BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TẠ THỊ MINH LUÔN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ ZnO SnO2 ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH PHA VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Zn Sn O LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN N[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TẠ THỊ MINH LUÔN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ ZnO: SnO2 ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH PHA VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Zn-Sn-O LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN MINH VƯƠNG Bình Định – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TẠ THỊ MINH LUÔN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ ZnO: SnO2 ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH PHA VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Zn-Sn-O Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN MINH VƯƠNG i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Minh Vương Các kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Bình Định, tháng 08 năm 2022 Học viên Tạ Thị Minh Luôn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tởng quan tình hình nghiên cứu đề tài Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài NỘI DUNG CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU 1.1 Cấu trúc vật liệu ZnO, SnO2 1.1.1 Cấu trúc vật liệu ZnO 1.1.2 Cấu trúc vùng lượng vật liệu ZnO 11 1.1.3 Cấu trúc vật liệu SnO2 13 1.1.4 Cấu trúc vùng lượng vật liệu SnO2 13 1.2 Cấu trúc tính chất quang học vật liệu Zn-O-Sn 14 iii 1.2.1 Cấu trúc pha Zn-O-Sn 14 1.2.2 Tính chất quang học hợp chất Zn-O-Sn 15 1.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu Zn-O-Sn 18 1.3.1 Phương pháp bốc bay nhiệt chân không 18 1.3.2 Phương pháp nhiệt plasma 19 1.3.3 Phương pháp thủy nhiệt 19 1.3.4 Phương pháp sol-gel 19 1.3.5 Phương pháp phản ứng pha rắn 20 1.4 Các chế hấp thụ phát quang 22 1.4.1 Cơ chế hấp thụ quang 23 1.4.2 Cơ chế phát quang 26 1.5 Các thông số kĩ thuật đèn LED cần quan tâm 27 1.5.1 Công suất W 27 1.5.2 Quang thông (LM) 28 1.5.3 Chip LED 29 1.5.4 Điện áp đèn LED 30 1.5.5 Tuổi thọ đèn 30 1.5.6 Chỉ số hoàn màu (CRI) giá trị R9 30 1.5.7 Hiệu suất phát quang (lm/W) 32 1.5.8 Nhiệt độ màu (K) 33 1.6 Ứng dụng vật liệu Zn-O-Sn 33 1.6.1 Làm sensor phát độ ẩm, khí gas 34 1.6.2 Chế tạo pin mặt trời DSSCs 34 iv CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM 37 2.1 Phương pháp pha rắn chế tạo vật liệu Zn-O-Sn 37 2.2 Các phương pháp phân tích mẫu 39 2.2.1 Phân tích cấu trúc phổ nhiễu xạ tia X 39 2.2.2 Phép đo phổ huỳnh quang phổ kích thích huỳnh quang 40 2.2.3 Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt 42 2.2.4 Phổ hấp thụ quang học (UV – Vis) 44 2.2.5 Phủ LED đo thông số LED 45 CHƯƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: SnO2 đến hình thành pha hợp chất Zn-Sn-O qua khảo sát giản đồ nhiễu xạ tia X 48 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: SnO2 đến hình thái bề mặt hợp chất Zn-Sn-O qua khảo sát ảnh FESEM 50 3.3 Khảo sát thành phần phần trăm (%) nguyên tử và độ tinh khiết hợp chất Zn-Sn-O 52 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: SnO2 đến tính chất quang vật liệu Zn-Sn-O qua phổ hấp thụ UV-Vis, phở huỳnh quang, phở kích thích huỳnh quang 54 3.4.1 Ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: SnO2 đến độ rộng vùng cấm vật liệu Zn-Sn-O 54 3.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: SnO2 đến phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang vật liệu Zn-Sn-O 57 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: SnO2 đến thông số đèn LED trắng chế tạo được 62 v 3.6 Kết luận 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT LED: Điốt phát quang WLED: LED trắng XRD: Quang phổ nhiễu xạ tia X UV-VIS: Phổ hấp thụ FESEM: Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường EDS: Phổ tán sắc lượng PL: Phổ huỳnh quang PLE: Phổ kích thích huỳnh quang ZTO: Zn2SnO4 CRI: Chỉ số hoàn màu CCT: Nhiệt độ màu CIE: Tọa độ màu vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Các thông số WLED (D uv ; nhiệt độ màu tương ứng (CCT); số hoàn màu (CRI); hiệu phát sáng xạ (LER) tọa độ CIE ( x, y )) đèn LED phủ bột 65 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1 Cấu tạo chung đèn LED: chip LED, lăng kính, vỏ đèn, tản nhiệt driver nguồn Hình 0.2 Một vài ứng dụng LED chiếu sáng đời sống Hình 0.3 Biểu đồ thể việc sử dụng loại đèn chiếu sáng qua năm (từ 2015-2022) Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO Hình 1.2 Vùng Brillouin cấu trúc lục giác wurtzite 12 Hình 1.3 Sơ đồ vùng dẫn vùng hóa trị bán dẫn có cấu trúc tinh thê wurtzite 12 Hình 1.4 Mơ hình cấu trúc tinh thể SnO2 13 Hình 1.5 Giản đồ cấu trúc vùng lượng bán dẫn SnO2 14 Hình 1.6 Cấu trúc perovskite ZnSnO3 cấu trúc spinel lập phương Zn2SnO4 14 Hình 1.7 Mơ hình cấu trúc cho bột ZnSnO3 (a) Zn2SnO4 (b) (kích thước nguyên tử dựa tỷ lệ tùy ý) 15 Hình 1.8 Mơ hình cấu trúc cho bột Zn2SnO4 15 Hình 1.9 Phổ PL tách sóng hàm Gaussian 16 Hình 1.10 Phổ hấp thụ UV-Vis Zn2SnO4 nguyên chất ZnO có pha tạp chất SnO2 / Zn2SnO4 16 Hình 1.11 Phổ hấp thụ từ phổ phản xạ khuếch tán đo dây nano ZTO (màu đỏ), phổ hấp thụ chuyển tiếp bị cấm trực tiếp (màu xanh cây) phù hợp, PLE đo 640 nm (màu xanh lam) 17 Hình 1.12 Phổ hấp thụ UV – Vis phổ PL hạt nano Zn2SnO4 tổng hợp 18 Hình 1.13 Quy trình tổng hợp vật liệu phương pháp phản ứng pha rắn 21 ... dụng v? ?o đời sống, xã hội 5 Tởng quan tình hình nghiên cứu đề tài Liên quan đến tỉ lệ ZnO: SnO2, pha hợp chất Zn- Sn- O ZnO, SnO2, Zn2 SnO4…hay tính chất quang hợp chất Zn- Sn- O có nghiên cứu. .. liệu Zn- Sn- O phương pháp pha rắn, nung nhiều lần với nhiệt độ cao 11000C - Kh? ?o sát ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: SnO2 đến hình thành pha tính chất phát quang hợp chất Zn- Sn- O - Kh? ?o sát ảnh hưởng tỉ lệ ZnO: ... khoa học thực tiễn đề tài - Đề xuất phương pháp để t? ?o pha mong muốn hợp chất ZnSn -O từ tỉ lệ mol ZnO: SnO2 - Kết nghiên cứu chứng minh với tỉ lệ số mol ZnO : SnO2 thích hợp t? ?o hợp chất Zn- Sn- O