèn huỳnh quang, Luận án Tiến sĩ, 2016 [10] Phùng Hồ, Giá trình Vật lý bán dẫn, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 [11] K.K Rasu, D Balaji, S.M Babu, Spectroscopic properties of Eu3+:KLa(WO4)2 novel red phosphors, Journal of Luminescence, 170 (2015) 547-555 [12] J.H Oh, Y.J Eo, H.C Yoon, Y.-D Huh and Y.R Do, Evaluation of new color metrics: Guidelines for developing narrow-band red phosphors for WLEDs, Journal of Materials Chemistry C, (2016) 8326-8348 [13] K Lucenildo, D Silva, M Wilkening, H Hahn, P Heitjans, A simple and straightforward mechanochemical synthesis of the far-fromequilibrium zinc aluminate, ZnAl2O4, and its response to thermal treatment, RSC Advances, (2015) 54321–54328 [14] G Rani, Annealing effect on the structural, optical and thermoluminescent properties of ZnAl2O4:Cr3+, Powder Technol 312 (2017) 354-359 [15] B Viana, S.K.Sharma, E Teston, D Scherman, C Richard , Long term in vivo imaging with Cr3+ doped spinel nanoparticles exhibiting persistent luminescence, Journal of Luminescence, 170 (2016) 879-887 download by : skknchat@gmail.com 56 [16] T.T.H Tâm, Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang Akermanite M2MgSi2O7:Eu2+ (M=Ca, Sr, Ba), Luận án tiến sĩ, 2016 [17] https://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%85u_x%E1%BA%A1_tia _X, 1728 (2014) 1726–1728 [18] Đỗ Quang Trung, Nghiên cứu chế tạo khảo sát trình chuyển pha ZnS/ZnO cấu trúc nano ZnS chiều, Luận án tiến sĩ, 2014 [19] T.T Loan, N.N Long, Synthesis and Optical Properties of ZnAl2O4/Al2O3:Cr3+ Composite Materials, Journal of Science Mathematics-Physics, 34 (2018) 1–7 [20] Z Fang, S Zheng, W Peng, H Zhang, S Zhou, D Chen, J Qiu, Fabrication and Characterization of Glass-Ceramic Fiber-Containing Cr3+-Doped ZnAl2O4 Nanocrystals, Journal of the American Ceramic Society, 2775 (2015) 2772–2775 [21] X Xue, R.L Penn, E.R Leite, F Huang, Z Lin, Crystal growth by oriented attachment: kinetic models and control factors, CrystEngComm 16 (2014) 1419 [22] P Švančárek, R Klement, D Galusek, Photoluminescence of (ZnO)XZ(SiO2)Y:(MnO)Z green phosphors prepared by direct thermal synthesis: The effect of ZnO/SiO2 ratio and Mn2+ concentration on luminescence, Ceram Int 42 (2016) 16852–16860 [23] K Omri, L El Mir, In-situ sol–gel synthesis of luminescent Mn2+doped zinc silicate nanophosphor, J Mater Sci Mater Electron 27 (2016) 9476–9482 [24] V Sivakumar, A Lakshmanan, S Kalpana, R Sangeetha Rani, R download by : skknchat@gmail.com 57 Satheesh Kumar, M.T Jose, Low-temperature synthesis of Zn2SiO4:Mn green photoluminescence phosphor, J Lumin 132 (2012) 1917–1920 [25] D Zhang, C Wang, Y Liu, Q Shi, W Wang, Y Zhai, Green and red photoluminescence from ZnAl O 4  : Mn phosphors prepared by sol – gel method, J Lumin 132 (2012) 1529–1531 [26] X Wang, M Zhang, H Ding, H Li, Z Sun, Low-voltage cathodoluminescence properties of green-emitting ZnAl O 4  : Mn + nanophosphors for field emission display, J Alloys Compd 509 (2011) 6317–6320 [27] I Huang, Y Chang, H Chen, C Chiang, C Jian, Y Chen, M Tsai, Preparation and luminescence of green-emitting ZnAl2O4:Mn2+ phosphor thin fi lms, Thin Solid Films (2014) 2–7 [28] L Cornu, M Duttine, M Gaudon, V Jubera, Luminescence switch of Mn-Doped ZnAl O powder with temperature, J Mater Chem C (2014) 9512–9522 download by : skknchat@gmail.com ... tên ? ?Nghiên cứu tổng hợp ứng dụng vật liệu ZnAl2O4 pha tạp Cr3+ chế tạo LED phát ánh sáng đỏ- đỏ xa? ?? nhằm định hƣớng ứng dụng nông nghiệp Mục tiêu nghiên cứu Phát triển quy trình cơng nghệ chế tạo. .. (i) nghiên cứu để dịch chuyển vùng hấp thụ ion ZnAl2O4: Cr3+ bƣớc sóng phát xạ chíp Blue (~460 nm) (ii) ứng dụng chế tạo LED phát xạ đỏ/ đỏ xa chuyên dụng cho trồng Do đó, việc thực nghiên cứu. .. hút đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học nƣớc Vật liệu ZnAl2O4 sử dụng làm để pha tạp ion kim loại chuyển tiếp đất nhằm ứng dụng chế tạo điốt phát quang ánh sáng trắng (WLED) chủ đề đƣợc