Hoàn thiện quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam được ứng dụng trong công nghệ sản xuất LED trắng

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Đề tài: HỒN THIỆN QUY TRÌNH CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÁT QUANG MÀU ĐỎ CAM, ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT LED TRẮNG Người hướng dẫn: ThS Lê Văn Thanh Sơn Người thực hiện: Nguyễn Thị Xuân Tín Đà Nẵng, tháng 5/2013 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Chất phát quang tượng phát quang: 1.1.1 Chất phát quang: 1.1.2 Hiện tượng phát quang: 1.2 Phân loại dạng phát quang: 1.2.1.Phân loại theo tính chất động học q trình xảy chất phát quang 1.2.2 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài sau ngừng kích thích 1.2.3 Phân loại theo phương pháp kích thích: 1.3 Những định luật phát quang 1.3.1 Định luật không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích 1.3.2 Định luật Stock-Lomen 1.3.3 Định luật đối xứng gương phổ hấp thụ phổ phát quang CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ ION KÍCH HOẠT MN2+, CR3+ VÀ EU3+ 2.1 Lý thuyết ion Mn2+ 2.2 Lý thuyết ion Cr3+ 2.3 Lí thuyết ion Eu3+ 10 CHƯƠNG III: CÁC VẬT LIỆU DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO LED PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU HUỲNH QUANG VÀ QUY TRÌNH TRỘN MÀU 12 3.1 Các vật liệu dùng để chế tạo LED 12 3.2 Một số phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang 12 3.2.1 Kĩ thuật gốm cổ truyền 12 3.2.2 Phương pháp Sol-gel .13 3.3 Quy trình trộn màu 15 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG 16 4.1 Đi-ốt phát quang (Light Emitting Điode – LED) 16 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 4.1.1 LED sử dụng trang trí nội thất .17 4.1.2 LED dùng biển báo giao thông đường cao tốc 18 4.1.3 LED dùng chiếu sáng đường phố 19 4.1.4 LED công nghệ tivi 20 4.1.5 LED y học nông nghiệp .21 4.1.6 Chiếu sáng đèn LED làm trẻ hóa da 22 4.1.7 LED ứng dụng bảng điện tử quảng cáo 22 4.2 Đèn huỳnh quang 23 4.2.1 Cấu tạo .23 4.2.2 Nguyên lí hoạt động 23 4.2.3 Vật liệu phát quang sử dụng cho đèn huỳnh quang 24 4.3 Ứng dụng phương pháp nhiệt phát quang đo liều xạ tính tuổi khảo cổ 25 4.3.1 Ứng dụng đo liều xạ 25 4.3.2 Ứng dụng tính tuổi khảo cổ .25 4.4 Ứng dụng vật lý hạt nhân .26 PHẦN B: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 27 CHƯƠNG 1: CHẾ TẠO MẪU 27 1.1 Các nhóm vật liệu silicate 27 1.2 Các nhóm vật liệu aluminate 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 29 2.1 Nhóm vật liệu Silicate 29 2.2 Nhóm vật liệu aluminate: .35 2.3 Thảo luận 36 PHẦN C: KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Để hồn thành khóa luận này, xin gửi lời cảm ơn Khoa Vật Lý, trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng tạo điều kiện cho thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn q thầy khoa tận tình giảng dạy, trang bị cho kiến thức vô quý báu suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Th.S Lê Văn Thanh Sơn tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt thời gian thực đề tài khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên suốt thời gian học tập thời gian hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Mặc dù tơi cố gắng hồn thành khóa luận phạm vi khả cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thơng cảm tận tình bảo q Thầy Cơ bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng năm 2013 Sinh viên thực Nguyễn Thị Xuân Tín GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang i Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU PHẦN A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 4.1 BẢNG SO SÁNH CHỈ TIÊU KINH TẾ VÀ KĨ THUẬT GIỮA ĐÈN LED VÀ ĐÈN SỢI ĐỐT TRONG LĨNH LỰC ĐÈN GIAO THÔNG 19 PHẦN B: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 27 Bảng 1.1 Nhóm vật liệu silicate pha tạp ion Mn2+ 27 Bảng 1.2 Nhóm vật liệu silicate pha tạp ion Eu3+ 28 Bảng 1.3 Nhóm vật liệu aluminate pha tạp ion Cr3+ 28 PHẦN C: KẾT LUẬN 37 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang ii Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý DANH MỤC ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU PHẦN A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG Hình 1.1 Phổ phát quang Stock đối Stock Hình 1.2 Sự đối xứng gương phổ hấp thụ xạ Anthracence CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ ION KÍCH HOẠT MN2+, CR3+ VÀ EU3+ Hình 2.1 Giản đồ Tanabe –Sugano cho cấu hình d5 Hình 2.2 Giản đồ Tanabe – Sugano cho cấu hình d3 10 Hình 2.3 Giản đồ Dieke ion đất 11 CHƯƠNG III: CÁC VẬT LIỆU DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO LED PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU HUỲNH QUANG VÀ QUY TRÌNH TRỘN MÀU 12 Hình 3.1 Mật độ phổ tương đối theo bước sóng số vật liệu bán dẫn dùng chế tạo LED 12 Hình 3.2 Quy trình trộn ba màu 15 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG 16 Hình 4.1 Các loại LED 17 Hình 4.2 Cấu tạo LED 17 Hình 4.3 Phân chia thị trường LED – 2008 17 Hình 4.4 LED dùng trang trí 18 Hình 4.5 LED dùng chiếu sáng đường phố 19 Hình 4.6 Dùng LED biển báo giao thông 19 Hình 4.7 Tivi đèn LED trắng 20 Hình 4.8 Sự khác TiVi LED TiVi truyền thống 20 Hình 4.9 LED ứng dụng y học 21 Hình 4.10 Bảng điện tử LED dùng quảng cáo 22 Hình 4.11 Nguyên lý làm việc đèn huỳnh quang 23 Hình 4.12 Phổ quang huỳnh quang canxi halophotphat 24 PHẦN B: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 27 CHƯƠNG 1: CHẾ TẠO MẪU 27 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xuân Tín Trang iii Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 29 Hình 2.1 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Mg,Ca) SiO3: Mn2+ 29 Hình 2.2 Phổ phát quang (Mg0.6,Ca0.4)SiO3: 2% Mn2+ 30 Hình 2.3 Phổ phát quang (Mg0.7,Ba0.3)SiO3: 1% Mn2+ 31 Hình 2.4 Phổ phát quang (Mg0.7,Zn0.3)SiO3: 2% Mn2+ 31 Hình 2.5 Phổ phát quang (Sr,Zn)SiO3: 2% Mn2+ 32 Hình 2.6 Phổ phát quang (Mg0.6,Sr0.4)SiO3: 2% Mn2+ 33 Hình 2.7 Phổ phát quang (Mg0.4,Sr0.6)SiO3: 2% Eu3+ 33 Hình 2.8 Phổ phát quang MgSiO3: 2% Mn2+ 34 Hình 2.9 Phổ phát quang MgAl2O4: 2% Cr3+ 35 Hình 2.10 Phổ phát quang ZnAl2O4: 2% Cr3+ 35 PHẦN C: KẾT LUẬN 37 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang iv Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý MỞ ĐẦU Lịch sử phát quang bắt đầu cách lâu với truyền thuyết đá phát sáng đêm Tuy nhiên, giai đoạn ngành vật lý phát quang chưa nghiên cứu ứng dụng nhiều đời sống Thuyết động học phát quang bắt đầu nghiên cứu cách có hệ thống từ năm 1932 Antơnơp Rômanôpski Lơpsin Lý thuyết đại phát quang bột phosphor phần lớn dựa vào cơng trình nghiên cứu nhà vật lý Xơ Viết: Antônôp Rômanôpski, Clêmen, Cudrepseva, Môckvin, Lơpsin Trong năm gần đây, ngành vật lý phát quang có bước phát triển nhanh chóng thu hút ý nhiều nhà khoa học toàn giới Đặc biệt vật liệu rẻ quan tâm nhiều LED (Light Emitting Diode) vật liệu thu hút ý người nói chung nhà khoa học nói riêng lĩnh vực đời sống LED phát ánh sáng nhìn thấy loại LED đỏ, Nick Holonyak phát hiện_Holonyak xem cha đẻ LED Vào năm 1972, George Craford phát minh LED vàng cải thiện thêm độ sáng lên 10 lần cho LED đỏ LED đỏ-cam Năm 1976, Pearsall lần tạo LED công suất cao cho cáp quang nhờ việc sáng chế vật liệu bán dẫn có khả phát sóng điện từ phù hợp cho cáp quang LED chế tạo dựa sở trộn ba màu đỏ (Red), xanh (green), xanh da trời (blue) Với ưu điểm trội LED giá thành rẻ, tiết kiệm, tiện dụng, chất lượng tốt, tuổi thọ cao, đặc biệt thân thiện với mơi trường an tồn với người sử dụng, LED ứng dụng rộng rãi đời sống, kĩ thuật ngày có triển vọng “đẩy lùi loại bóng đèn khác vào khứ công nghệ thắp sáng môi trường” Sự phát triển công nghệ đèn LED trắng hứa hẹn nhiều điều thú vị Với lí điều kiện có trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng, tác giả chọn đề tài: “Hồn thiện quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam, ứng dụng công nghệ sản xuất LED trắng” GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Đề tài đưa kết khảo sát phổ phát quang vật liệu (Mg,Ca)SiO3, (Mg,Sr)SiO3, (Mg,Ba)SiO3, (Sr,Zn)SiO3, (Mg,Zn)SiO3 pha tạp ion Mn2+, Eu3+; nhóm vật liệu MgAl2O4, ZnAl2O4 pha tạp ion Cr3+ với nồng độ thích hợp Mục đích đề tài tìm hiểu lý thuyết phát quang; kiểm tra nồng độ ion Mn2+, Eu3+ Cr3+ có ảnh hưởng đến phổ phát quang nhóm vật liệu Đồng thời xác định nồng độ pha tạp ion Mn2+, Eu3+ Cr3+ tốt để phát quang mạng (Mg,Ca)SiO3, (Mg,Sr)SiO3, (Mg,Ba)SiO3, (Sr,Zn)SiO3, (Mg,Zn)SiO3, MgAl2O4, ZnAl2O4 tối ưu việc chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam, ứng dụng rộng rãi công nghệ sản xuất LED trắng GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xuân Tín Trang Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG 1.1 Chất phát quang tượng phát quang: 1.1.1 Chất phát quang: Trong tự nhiên nhân tạo, nhiều chất có khả hấp thụ lượng từ bên dùng lượng hấp thụ để đưa nguyên tử, phân tử cấu tạo chất từ trạng thái lên trạng thái kích thích Từ trạng thái kích thích nguyên tử, phân tử chuyển trạng thái xạ ánh sáng Nói cách dễ hiểu, chất phát quang chất có khả biến dạng lượng khác (quang năng, nhiệt năng, hóa điện năng,…) thành quang 1.1.2 Hiện tượng phát quang: Bức xạ quang học chất phát quang sau kích thích gọi tượng phát quang Thơng thường, phát quang nằm vùng quang học nghĩa vùng từ tử ngoại đến hồng ngoại Tuy nhiên, dùng xạ hạt để kích thích phát quang xạ nằm vùng tử ngoại Theo Vavilôp, tượng phát quang tượng chất phát quang phát xạ dư xạ nhiệt trường hợp mà xạ cịn dư kéo dài khoảng thời gian 10-10(s) lớn 1.2 Phân loại dạng phát quang: 1.2.1.Phân loại theo tính chất động học quá trình xảy chất phát quang  Phát quang tâm bất liên tục: loại phát quang mà trình diễn biến từ hấp thụ lượng đến xạ xảy tâm định Tâm phân tử, tập hợp phân tử hay ion Những trình xảy tâm bất liên tục hoàn toàn độc lập với Sự tương tác tâm GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 4.2.3 Vật liệu phát quang sử dụng cho đèn huỳnh quang Những đòi hỏi thực tế việc sử dụng bột huỳnh quang đèn huỳnh quang hiệu suất phát quang cao kích thích xạ 254 nm độ bền khơng gian phóng điện thủy ngân khí trơ Loại bột huỳnh quang đáp ứng yêu cầu canxi halophotphat hoạt hóa với Sb3+ Mn2+ công bố Mckeag cộng năm 1942 Halophotphat với thành phần Ca5(PO4)3X (X = F, Cl) gần với hydroxyapatit Apatit có cấu trúc tinh thể lục giác (hexagonal) nguyên tử Ca xuất hai vị trí khác Các ion Sb3+ Mn2+ thay vị trí ion Ca2+ hai vị trí Ngồi tác giả Blasse nhấn mạnh ion Sb3+ vị trí photpho mạng lưới bột huỳnh quang Bột huỳnh quang halophotphat hoạt hóa Sb3+ Mn2+ hấp thụ xạ tử ngoại từ thủy ngân đèn huỳnh quang phát ánh sáng trắng Quá trình phát ánh sáng trắng cho có hấp thụ xạ thủy ngân 254 nm ion hoạt hóa Sb3+ phát ánh sáng xanh da trời (blue) Một phần lượng hấp thụ Sb3+ truyền cho ion hoạt hóa Mn2+ phát ánh sáng đỏ - da cam (red-orange) Những ion Mn2+ không hấp thụ xạ thủy ngân Sự kết hợp ánh sáng xanh da trời (blue) đỏ - da cam (red-orange) sinh ánh sáng trắng Hình 4.12 Phổ quang huỳnh quang canxi halophotphat A: Sb3+, B: Mn2+, C: Halophotphat phát ánh sáng trắng GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xuân Tín Trang 24 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 4.3 Ứng dụng phương pháp nhiệt phát quang đo liều xạ tính tuổi khảo cổ 4.3.1 Ứng dụng đo liều xạ Với ưu điểm nhỏ gọn, độ nhạy cao, chịu tác động mơi trường khả lưu giữ thông tin tốt, liều kế phát quang lựa chọn hàng đầu đo liều y tế, đo liều cá nhân môi trường Liều kế nhiệt phát quang chất nhiệt phát quang LiF, CaSO4, CaF2 … Ở dạng bột viên nhỏ chứa Cattsess có độ dày thích hợp để cân điện tích Khi có xạ ion hóa chiếu vào chất nhiệt phát quang phần lượng sẽ hấp thụ vật liệu nhiệt phát quang tích lũy đó, nung nóng vật liệu nhiệt phát quang này, chúng phát sáng toàn ánh sáng thu tỷ lệ với lượng hấp thụ liều hấp thụ 4.3.2 Ứng dụng tính tuổi khảo cổ Các nghiên cứu cách hệ thống thực nghiệm lý thuyết chứng minh cường độ nhiệt phát quang nhiệt độ cao tỉ lệ với liều phóng xạ mà mẫu nhận Mặt khác, nguyên tố phóng xạ Urani, Thori Kali có thời gian bán rã lớn, nên xem liều chiếu đơn vị thời gian khơng đổi tồn q trình tồn mẫu khống vật, mẫu khống vật ln nằm mơi trường cố định Khi đó, liều chiếu đơn vị thời gian tính cách xác định nồng độ nguyên tố U, Th K Mặc khác, độ nhạy nhiệt phát quang mẫu khoáng vật liều chiếu đơn vị xác định cách đo nhiệt phát quang sau chiếu liều nguồn chuẩn nhân tạo lên mẫu khống vật Và vậy, xem thời điểm ban đầu lúc kết tinh khoáng vật macma lỏng hay lần cuối gốm, ta dễ dàng tính tuổi khống vật hay mẫu gốm từ thời điểm zero Tuổi = Liều khảo cổ (hay địa chất)/ Liều năm Liều khảo cổ hiểu lượng sinh phân rã nguyên tố phóng xạ có mặt tinh thể mơi trường xung quanh tích trữ đơn GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 25 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý vị khối lượng suốt thời gian tính từ thời điểm ban đầu Liều năm lượng năm cung cấp nguyên tố phóng xạ cho đơn vị khối lượng 4.4 Ứng dụng vật lý hạt nhân ZnS sử dụng vật lý hạt nhân để làm đầu dị phát quang Vì ZnS có khả phát sáng bị kích thích (tia X, chùm electron,…) GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xuân Tín Trang 26 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN B: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CHƯƠNG 1: CHẾ TẠO MẪU Các vật liệu chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn 1.1 Các nhóm vật liệu silicate Tiến hành nghiền trộn hỗn hợp gồm chất: MgCl2.6H2O, Zn(CH3COO)2.2H2O, CaCO3, SrCO3, BaCO3, SiO2 theo tỉ lệ thích hợp, pha tạp thêm ion Mn2+ lấy từ MnCO3 ion Eu3+ lấy từ Eu2O3 với thành phần phần trăm thích hợp Sau bảng số liệu cụ thể: Bảng 1.1 Nhóm vật liệu silicate pha tạp ion Mn2+ Mẫu VLPQ (Mg,Ca)SiO3 (Mg,Ba)SiO3 Tiền chất ban đầu Tỉ lệ mol % nồng độ Điều kiện chất Mn2+ nung 2% 12000C/2 2% 12000C/2 0,7 : 0,3 : 1,1 2% 12000C/2 0,6 : 0,4 : 1,1 2% 12000C/2 2% 12000C/2 2% 12000C/2 MgCl2.6H2O, CaCO3, 0,6 : 0,4 : 1,1 SiO2, MnCO3 0,4 : 0,6 : 1,1 MgCl2.6H2O, BaCO3, 0,7 : 0,3 : 1,1 SiO2, MnCO3 0,3 : 0,7 : 1,1 MgCl2.6H2O, (Mg, Zn)SiO3 Zn(CH3COO)2.2H2O, SiO2, MnCO3 SrCO3, (Sr,Zn)SiO3 Zn(CH3COO)2.2H2O, SiO2, MnCO3 (Mg,Sr)SiO3 MgSiO3 MgCl2.6H2O, SrCO3, 0,6 : 0,4 : 1,1 SiO2, MnCO3 0,4 : 0,6 : 1,1 MgCl2.6H2O, SiO2, MnCO3 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xuân Tín : 1,1 Trang 27 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Bảng 1.2 Nhóm vật liệu silicate pha tạp ion Eu3+ Mẫu VLPQ (Mg,Sr)SiO3 Tiền chất ban đầu MgCl2.6H2O, SrCO3, SiO2, MnCO3 Tỉ lệ mol chất % nồng độ Điều kiện Eu2+ nung 0,4 : 0,6 : 1,1 2% 12000C/2 Các mẫu vật liệu nghiền giờ, nung 12000C thời gian 2h (nung môi trường khí), sau để nguội tự nhiên phịng thí nghiệm Trường ĐHSP - ĐH Đà Nẵng 1.2 Các nhóm vật liệu aluminate Tiến hành nghiền trộn hỗn hợp gồm chất: MgCl2.6H2O, Zn(CH3COO)2.2H2O, Al2O3 theo tỉ lệ thích hợp, pha tạp thêm ion Mn2+ lấy từ MnCO3 ion Cr3+ lấy từ CrCl3.6H2O với thành phần phần trăm thích hợp Sau bảng số liệu cụ thể: Bảng 1.3 Nhóm vật liệu aluminate pha tạp ion Cr3+ Mẫu VLPQ MgAl2O4 MgAl2O4 ZnAl2O4 Tiền chất ban đầu MgCl2.6H2O, Al2O3, CrCl3.6H2O MgCl2.6H2O, Al2O3, CrCl3.6H2O, MnCO3 Zn(CH3COO)2.2H2O, Al2O3, CrCl3.6H2O Tỉ lệ mol % nồng độ chất Cr3+ : 1,1 2% : 1,1 1% : 1,1 2% : 1,1 0,7% Mn2+ Điều kiện nung 13000C /2 1% 13000C/2 13000C/2 Zn(CH3COO)2.2H2O, ZnAl2O4 Al2O3, CrCl3.6H2O, 1,3% 13000C/2 MnCO3 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 28 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Mẫu vật liệu nghiền giờ, nung 13000C 2h (nung mơi trường khí), sau để nguội tự nhiên phịng thí nghiệm Trường ĐHSP-ĐH Đà Nẵng Các mẫu vật liệu đo nhiễu xạ tia X máy SIMENS D5005 trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội để kiểm tra mẫu, xác định cấu trúc mẫu vật liệu tiến hành đo phổ phát quang hệ đo huỳnh quang QE65000 trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 2.1 Nhóm vật liệu Silicate 2.1.1 Kết phổ nhiễu xạ tia X: Các kết thể hình vẽ đây: Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau S3 100 90 d=3.002 80 70 20 d=1.551 d=1.380 d=1.500 d=1.484 d=1.411 d=1.624 d=1.668 d=1.759 d=1.715 d=1.824 d=2.034 d=2.129 d=1.975 d=2.275 30 d=2.197 d=2.561 d=2.522 d=2.500 d=2.931 d=3.228 d=3.336 40 d=3.738 50 d=4.089 Lin (Cps) 60 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Hang DH DN mau S3.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 00-011-0654 (D) - Diopside - CaMg(SiO3)2 - Y: 88.94 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.76100 - b 8.92600 - c 5.25800 - alpha 90.000 - beta 105.800 - gamma 90.000 - Base-centered - C2/c (15) 00-003-0490 (D) - Tremolite - Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - Y: 41.26 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.78000 - b 17.80000 - c 5.26000 - alpha 90.000 - beta 73.970 - gamma 90.000 - Base-centered - C Hình 2.1 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (Mg,Ca) SiO3: Mn2+ GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 29 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: Sau tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X, tác giả nhận thấy mẫu (Mg,Ca)SiO3 nung 12000C 2h thành phần chủ yếu (Mg,Ca)SiO3 Từ kết thu được, tác giả nhận thấy cần nung mẫu nhiệt độ 12000C 2h mẫu tương đối sạch, cho kết tốt 2.1.2 Phổ phát quang (Mg,Ca)SiO3 2+ (Mg0.6,Ca0.4)SiO3:2% Mn 4200 4000 3800 intensity (a.u) 3600 3400 3200 3000 2800 2600 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 wavelength (nm) Hình 2.2 Phổ phát quang (Mg0.6,Ca0.4)SiO3: 2%Mn2+ Nhận xét: Tâm kích hoạt Mn2+ nồng độ 2% trường tinh thể (Mg0.6,Ca0.4)SiO3 phát quang bước sóng 584nm 2.1.3 Phổ phát quang (Mg,Ba)SiO3 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 30 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2+ (Mg0.7,Ba0.3)SiO3:1% Mn intensity (a.u) 3200 3000 500 600 700 wavelength (nm) Hình 2.3 Phổ phát quang (Mg0.7,Ba0.3)SiO3: 1% Mn2+ Nhận xét: Tâm kích hoạt Mn2+ nồng độ 1% trường tinh thể (Mg0.7,Ba0.3)SiO3 phát quang bước sóng 628 nm 2.1.4 Phổ phát quang (Mg,Zn)SiO3 2+ (Mg0.7,Zn0.3)SiO3: 2% Mn intensity (a.u) 3200 2800 2400 540 630 720 wavelength (nm) Hình 2.8: Phổ phát quang (Mg0.7,Zn0.3)SiO3: 2% Mn2+ GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 31 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: Tâm kích hoạt Mn2+ nồng độ 2% trường tinh thể (Mg0.7,Zn0.3)SiO3 phát quang bước sóng 635 nm 2.1.5 Phổ phát quang (Sr,Zn)SiO3 2+ (Sr0.6,Zn0.4)SiO3: 2% Mn 5500 5000 intensity (a.u) 4500 4000 3500 3000 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 wavelength (nm) Hình 2.5 Phổ phát quang (Sr,Zn)SiO3: 2%Mn2+ Nhận xét: Tâm kích hoạt Mn2+ nồng độ 2% trường tinh thể (Sr,Zn)SiO3 phát quang bước sóng 590nm GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 32 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2.1.6 Phổ phát quang (Mg,Sr)SiO3 2+ (Mg0.6,Sr0.4)SiO3: 2% Mn 2600 2580 intensity (a.u) 2560 2540 2520 2500 2480 2460 600 700 wavelength (nm) Hình 2.6 Phổ phát quang (Mg0.6,Sr0.4)SiO3: 2%Mn2+ Nhận xét: Tâm kích hoạt Mn2+ nồng độ 2% trường tinh thể (Mg0.6,Sr0.4)SiO3 phát quang bước sóng 635 nm 3+ (Mg0.4,Sr0.6)SiO3:2% Eu intensity (a.u) 20000 10000 500 600 700 wavelength (nm) Hình 2.7 Phổ phát quang (Mg0.4,Sr0.6)SiO3: 2% Eu3+ GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xuân Tín Trang 33 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: Tâm kích hoạt Eu3+ nồng độ 2% mẫu vật liệu (Mg,Sr)SiO3 phát quang nhiều dải hẹp bước sóng:  Bước sóng 576 nm ứng với dịch chuyển từ 5D0 → 7F0  Bước sóng 589 nm ứng với dịch chuyển từ 5D0 → 7F1  Bước sóng 610 nm ứng với dịch chuyển từ 5D0 → 7F2  Bước sóng 651 nm ứng với dịch chuyển từ 5D0→ 7F3  Bước sóng 700 nm ứng với dịch chuyển từ 5D0 → 7F4 Trong có phát quang cực đại bước sóng 610nm 2.1.8 Phổ phát quang MgSiO3 2+ MgSiO3: 2% Mn intensity (a.u) 8800 8000 560 640 720 wavelength (nm) Hình 2.8 Phổ phát quang MgSiO3: 2% Mn2+ Nhận xét: Tâm kích hoạt Mn2+ nồng độ 2% trường tinh thể MgSiO3 phát quang bước sóng 625nm GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 34 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý 2.2 Nhóm vật liệu aluminate: 2.2.1 Phổ phát quang MgAl2O4 70000 3+ MgAl2O4:2% Cr 60000 intensity (a.u) 50000 40000 30000 20000 10000 600 650 700 750 wavelength (nm) Hình 2.9 Phổ phát quang MgAl2O4: 2%Cr3+ Nhận xét: Tâm phát quang Cr3+ nồng độ 2% trường tinh thể MgAl2O4 phát quang nhiều dải hẹp, dải quan trọng ứng với bước sóng 687nm 2.2.2 Phổ phát quang ZnAl2O4 3+ ZnAl2O4:2% Cr 50000 intensity (a.u) 40000 30000 20000 10000 600 650 700 750 wavelength (nm) Hình 2.10: Phổ phát quang ZnAl2O4: 2%Cr3+ GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 35 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý Nhận xét: Tâm phát quang Cr3+ nồng độ 2% trường tinh thể ZnAl2O4 phát quang nhiều dải hẹp, dải quan trọng ứng với bước sóng 687nm 2.3 Thảo luận Với kết thu sau khảo sát phổ phát quang mẫu vật liệu silicate aluminate trên, tác giả đưa số nhận xét sau:  Phổ phát quang ion Mn2+ mạng chủ khác đám phổ rộng  Phổ phát quang MgAl2O4: Cr+3 ZnAl2O4:Cr+3 có dạng khác Điều chứng tỏ phổ phát quang ion Cr3+ ứng với mạng khác khác  Sự dịch chuyển bước sóng có cường độ cực đại khoảng 580nm đến 635nm ứng với dịch chuyển 4T1 (G) → 6A1 (S) Mn2+ trường tinh thể silicate  Sự dịch chuyển bước sóng có cường độ cực đại khoảng 690nm ứng với dịch chuyển 2E→ 4A2 Cr3+ trường tinh thể aluminate  Phát xạ ion Eu3+ phát xạ vạch tương ứng với dịch chuyển từ mức bị kích thích 5D0 tới mức 7FJ (J = 0,1,2,3,4) Trong đó, phát xạ vạch cao ứng với dịch chuyển 5D0 đến 7F2 GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 36 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý PHẦN C: KẾT LUẬN Từ kết thu được, tác giả rút số kết luận sau: Nội dung khóa luận giúp có nhìn tổng quan tượng phát quang, ứng dụng vật lý phát quang vào đời sống, kĩ thuật đặc biệt cơng nghệ sản xuất LED trắng Quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam Để chế tạo vật liệu (Mg,Ca)SiO3, MgAl2O4, (Mg,Ba)SiO3, ZnAl2O4 ta (Mg,Sr)SiO3, chọn hợp (Sr,Zn)SiO3, chất (Mg,Zn)SiO3, MgCl2.6H2O, Al2O3, Zn(CH3COO)2.2H2O, SrCO3, BaCO3, CaCO3, SiO2 Chế tạo thành công vật liệu spinel nhân tạo MgAl2O4, ZnAl2O4 với hợp chất thích hợp MgCl2.6H2O; Zn(CH3COO)2.2H2O; Al2O3; CrCl3.6H2O Sau nghiền hỗn hợp để phá vỡ cấu trúc chất Hỗn hợp tiếp tục phá vỡ cấu trúc nung nhiệt độ 13000C Trong q trình làm khóa luận, tác giả nhận thấy ion Cr3+ kích hoạt tốt vật liệu spinel nhân tạo phát quang bước sóng màu đỏ Khi pha tạp ion Eu3+, Mn2+, Cr3+ vào vật liệu thích hợp cho phổ phát quang bước sóng màu đỏ_được ứng dụng cơng nghệ sản xuất LED trắng Do hạn chế thời gian điều kiện phịng thí nghiệm nên tác giả tiến hành chế tạo vài mẫu vật liệu silicate aluminate Hy vọng đề tài tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên thầy giáo muốn tiếp tục tìm hiểu quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam, ứng dụng công nghệ sản xuất LED trắng GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xn Tín Trang 37 Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu tiếng việt [1] Phan Văn Thích (1972), Hiện tượng huỳnh quang kĩ thuật phân tích huỳnh quang, Đại học tổng hợp Hà Nội [2] Vũ Xuân Quang - Trần Chót (2001), Đá quý giới đá quý Việt Nam, Viện khoa học vật liệu Hà Nội [3] Đinh Thanh Khẩn (2008), Ảnh hưởng ion Mn2+ lên phổ phát quang vật liệu CaAl2O4, Hội nghị Sinh viên nghiên cứu khoa học thành phố Đà Nẵng lần thứ Các tài liệu tiếng Anh [1] Shi Ye, et al Energy transfer among Ce3+, Eu2+and Mn2+ in CaSiO3, Journal of The Electrochemical Society, 155 (6) (2008) J143-J147 [2] Ruixia Zhong, et al Energy transfer and red phosphorescence in the strontium aluminates co-doped with Cr3+, Eu2+, Dy3+, Journal of Luminescence 119-120 (2006) 327-331 [3] Z.Lou, et al , Cathodluminescent characteristics of green emitting ZnAl2O4:Mn thin film phosphors, Appl Phys A80 (2005) 151-154 [4] Z.T.Kang, et al , Luminescence propertics of Mn2+ doped Zn2SiO4 phosphor films synthesized by combustion CVD, Journal of Luminescence 121 (2006) 595-600 [5] M Akiyama, et al Influence of Eu, Dy co-doped strontium aluminate composition on mechano-luminescence intensity, , Journal of Luminecence 97 (2002)13 [6] Y Jia, et al Stress-induced mechanoluminescence in SrAl2O4:Eu2+,Dy3+, Opt Mat (2005) [7] G.Blasse, et al Luminescent Materials GVHD: Th.S Lê Văn Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Xuân Tín Trang 38 ... CÁC VẬT LIỆU DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO LED PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU HUỲNH QUANG VÀ QUY TRÌNH TRỘN MÀU 12 3.1 Các vật liệu dùng để chế tạo LED 12 3.2 Một số phương pháp chế tạo vật liệu. .. lý phát quang vào đời sống, kĩ thuật đặc biệt công nghệ sản xuất LED trắng Quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam Để chế tạo vật liệu (Mg,Ca)SiO3, MgAl2O4, (Mg,Ba)SiO3, ZnAl2O4 ta (Mg,Sr)SiO3,... aluminate Hy vọng đề tài tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên thầy cô giáo muốn tiếp tục tìm hiểu quy trình chế tạo vật liệu phát quang màu đỏ cam, ứng dụng công nghệ sản xuất LED trắng GVHD: Th.S Lê