(Luận văn) nghiên cứu tổng hợp và tính chất quang của vật liệu al2o3 cr+ nhằm ứng dụng trong đèn led phát xạ ánh sáng đỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐẶNG THỊ THU NGUYỆT lu an va n NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG to gh tn CỦA VẬT LIỆU Al2O3:Cr3+ NHẰM ỨNG DỤNG p ie TRONG ĐÈN LED PHÁT XẠ ÁNH SÁNG ĐỎ nl w d oa Chuyên ngành: Vật lý chất rắn ll u nf va an lu Mã số: 8440104 m oi Ngƣời hƣớng dẫn 1: TS NGUYỄN VĂN QUANG z at nh Ngƣời hƣớng dẫn 2: TS NGUYỄN TƢ z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 10 tháng năm 2019 lu Ngƣời cam đoan an n va p ie gh tn to Đặng Thị Thu Nguyệt d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN Lời tơi xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Quang - Trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội TS Nguyễn Tƣ - Trƣờng Đại học Phenikaa nhiệt tình hƣớng dẫn cung cấp kiến thức khoa học, kinh nghiệm quí giá để giúp tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, q thầy Trƣờng Đại học Phenikaa đặc biệt PGS TS Phạm Thành Huy, ngƣời tận tình giúp lu an đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực đề tài n va Trƣờng Đại học Phenikaa (Hà Đông - Hà Nội) to tn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại học Quy ie gh Nhơn, Ban Chủ nhiệm khoa Thầy Cơ giáo Khoa Vật lí - Trƣờng p Đại Học Quy Nhơn trang bị cho kiến thức giúp đỡ suốt oa nl w thời gian qua d Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, thầy cô giáo va an lu Trƣờng Nguyễn Viết Xuân tạo điều kiện cho tơi tham gia khóa học u nf Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành bạn bè học viên lớp ll cao học Vật Lý chất rắn –Khóa 20 động viên chia sẻ, giúp tơi khắc phục m oi khó khăn q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn z at nh Xin trân trọng cảm ơn ! z Quy Nhơn, ngày 10 tháng năm 2019 gm @ Tác giả luận văn m co l an Lu Đặng Thị Thu Nguyệt n va ac th si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC ỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài lu Mục đích nghiên cứu an va Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu n Phƣơng pháp nghiên cứu gh tn to CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano ie p 1.1.1 Định nghĩa nl w 1.1.2 Phân loại vật liệu nano: oa 1.1.3 Đặc trƣng vật liệu nano d 1.1.4 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano an lu 1.2 Cấu trúc tinh thể vật liệu Al2O3 va u nf 1.2.1 Cấu trúc mạng tinh thể vật liệu Al2O3 ll 1.2.2 Cấu hình điện tử ion Cr3+ 12 m oi 1.3 Cơ sở quang học vật liệu 12 z at nh 1.3.1 Hiện tƣợng phát quang 12 1.3.2 Cơ chế phát quang vật liệu 14 z gm @ 1.3.3 Các đặc trƣng bột huỳnh quang 17 1.4 Sự chuyển mức lƣợng ion kim loại chuyển tiếp lớp dn 19 l m co 1.4.1 Giản đồ Tanabe – Sugano 19 1.4.2 Giản đồ Tanabe-Sugano cho cấu hình d3 21 an Lu 1.5 Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu huỳnh quang 23 n va ac th si 1.5.1 Phƣơng pháp đồng kết tủa [14] 23 1.5.2 Phƣơng pháp sol- gel 25 1.5.3 Phƣơng pháp thủy nhiệt 26 1.5.4 Phƣơng pháp khuếch tán nhiệt 27 1.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu Al2O3:Cr3+ 28 Chƣơng THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Mở đầu 32 2.2 Thực nghiệm 32 2.2.1 Hóa chất thiết bị chế tạo mẫu 32 lu 2.2.2 Quy trình chế tạo vật liệu Al2O3:Cr3+ phƣơng pháp đồng an va kết tủa 36 n 2.3 Một số phƣơng pháp nghiên cứu tính chất vật liệu 40 gh tn to 2.3.1 Phƣơng pháp nghiên cứu tính chất quang phép đo phổ p ie huỳnh quang 40 2.3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu hình thái bề mặt vật liệu ảnh nl w FESEM 41 d oa 2.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc tinh thể giản đồ nhiễu xạ an lu tia X (XRD) 41 va 2.3.4 Phƣơng pháp đo thông số điện quang LED 43 u nf Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 ll 3.1 Mở đầu 44 m oi 3.2 Nghiên cứu hình thái bề mặt vật liệu ảnh FESEM 44 z at nh 3.3 Nghiên cứu cấu trúc tinh thể giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 46 z 3.4 Nghiên cứu tính chất quang vật liệu Al2O3 pha tạp Cr3+ 48 @ 3.4.1 Phổ huỳnh quang (PL) kích thích huỳnh quang (PLE) vật gm l liệu Al2O3 pha tạp Cr3+ 48 m co 3.4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu lên tính chất quang vật liệu Al2O3 pha tạp Cr3+ 52 an Lu n va ac th si 3.4.3 Ảnh hƣởng nồng độ pha tạp lên tính chất quang vật liệu Al2O3:Cr3+ 54 3.5 Thử nghiệm chế tạo đèn ED đỏ cách phủ bột Al2O3:Cr3+ lên chíp NUV LED 395 nm 61 KẾT LUẬN 63 DANH MỤCTÀI LIỆU THAM KHẢO 64 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ( bán sao) lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt CRI Color rendering index Hệ số hoàn màu EDS Energy dispersive X-ray Phổ tán sắc lƣợng lu an tia X CD Compact disc Đĩa quang DVD Digtital versatile disc Đĩa Quang FESEM Field emission scanning Hiển vi điện tử quét n va spectroscopy phát xạ trƣờng Deoxyribonucleic acid Vật liệu di truyền Light emitting diode Điốt phát quang Near Ultraviolet Tử ngoại gần Photoluminescence Quang phát quang gh tn to electron microscopy AND p ie d oa NUV nl w LED va an Photoluminescence Kích thích quang phát excitation quang ll u nf PLE lu PL oi m Scanning electron Kính hiển vi điện tử microscopy quét z at nh SEM z X-ray Diffraction Tử ngoại l XRD gm Ultraviolet @ UV Nhiễu xạ tia X m co an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano: (0D) hạt nano hình cầu, cụm nano; (1D) dây, nano; (2D) màng, đĩa lƣới nano; (3D) vật liệu khối [7] Hình 1.2 Một số hình ảnh đá quý ruby 10 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể α-Al2O3 (corundum) 11 Hình 1.4 Sơ đồ trình huỳnh quang [20] 16 Hình 1.5 Sự truyền lƣợng từ E tới E1 [20] 16 lu Hình 1.6 Giản đồ Tanabe-Sugano cho cấu hình d3 [20] 21 an n va Hình 1.7 Phổ hấp thụ ion Cr3+(3d3) oxit [20] 22 tn to Hình 1.8 Phổ phát quang α –Al2O3:Cr3+ với λex= 365nm phổ gh kích phát quang α –Al2O3:Cr3+ với λem =694 nm 29 p ie Hình 1.9 Tính chất quang vật liệu Al2O3:Cr3+ phƣơng pháp cắt w laze 29 oa nl Hình 1.10 Tính chất quang vật liệu Al2O3:Cr3+ phƣơng pháp d đốt cháy gel 30 lu va an Hình 2.1 Các thiết bị thí nghiệm để chế tạo bột Al2O3 pha tạp Cr3+ u nf phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt môi trƣờng khơng ll khí: (a) cân điện tử, (b) máy khuấy từ gia nhiệt, (c) bể rung m oi siêu âm, (d) máy quay li tâm, (e) tủ sấy (f) lò nung nhiệt độ z at nh cao Nabertherm 33 z Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng quát để chế tạo vật liệu huỳnh quang gm @ phƣơng pháp đồng kết tủa 36 l Hình 2.3 Sơ đồ quy trình tổng hợp bột huỳnh quang Al2O3 pha tạp Cr3+ m co phƣơng pháp đồng kết tủa 37 an Lu Hình 2.4 Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bƣớc sóng từ 250 ÷ n va ac th si 800 nm, viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội 40 Hình 2.5 Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM EDS Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)- Đại học Bách khoa Hà Nội 41 Hình 2.6 Hệ đo giản đồ nhiễu xạ tia X (D/MAX-2500/PC) 42 Viện (KICET), Hàn Quốc 42 Hình 2.7 Hệ đo thơng số điện quang Gamma Scientific RadOMA lu GS-1290 spectroradiometer 43 an va Hình Ảnh FESEM mẫu Al2O3:0,6%Cr3+ chế tạo phƣơng n pháp đồng kết tủa ủ nhiệt độ khác mơi to gh tn trƣờng khơng khí: (a) 600 oC; (b) 1100 oC; (c) 1200 oC (d) ie 1400 oC 45 p Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Al2O3:0,6%Cr3+ chế tạo nl w phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt nhiệt độ d oa khác từ 600 C đến 1500 C, thời gian mơi an lu trƣờng khơng khí 47 u nf va Hình 3 Phổ huỳnh quang vật liệu Al2O3 pha tạp 0,6%Cr3+ chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt 1400 oC với thời ll oi m gian môi trƣờng khơng khí 49 z at nh Hình Phổ kích thích huỳnh quang mẫu Al2O3:Cr3+0,6% ủ 1200 oC với thời gian mơi trƣờng khơng khí 50 z @ Hinh Phổ huỳnh quang ứng với hai bƣớc sóng kích thích l gm 405 nm 560 nm vật liệu Al2O3 pha tạp 0,6% Cr3+ chế m co tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt 1400 oC với thời gian mơi trƣờng khơng khí 52 an Lu n va ac th si Hình 3.7 Phổ huỳnh quang kích thích 405 nm mẫu Al2O3:x%Cr3+ (x=0,2-2%) chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt độ 1400 oC mơi trƣờng khơng khí với nồng độ khác 55 Hình 3.8 Đƣờng biễu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang (kích thích 405 nm) đỉnh phát xạ 695 nm mẫu Al2O3:x%Cr3+(x=0,2-2%) chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt 1400 oC mơi trƣờng khơng khí 56 lu Hình (a) Sự phát huỳnh quang nồng độ thấp; (b) dập tắt an huỳnh quang nồng độ pha tạp cao [20][34] 58 va n Hình 3.10 Phổ huỳnh quang kích thích 560 nm mẫu to gh tn Al2O3:x%Cr3+(x=0,2-2%) chế tạo phƣơng pháp đồng p ie kết tủa ủ nhiệt 1400 C môi trƣờng khơng khí .58 Hình 3.11 Đƣờng biễu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang (kích oa nl w thích 560 nm) đỉnh phát xạ 695 nm mẫu d Al2O3:x%Cr3+(x=0,2-2%) chế tạo phƣơng pháp đồng kết an lu tủa ủ nhiệt 1400 C mơi trƣờng khơng khí 59 u nf va Hình 3.12 Phổ kích thích huỳnh quang đo đỉnh 695 nm mẫu ll Al2O3 với nồng độ pha tạp Cr3+ khác từ 0,2% đến m oi 1,5% 60 z at nh Hình 3.13 Các hình ảnh thử nghiệm chế tạo đèn ED đỏ từ bột Al2O3:Cr3+ phủ lên chíp NUV LED 395 nm: (a) bột z ED 395 nm đƣợc phủ bột gm @ Al2O3:Cr3+, (b) chíp NUV Al2O3:Cr3+ (c) đèn ED phát xạ đỏ nối với nguồn 61 l m co Hình 3.14 Phổ điện huỳnh quang (a) giản đồ CIE đèn ED đỏ dƣới dịng điện 150 mA Hình chèn nhỏ hình 3.14b ảnh an Lu phát xạ thực tế đèn ED thử nghiệm 62 n va ac th si 53 nm đặc trƣng cho chuyển mức 2Eg4A2g ion Cr3+ mạng tinh thể α– Al2O3 bắt đầu xuất hiên [6] Tuy nhiên, đỉnh 683 nm, 687 nm đƣợc quan sát chí cƣờng độ mạnh Điều đƣợc lý giải pha α–Al2O3 hình thành nhiệt độ này, tinh thể pha lạ tốt lên chiếm ƣu mẫu Kết phù hợp với giản đồ nhiễu xạ XRD Hình 3.2 Khi tăng nhiệt độ ủ mẫu từ 1200 C đến 1500 C, hình dạng phổ huỳnh quang gần nhƣ khơng thay đổi nhƣng cƣờng độ biến đổi rõ rệt (xem lu hình chèn nhỏ) Ban đầu cƣờng độ P tăng lên, đạt cực đại 1400 C an n va giảm nhẹ 1500 C Rõ ràng nhiệt độ ủ mẫu nguyên nhân dẫn tn to đến thay đổi phổ PL Khi nhiệt độ tăng dẫn đến hai trƣờng hợp p ie gh sau [18,24–26]: Tăng khả khuếch tán iôn Cr3+ vào mạng (i) lên (xem phân tích giản đồ XRD Hình 3.2), dẫn đến xác oa nl w α–Al2O3, tức khả thay iôn Al3+ iôn Cr3+ tăng d suất chuyển dời (hấp thụ phát xạ) lớn làm cho cƣờng lu Chất lƣợng tinh thể đƣợc cải thiện theo tăng dần nhiệt độ u nf (ii) va an độ P tăng dần theo nhiệt độ ủ mẫu ll ủ mẫu Điều làm cho tính chất quang vật liệu m oi tốt Tuy nhiên, ủ nhiệt độ cao, dẫn đến z at nh làm phá hủy cấu trúc kết làm giảm tính chất quang z @ gm Trong nghiên cứu này, vào giản đồ nhiễu xạ tia X Hình 3.2 m co l thay đổi không nhiều cƣờng độ PL hai mẫu ủ 1400 C 1500 C Hình 3.6, chúng tơi dự đốn cƣờng độ PL bị giảm mạnh an Lu ủ nhiệt độ lớn 1500 C n va ac th si 54 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w u nf va an lu ll Hình 3.6 Phổ huỳnh quang với bƣớc sóng kích thích 405 nm mẫu Al2O3 pha tạp oi m 0,6% Cr3+ chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt độ từ 600 oC đến z at nh 1500 oC mơi trƣờng khơng khí Hình chèn nhỏ với ảnh phóng to để thấy rõ cƣờng độ đỉnh 695 nm thay đổi theo nhiệt độ z 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên tính chất quang vật liệu l gm @ Al2O3:Cr3+ Các nghiên cứu gần chứng tỏ tính chất quang vật liệu phụ m co thuộc nhiều yếu tố điều kiện thực nghiệm Trong đó, nồng độ pha tạp an Lu yếu tố quan trọng cần đƣợc khảo sát kỹ lƣỡng chi tiết Căn vào n va ac th si 55 phổ kích thích huỳnh quang, chúng tơi nghiên cứu tính chất quang vật liệu α–Al2O3:x%Cr3+ (x=0,2-2%) với hai bƣớc sóng kích thích 405 nm 560 nm lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z gm @ l Hình 3.7 Phổ huỳnh quang kích thích 405 nm mẫu Al2O3:x%Cr3+ (x=0,2-2%) m co chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt độ 1400 oC mơi trƣờng khơng khí với nồng độ khác an Lu n va ac th si 56 Hình 3.7 kết đo phổ PL với bƣớc sóng kích thích 405 mẫu α–Al2O3:x%Cr3+ (x=0,2-2%) ủ nhiệt 1400 C, thời gian môi trƣờng khơng khí Trên Hình 3.7, thấy phổ huỳnh quang mẫu có nồng độ pha tạp khác có hình dạng gần nhƣ khơng thay đổi Tuy nhiên, cƣờng độ phụ thuộc mạnh vào nồng độ pha tạp Cr3+ Sự phụ thuộc cƣờng độ PL vào nồng độ đƣợc biễu diễn Hình 3.8 Dễ dàng nhận thấy nồng độ thay đổi từ 0,2% đến 2%, cƣờng độ huỳnh quang tăng lên, sau giảm xuống đạt giá trị cực đại nồng độ 0,6% Trƣờng lu hợp cƣờng độ huỳnh quang giảm xuống nồng độ pha tạp đủ lớn (>0,6%) an va gọi tƣợng dập tắt huỳnh quang nồng độ đƣợc lý giải nhƣ n mơ hình Hình 3.9 p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 3.8 Đƣờng biễu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang (kích thích 405 an Lu nm) đỉnh phát xạ 695 nm mẫu Al2O3:x%Cr3+(x=0,2-2%) chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt 1400 oC môi trƣờng khơng khí n va ac th si 57 Có nghĩa tăng dần nồng độ pha tạp, diện tích tâm tái hợp (mật độ ion Cr3+) tăng lên dẫn đến cƣờng độ P tăng lên (xem Hình 3.9a) Tuy nhiên, tăng đến nồng độ đủ lớn (giá trị giới hạn), khoảng cách tâm tạp đủ nhỏ (khoảng cách tới hạn Rc) xảy tƣợng truyền lƣợng tâm phát xạ (Cr3+ - Cr3+), kết làm cho cƣờng độ huỳnh quang giảm xuống (xem Hình 3.9b) [32][33] Chú ý rằng, khoảng cách tới hạn Rc xác định theo công thức Blasse (3.4) khoảng cách tới hạn Rc đƣợc tính lần đƣờng kính hạt theo cơng thức [20]: lu an √ n va V thể tích sở p ie gh tn to Trong đó: N số cation sở oa nl w Xc nồng độ tới hạn d Các nghiên cứu chứng minh chế tƣợng dập tắt huỳnh quang lu va an theo nồng độ ba nguyên nhân sau [20][34]: u nf  Q trình truyền điện tích ll  Quá trình tái hấp thụ m oi  Quá trình tƣơng tác đa cực điện z at nh Tuy nhiên nghiên cứu chƣa nghiên cứu sâu sắc vấn đề z chắn cần đƣợc thực nghiên cứu thời m co l gm @ gian tới an Lu n va ac th si 58 lu Hình (a) Sự phát huỳnh quang nồng độ thấp; (b) dập tắt huỳnh quang an nồng độ pha tạp cao [20][34] n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 3.10 Phổ huỳnh quang kích thích 560 nm mẫu Al2O3:x%Cr3+(x=0,2-2%) chế tạo phương pháp đồng kết tủa ủ nhiệt 1400 C mơi trường khơng khí n va ac th si 59 Phổ huỳnh quang với kích thích bƣớc sóng 560 nm đồ thị biểu diễn phụ thuộc cƣờng độ đỉnh 695 nm vào nồng độ pha tạp đƣợc trình bày tƣơng ứng Hình 3.10 Hình 3.11 Trên Hình 3.10 cho thấy hình dạng phổ gần giống cƣờng độ huỳnh quang thay đổi theo quy luật tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp sử dụng bƣớc sóng kích thích 405 nm Tức khoảng nồng độ Cr3+ thay đổi từ 0,2% đến 2%, cƣờng độ P tăng lên, đạt giá trị cực đại 0,6% sau giảm xuống (xem hình chèn nhỏ Hình 3.10) Điểm khác biệt rõ ràng cƣờng độ PL kích thích 405 nm lu ln có giá trị lớn kích thích 560 nm (so sánh Hình 3.8 an 3.11) Điều đƣợc phân tích lý giải Hình 3.5 Nhƣ cách va n thay đổi điều kiện thực nghiệm chúng tơi tìm đƣợc điều kiện tối ƣu gh tn to để thu đƣợc tính chất quang tốt ứng với mẫu -Al2O3:Cr3+ pha tạp 0,6% p ie ủ 1400 C thời gian mơi trƣờng khơng khí d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 3.11 Đƣờng biễu diễn phụ thuộc cƣờng độ huỳnh quang (kích thích 560 an Lu nm) đỉnh phát xạ 695 nm mẫu Al2O3:x%Cr3+(x=0,2-2%) chế tạo phƣơng pháp đồng kết tủa ủ nhiệt 1400 C mơi trƣờng khơng khí n va ac th si 60 Để củng cố thêm chứng ảnh hƣởng nồng độ pha tạp đến tính chất quang vật liệu Al2O3:Cr3+, chúng tơi tiến hành phân tích phổ kích thích đo bƣớc sóng 695 nm mẫu có nồng độ Cr3+ thay đổi từ 0,2% đến 1,5% kết trình bày Hình 3.12 Từ Hình 3.12 cho thấy cƣờng độ hai đỉnh hấp thụ phụ thuộc mạnh vào nồng độ pha tạp Đầu tiên tăng lên, sau giảm xuống đạt giá trị cực đại nồng độ 0,6% Đây chứng quan trọng để khẳng định nồng độ 0,6% xác suất chuyển dời (hấp thụ) lớn xác suất tái hợp (cƣờng độ huỳnh quang) đạt giá trị lu cực đại nồng độ an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 3.12 Phổ kích thích huỳnh quang đo đỉnh 695 nm mẫu Al2O3 với an Lu nồng độ pha tạp Cr3+ khác từ 0,2% đến 1,5% n va ac th si 61 3.5 Thử nghiệm chế tạo đèn LED đỏ cách phủ bột Al2O3:Cr3+ lên chíp NUV LED 395 nm Căn vào phổ kích thích huỳnh quang (hấp thụ hai vùng ứng với cực đại 405 nm 560 nm) phổ huỳnh quang (phát xạ mạnh bƣớc sóng 695 nm) cho phép chúng tơi thử nghiệm chế tạo đèn ED đỏ nhằm ứng dụng cho trồng Ở hồn tồn chọn hai loại chíp Violet (410 nm) chíp Green (550 nm) để thử nghiệm Tuy nhiên, xuất phát từ điều kiện sở đào tạo nghiên cứu, chế tạo đèn ED đỏ cách phủ bột - lu Al2O3:Cr3+ lên chíp NUV ED 395 nm khảo sát thơng số an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z l gm @ m co Hình 3.13 Các hình ảnh thử nghiệm chế tạo đèn LED đỏ từ bột Al2O3:Cr3+ phủ lên chíp NUV LED 395 nm: (a) bột Al2O3:Cr3+, (b) chíp NUV LED 395 nm đƣợc phủ an Lu bột Al2O3:Cr3+ (c) đèn LED phát xạ đỏ nối với nguồn n va ac th si 62 Hình 3.13 hình ảnh thực tế thu đƣợc với ba giai đoạn khác trình chế tạo thử nghiệm, với Hình 3.13a bột Al2O3:Cr3+ thu đƣợc sau chế tạo, 3.13b chíp NUV ED 395 nm đƣợc phủ bột Al2O3:Cr3+ bề mặt 3.13c đèn ED hoàn thiện cho phát xạ đỏ nối với nguồn Các thông số quang học đèn ED đỏ đƣợc phân tích nhờ phép đo phân bố cầu tích phân Hình 3.14 kết đô phổ điện phát quang (a) biểu đồ CIE đèn ED đỏ dƣới điện áp-dòng điện 9V-150 mA Ảnh phát xạ thực tế đèn lu ED đỏ đƣợc hình chèn nhỏ 3.14b Trên Hình 3.14a, phổ điện phát an quang cho thấy có hai vùng phát xạ: thứ phát xạ vùng cận tử va n ngoại (NUV) xung quanh bƣớc sóng 395 nm thứ hai phát xạ vùng gh tn to đỏ (698 nm) Trong phát xạ NUV có nguồn gốc từ chíp LED 395 nm p ie phát xạ vùng đỏ liên quan đến phát xạ bột huỳnh quang   Al O3 :0,6%Cr3+ Biểu đồ CIE Hình 3.14b đèn ED đỏ tọa độ màu oa nl w (x,y) có giá trị lần lƣợt x=0,5650; y=0,2429 Ảnh sắc nét đèn ED đỏ d chèn Hình 3.14b chứng quan trọng chứng tỏ đèn ED đỏ đƣợc lu ll u nf va an thử nghiệm chế tạo thành công oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 3.14 Phổ điện phát quang (a) biểu đồ CIE đèn LED đỏ dòng điện 150 mA Hình chèn nhỏ hình 3.14b ảnh phát xạ thực tế đèn LED thử nghiệm ac th si 63 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 thành cơng quy trình chế tạo bột -Al2O3:Cr3+ phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ phƣơng pháp đồng kết tủa Đã khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu lên cấu trúc tinh thể lu -Al2O3 Kết cho thấy pha tinh thể bắt đầu hình thành nhiệt độ 1100 °C an thu đƣợc đơn pha nhiệt độ ≥1200 C va n Đã khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ ủ mẫu nồng độ pha tạp Cr3+ lên gh tn to tính chất quang vật liệu Chúng tơi tìm đƣợc điều kiện tối ƣu để thu p ie đƣợc tính chất quang tốt ứng với mẫu pha tạp 0,6% thiêu kết 1400 w C thời gian mơi trƣờng khơng khí oa nl Đã thử nghiệm chế tạo thành công đèn ED phát xạ đỏ sở bột d huỳnh quang -Al2O3:Cr3+ chíp NUV LED 395 nm với tọa độ màu thu lu va an đƣợc x=0,5650; y=0,2429 Kết chứng tỏ bột huỳnh quang chế tạo đƣợc có ll cho trồng u nf tiềm ứng dụng cao chế tạo đèn ED phát xạ đỏ chuyên dung oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 64 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Ye, F Xiao, Y.X Pan, Y.Y Ma, Q.Y Zhang, Phosphors in phosphor-converted white light-emitting diodes  : Recent advances in materials , techniques and properties, 71, 1–34, 2010 [2] Hữu Đức Nguyễn, Vật liệu từ cấu trúc nanô điện tử học spin, 2008 [3] 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 lu an [4] L.H Hồng, Nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+ số vật n va liệu có cấu trúc spinel, Luận án tiến sĩ, 2003 Trịnh Thị Loan, Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+ Co2+ spinel ZnAl2O4 ơxít thành phần, Luận án tiến sĩ, 2011 p ie gh tn to [5] Phạm Nguyễn Thùy Trang, Chế tạo tính chất quang phổ vật liệu w [6] P.R Sajanlal, T.S Sreeprasad, A.K Samal, T Pradeep, Anisotropic d [7] oa nl BaMgAl10O17: Eu2+, Mn2+ Luận án tiến sĩ, 2017 lu Farzad Ebrahimi, Nanocomposites - New Trends and Developments, ll [8] oi m chaper 1, 2012 z at nh [9] u nf 5883, 2011 va an nanomaterials: structure, growth, assembly, and functions, Nano Rev G Cao, Nanostructures & nanomaterials: synthesis, properties & applications, Chaper 1, 2013 z gm @ [10] B Bhushan, Springer handbook of nanotechnology, 2013 m co electrochemistry, 1–18, 2015 l [11] R Tala-ighil, Handbook of Nanoelectrochemistry, Handb Nano nhiên, 2000 an Lu [12] N.K.V Đỗ văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Một số đặc điểm phân bố asen tự n va ac th si 65 [13] J.G.B and C.R Adriana P Herrera,Oscar Resto, Synthesis and agglomeration of gold nanoparticles in reverse micelles, Nanotechnology 16, 7, 2005 [14] Phan Văn Tƣờng, Giáo trình Vật liệu vơ cơ, NXB ĐHQG Hà Nội, 2007 [15] V Singh · R.P.S Chakradhar · J.L Rao · K Al-Shamery · M Haase · Y.-D Jho, Electron paramagnetic resonance and photoluminescence properties of α-Al2O3:Cr3+ phosphors, Applied Physics B, 107, 489–495, 2012 [16] D Chen, Y Wang, M Hong, Lanthanide nanomaterials with photon lu management characteristics for photovoltaic application, Nano Energy an 73–90, 2012 va n [17] P Goldner, F Auzel, Comparison between standard and modified Judd to 191–196, 1996 ie gh tn - Ofelt theories in a Pr3+-doped fluoride glass, Acta Phys Pol A 90 p [18] B Cheng, S Qu, H Zhou, Z Wang, Al2O3:Cr3+ nanotubes synthesized oa nl w via homogenization precipitation followed by heat treatment, J Phys Chem B 110, 15749–15754, 2006 d an lu [19] S.P Feofilov, A.A Kaplyanskii, R.I Zakharchenya, Optical generation u nf va of nonequilibrium terahertz resonant vibrational excitations in highly porous aluminum oxide, J Lumin 66–67, 349–357, 1995 ll Grabmaier, Photoluminescent Materials oi m [20] G.B.B.C and z at nh Electroluminescent Devices, Chaper 1, 2016 [21] G Gaft, Michael, Reisfeld, Renata, Panczer, Modern Luminescence z @ Spectroscopy of Minerals and Materials, Chaper 1, 2015 l gm [22] C at all Al, Upconversion properties of a transparent Er 3+–Yb3+ co- Growth Des 15, 2453–2458, 2008 m co doped LaF3–SiO2 glass-ceramics prepared by sol – gel method, Cryst an Lu [23] N Vu, T Kim Anh, G.C Yi, W Strek, Photoluminescence and n va ac th si 66 cathodoluminescence properties of Y2O3:Eu nanophosphors prepared by combustion synthesis, J Lumin 122–123, 776–779, 2007 [24] D Liu, Z Zhu, H Liu, Z Zhang, Y Zhang, G Li, Al2O3:Cr3+ microfibers by hydrothermal route: Luminescence properties, Mater Res Bull 47, 2332–2335, 2012 [25] G Rani, P.D Sahare, Structural and photoluminescent properties of Al2O3:Cr3+ nanoparticles via solution combustion synthesis method, Adv Powder Technol 25, 767–772, 2014 lu [26] C Pan, S.Y Chen, P Shen, Photoluminescence and transformation of an va dense Al2O3:Cr3+ condensates synthesized by laser-ablation route, J n Cryst Growth 310, 699–705, 2008 structural and optical properties of sputtered zinc oxide film, J Appl p ie gh tn to [27] V Gupta, A Mansingh, Influence of postdeposition annealing on the Phys 80, 1063–1073, 1996 oa nl w [28] Z.B Fang, Z.J Yan, Y.S Tan, X.Q Liu, Y.Y Wang, Influence of postannealing treatment on the structure properties of ZnO films, Appl Surf d an lu Sci 241, 303–308, 2008 u nf va [29] T.T Loan, N.N Long, L.H Ha, Conference - IWAMN2009 - Synthesis and Optical Properties of Al2O3  :Cr3+ Powders, 9, 531–535, 2011 ll oi m [30] T Li, S Yang, L Huang, J Zhang, B Gu, Strong photoluminescence from 16, 2463, 2004 z at nh Cr3+ doped porous anodic alumina, Journal of Physics: Condensed Matter, z [31] Nguyễn Mạnh Sơn, Hoàng Phƣớc Cao Nguyên, Nguyễn Văn Thanh, @ m co khoa học số 2, 2016 l gm ION Mn4+ VÀ Cr3+ TRONG TR ƢỜ NG TINH TH Ể α -Al2O3, Tạp chí [32] B Chandra Babu, B.V Rao, M Ravi, S Babu, Structural, an Lu microstructural, optical, and dielectric properties of Mn2+: Willemite n va ac th si 67 Zn2SiO4 nanocomposites obtained by a sol-gel method, J Mol Struct 1127, 6–14, 2017 [33] K.W Park, H.S Lim, S.W Park, G Deressa, J.S Kim, Strong blue absorption of green Zn2SiO4:Mn2+ phosphor by doping heavy Mn2+ concentrations, Chem Phys Lett 636, 141–145, 2015 [34] J.A DeLuca, An introduction to luminescence in inorganic solids, J Chem Educ 57, 541, 2009 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si