BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ TÙNG LOAN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HUỲNH QUANG Ba1 (x+y)CaxSryAl2O4 Eu 2+ , Cr 3+ PHÁT BỨC XẠ LỤC LAM (CYAN) VÀ ĐỎ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO ĐÈN LED[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ TÙNG LOAN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HUỲNH QUANG Ba1-(x+y)CaxSryAl2O4: Eu2+, Cr3+ PHÁT BỨC XẠ LỤC LAM (CYAN) VÀ ĐỎ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO ĐÈN LED TRẮNG TOÀN PHỔ Chuyên ngành: Vật t rắn Mã số: 8440104 Ngƣời ƣớng dẫn: TS ĐOÀN MINH THỦY LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận văn kết nghiên cứu thân thời gian học tập trường Đại học Quy Nhơn Các kết đạt hồn tồn trung thực Bình Định, ngày 26 tháng năm 2022 Người cam đoan Nguyễn Thị Tùng Loan LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, với kính trọng biết ơn sâu sắc, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến Thầy, TS Đoàn Minh Thủy, người định hướng khoa học trực tiếp hướng dẫn suốt trình học tập nghiên cứu Xin cảm ơn Thầy dành thời gian quan tâm, động viên, hỗ trợ giúp đỡ suốt thời gian qua Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Đào tạo quốc tế khoa học vật liệu (ITIMS) trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt cho tơi q trình đo đạc mẫu Tôi xin trân trọng cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại Học Quy Nhơn quan tâm, tạo điều kiện tốt cho học viên thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi cho học viên học tập xa thời gian khó khăn tình hình dịch bệnh vừa qua Xin chân thành cảm ơn bạn học viên nhóm nghiên cứu nhiệt tình hỗ trợ, giúp đỡ động viên tơi q trình học tập Xin cảm ơn quan tâm, chia sẻ tập thể học viên cao học lớp Vật Lý Chất Rắn K23 Cuối cùng, xin dành lời tốt đẹp đến gia đình tơi - người ln quan tâm, động viên, cổ vũ suốt thời gian học tập, nghiên cứu MỤC ỤC Trang MỞ Đ U 1 Lý chọn đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu 3 Mục đ ch nhiệm vụ nghiên cứu 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5 Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn C ƣơng Tổng quan vật liệu huỳnh quang LED trắng 1.1 Tình hình nghiên cứu vật liệu huỳnh quang WLED Việt Nam 1.2 Tính chất quang vật liệu huỳnh quang 1.3 Bức xạ lớp chuyển tiếp p-n 12 1.4 Tổng quan chuyển dời quang học ion đất kim loại chuyển tiếp 13 1.5 Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quang 24 1.6 Tổng quan LED 30 1.7 Tổng quan vật liệu quang ứng dụng chế tạo đèn LED 35 1.8 Kết luận chương 37 C ƣơng T ực nghiệm 38 2.1 Chế tạo vật liệu huỳnh quang Ba1-(x+y)CaxSryAl2O4: Eu2+, Cr3+ phương pháp nổ 38 2.2 Các kỹ thuật thực nghiệm phân tích mẫu 42 2.3 Quy trình đóng gói LED 45 2.4 Kết luận chương 46 C ƣơng Kết thảo luận 47 3.1 Khảo sát công nghệ chế tạo vật liệu 47 3.2 Khảo sát tính chất quang vật liệu Ba0.93Sr0,05Al2O4: 1%Eu2+, 1%Cr3+ 51 3.3 Khảo sát thời gian sống phát quang 56 3.4 Hiệu suất lượng tử vật liệu 58 3.5 Kết thử nghiệm chế tạo đèn LED trắng 60 3.6 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết luận 72 Kiến nghị 73 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA ĐỀ TÀI 74 TÀI IỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU HOẶC CHỮ VIẾT TẮT LED Light emission diode (Điốt phát quang) WLED White Light emission diode(Điốt phát quang trắng) CRI Color rendering index (Chỉ số hoàn màu) CCT Correlatd Color temperature( Nhiệt độ màu) CLHAO Ca2LaHf2Al3O12 nUV-LEDs Near ultraviolet - Light emission diodes CIE Commission Internationle Eclairage AO Atomic orbitals ( quỹ đạo nguyên tử) YAG:Ce3+ Y3Al5O12:Ce3+ ex Bước sóng kích thích em Bước sóng xạ PL Phổ phát quang PLE Phổ kích thích phát quang BCSAl2O4 Ba1-(x+y)CaxSryAl2O4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Chú thích Trang Bảng 1.1 Cấu trúc điện tử ion đất 13 Bảng 1.2 Một số thông số đặc trưng cho đèn LED 32 Bảng 1.3 Vật liệu quang ứng dụng chế tạo đèn LED 36 Bảng 2.1 Hóa trị số chất oxi hóa chất khử (M: ion kim loại) 38 Bảng 3.1 Bảng thông số với LED 3500K 65 Bảng 3.2 Bảng thông số với LED 4000K 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Chú thích Trang Hình 1.1 Q trình hấp thụ phát xạ chất bán dẫn 11 Hình 1.2 Bức xạ lớp chuyển tiếp p-n 12 Hình 1.3 Sự khác biệt màu sắc phát xạ vật liệu bán dẫn 13 Hình 1.4 Sự tách mức AO d tâm ion kim loại chuyển tiếp phối trí bát diện 19 Hình 1.5 Sự tách mức lượng AO d ion trung tâm trường tinh thể phối tr đối xứng khác 19 Hình 1.6 Sự phân tách mức lượng số ion kim loại chuyển tiếp tương tác tĩnh điện (a) phân tách mức lượng ion Cr3+ kể đến tương tác L-S (với B = 918 cm-1) (b) 21 Hình 1.7 Kim loại Crom thực tế cấu hình electron 22 Hình 1.8 Sơ đồ Tanabe-Sugano ion Cr3+ trường tinh thể bát 23 diện Hình 1.9 Quy trình tổng hợp vật liệu phương pháp phản ứng pha 26 rắn Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp vật liệu theo phương pháp sol-gel 27 Hình 1.11 Cấu tạo LED 31 Hình 1.12 Nguyên lý hoạt động LED 32 Hình 1.13 CCT(K) 33 Hình 1.14 CRI(Ra) 33 Hình 1.15 R9 34 Hình 1.16 Tọa độ CIE (x,y) 35 Hình 2.1 Máy khuấy từ 39 Hình 2.2 Gel có màu trắng đục 40 Hình 2.3 Lị nung 40 Hình 2.4 Ba1-(x+y)CaxSryAl2O4:Eu2+,Cr3+ dạng bột có màu xanh 41 Hình 2.5 Quy trình chế tạo vật liệu Ba1-(x+y)CaxSryAl2O4:Eu2+,Cr3+ 41 phương pháp nổ Hình 2.6 Các tín hiệu thứ cấp nhận từ mẫu tác dụng 42 chùm điện tử sơ cấp lượng cao (chùm điện tử tới) Hình 2.7 Sơ đồ nhiễu xạ tia X mặt phẳng mạng tinh thể 44 Hình 2.8 Quy trình đóng gói LED 46 Hình 3.1 Phổ kích thích phát quang mẫu Ba0.94Sr0.05Al2O4: y%Ca2+ 47 Hình 3.2 Phổ phát quang khảo sát theo nồng độ Cr 49 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X theo nồng độ Cr 50 Hình 3.4 Ảnh FESEM vật liệu Ba0.94Sr0.05Al2O4: 0,01 (Eu2+) theo nồng độ Cr 51 Hình 3.5 Phổ kích thích phát quang có Cr3+ khơng có Cr3+ 52 Hình 3.6 Phổ phát quang có Cr3+ khơng có Cr3+ 53 Hình 3.7 Ảnh mẫu trước kích thích đèn LED 450 (Hình a) 54 kích thích đèn LED 450 (hình b) Hình 3.8 Phổ phát quang có khơng có Cr3+ Eu3+ 55 Hình 3.9 Thời gian sống phát quang mẫu có Cr khơng có Cr 57 Hình 3.10 Hiệu suất lượng tử mẫu Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+, Cr3+ 58 Hình 3.11 Hiệu suất lượng tử mẫu Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+ 59 Hình 3.12 Phổ PL chip LED 450 61 Hình 3.13 Phổ PL phủ bột huỳnh quang Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+ lên chip LED 450 61 Hình 3.14 Phổ PL phủ bột huỳnh quang Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+, Cr3+ lên chip LED 450 61 Hình 3.15 Bảng tọa độ màu CIE chip Led 3500 62 Hình 3.16 Bảng tọa độ màu CIE phủ bột huỳnh quang Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+ lên chip LED 3500 62 Hình 3.17 Bảng tọa độ màu CIE phủ bột huỳnh quang Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+, Cr3+ lên chip LED 3500 62 Hình 3.18 Bảng số kết xuất màu chip LED 3500 63 Hình 3.19 Bảng số kết xuất màu phủ bột huỳnh quang Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+ lên chip LED 3500 63 Hình 3.20 Bảng số kết xuất màu phủ bột huỳnh quang Ba0.93Sr0.05Al2O4:Eu2+, Cr3+ lên chip LED 3500 63 Hình 3.21 Phổ PL chip LED 3500 64 ... học tập nghiên cứu - Ý nghĩa thực tiễn Các kết nghiên cứu luận văn nhằm chế tạo bột huỳnh quang phát xạ lục lam đỏ nhằm bù vào phổ huỳnh quang đèn LED trắng Tạo đèn LED trắng có phổ phát xạ tự... suất huỳnh quang Cho đến nay, chưa có cơng bố nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang cho phát xạ ánh sáng lục lam ánh sáng đỏ Do đó, việc nghiên cứu chế tạo đèn LED trắng ấm có phổ phát xạ toàn phổ, ... tài “Ng i n ứu chế tạo vật liệu huỳnh quang Ba1- (x + y)CaxSryAl2O4: Eu2+, Cr3+ phát xạ lụ l m (Cy n) v ỏ ứng dụng chế tạo èn ED trắng toàn phổ? ?? để nghiên cứu Hi vọng kết đề tài tài liệu tham khảo