1028 nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang đất hiếm phát xạ đỏ y2o3eu3 và cam đỏ xa yageu3 ứng dụng trong chế tạo đèn huỳnh quang chuyên dụng cho cây trồng

MỞĐẦU Lýdochọnđềtài CuộckhủnghoảngđấthiếmdoTrungQuốcgâyranăm2010đãđẩygiáđấthiếmtrênthế giới lênmứckỷlụcbuộccácnhàsảnxuấtcácloạivậtliệu,linhkiệnđiệntửliênquanđến đất phải tăng giá thành sản phẩm họ Các sản phẩm liên quan đến kim loạiđấth i ế m n h : c c l i n h k i ệ n đ i ệ n t b n d ẫ n , c c s ả n p h ẩ m b ộ t h u ỳ n h q u a n g p h a t p đ ấ t hiếmvàcácsảnphẩmcùngloạinhưđènLEDs,mànhìnhhiểnthị vv.Trongđóđặcbiệtquan tâm sản phẩm bột huỳnh quang pha tạp đất có hiệu suất cao dùng để chếtạo loại đèn LEDs, loại hình LEDs sản phẩm bột huỳnh quang compacthiệu suất cao tiết kiệm lượng Ngày nay, bóng đèn huỳnh quang nhữngnguồn sáng quan trọng sống người Nhu cầu chiếu sáng ngày tăngtrong nguồn lượng ngày cạn kiệt đòi hỏi cải tiến, tăng hiệu suất phátquangcũngnhư thờigiansửdụngcủacácthiếtbịchiếusáng TạiViệtNam,điệnnăngtiêuthụchochiếusángchiếm đến75%tổngđiệnnăngtronggiờ caođiểmvàchiếm25%nhucầuvềđiện.Theothốngkêtrungb ì n h t i V i ệ t N a m n h u cầu sử dụng bóng chiếu sáng bóng/người/năm Tuy nhiên, số lại đến 6bóng/người/năm nước khu vực Điều cho thấy, xu sử dụng điện năngtrongchiếusángngàycàngtăng Ngồi mục đích chiếu sáng, ngày nay, chất phát quang cịn cải tiến dùng trongcác bóng đèn chun dụng phục vụ cho mục đích nơng nghiệp Sỡ dĩ xuấtphát từ nhu cầu thắp sáng vào mùa đông nước phương Tây, mà nguồn ánh sángnăng lượng mặt trời không đủ để cung cấp cho cây, người biết sử dụng hệ thống đènchiếu sáng nông nghiệp làm tăng suất trồng Từ chỗ sử dụng dụng cụchiếu sáng đơn giản bóng đèn sợi đốt, với phát triển khoa học kỹ thuật,con người phát minh nhiều công cụ chiếu sáng đại tiết kiệm lượng,thân thiện với môi trường (như đèn huỳnh quang compact, đèn LEDs ) Điểm bất lợikhi sử dụng thiết bị chiếu sáng thông thường cho chiếu sáng nông nghiệp (kể cácthiết bị tiết kiệm lượng) vùng nhạy sáng mắt người nằm khoảng 500 600nm [85] phổ hấp thụ diệp lục tập trung chủ yếu hai vùng ánh sáng 600 -700 nm (đỏ) 400 - 500 nm (xanh) [37, 65] Như vậy, đèn dùng chiếu sáng cho ngườisẽ không hiệu cho xanh gây nhiều lãng phí lượng Điều dẫn đến nhu cầucầnnghiêncứuchếtạoraloạiđènchuyêndụngriêngchocâyxanh Ion đất có khả phát quang mạnh vùng khả kiến ion Eu 3+cho phát xạmàu đỏ Trong vật liệu phát quang, kích thích ánh sáng tử ngoại gần, vật liệu Y2O3p h a t p i o n E u 3+sẽ cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ, có cường độ cực đạitại bước sóng 610 - 615 nm [11, 16, 20, 22, 110], vật liệu Y 3Al5O12(YAG) pha tạp ionEu3+lại cho phát xạ với cực đại 592 nm [46, 70] Các phát gần đây(2014) việcxuất phát xạ với cực đại bước sóng 709 nm vật liệu [35] mở ứng dụngmớichovậtliệuYAGphatạpion Eu3+-ứng dụngtrong chiếusángnôngnghiệp Cho đến nay, giới Việt Nam có nhiều nghiên cứu vật liệu phát quang Y2O3:Eu3+và YAG:Eu3+[4, 5, 16, 24, 76,96]trong đó, cơng nghệ tổng hợp để tạo vật liệu có tính chất phát quang mạnh, có độ đồng kích thước cao đơn phamang ý nghĩa định [47, 97] Riêng vật liệu YAG:Eu 3+, Việt Nam chưacócơng trình nghiên cứuvềvậtliệunày Đối với vật liệu Y2O3:Eu3+, có hiệu phát quang tốt thời gian sống phát quang dài [76, 96], khả ứng dụng cao: đèn huỳnh quang (FL), hiển thị hình plasma(PDP), mànhìnhphát xạ trường(FED),ốngtiâmcực(CRT)…[28,47,51,68,76,96]nên có nhiều sở nước nghiên cứu chế tạo vật liệu Khó khăn lớn trongq trình tổng hợp vật liệu phát quang phục vụ cho chiếu sáng dân dụng ứng dụngtrong chiếu sáng nông nghiệp là: i) vật liệu phải có khả sản xuất qui mơcơngn gh iệ p, i i) kí c h th ướ c vậ tl iệ u p h t q ua n gp ic ó kh ả nă ng bề n dư i đ i ề u k iệ nlà m việccủahơithủyngântrongđènhuỳnhquang.Dovậy,cácnghiêncứutrongnướctậptrungvàothayđổicácđiềukiệncơngnghệnhằmtăngkíchthước vật liệu lên mức “bền”- kíchthướcmicromet.Vớimongm u ố n đ ó n g g ó p s ứ c m ì n h v o c ô n g c u ộ c p h t t r i ể n k i n h t ế nước, theo kịp xu phát triển công nghệ nước giới, nghiên cứu sinhcùngtậpthểcácThầygiáotạitrườngĐạihọcBáchKhoaHàNội,ViệnKhoa học Vật liệu ViệnH n L â m K h oa h ọ c v C ô n g n g h ệ V i ệ t N a m c ù n g n h ó m n g h i ê n c ứ u t h u ộ c b ộ m n Hóa Cơng ty CP Bóng đèn Phích nước Rạng Đơng tìm hiểu, thảo luận lựachọnĐ ề t i n g h i ê n c ứ u , Đ ề t i c ủ a l u ậ n n : “ Nghiênc ứ u c h ế t o b ộ t h u ỳ n h q u a n g đ ấ t phát xạ đỏ Y2O3:Eu3+và cam - đỏ xa YAG:Eu3+ứng dụng chế tạo đèn huỳnhquangchundụngchocâytrồng”vàđặtracácmụctiêunghiêncứucụthểnhư sau: Nghiêncứuxâydựngquytrìnhcơngnghệtổnghợpvậtliệuvàtốiưuhóacácthơng sốcơngnghệchếtạobộthuỳnhquangphátxạánhsángđỏ(610nm)cókíchthước microtrê nmạngnềnY2O3phatạpionEu3+bằngphươngpháphóahọc ướt; Nghiêncứuxâydựngquytrìnhcơngnghệchếtạobộthuỳnhquangphátxạánhsáng đỏxa(710nm)trênmạngnềnY3Al5O12p h a tạpionEu3+bằngphươngpháphóahọcướt,vậtliệuc ódảiphổphátxạphùhợpvớiphổhấpthụánhsángcủacâytrồng Nghiênc ứ u c c t í n h c h ấ t c ủ a h ệ h a i l o i v ậ t l i ệ u t ổ n g h ợ p đ ợ c v k h ả n ă n g ứ n g dụngcủachúngtrongchếtạomộtsốnguồnsángphụcvụchochiếusángnôngnghiệp Cáchtiếpcận,phươngphápnghiêncứu Phương pháp nghiên cứu luận án nghiên cứu thực nghiệm có bổ sung nghiên cứuthực tế Cách tiếp cận trình nghiên cứu từ kết thực nghiệm kết hợp vớilý thuyết tài liệu tham khảo giải thích, so sánh, đánh giá tối ưu quy trình thựcnghiệm.Cơngnghệchếtạovật liệu đượctiếnhànhtại phịngthínghiệm bộmơnHóaVơcơ - Đại cương, Viện Kỹ thuật Hóa học - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cơng ty CP Bóngđèn Phích nước Rạng Đơng Các phép đo phân tích mẫu thực sử dụng thiếtbị sẵn có nhiều đơn vị khác Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trường ĐạihọcQuốcGiaHàNội, cơngtyCPBóngđènvàPhíchnướcRạngĐơng Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễn Luận án cơng trình nghiên cứu định hướng ứng dụng Đối tượng nghiên cứucủa luận án vật liệu phát quang dùng cho nguồn sáng phục vụ sản xuất nơngnghiệp Các kết luận án đóng góp: (1) xây dựng qui trình, tối ưu hóa phương phápchế tạo vật liệu phát quang theo phương pháp hóa học ướt; (2) ứng dụng qui trình trênqui mơ cơng nghiệp Các kết nghiên cứu ban đầu luận án mở định hướngsâu nhiều đối tượng trồng nơng nghiệp, góp phần tăng giá trị mặt kinhtế Bốcụccủaluậnán Luận án trình bày 96 trang không kể phần mục lục danh mục tàiliệuthamkhảo.Cấutrúccủa luậnángồm: Chương 1: Trình bày tổng quan vật liệu huỳnh quang, tổng quan tình hình nghiên cứu nước giới hai vật liệu Y 2O3:Eu3+và YAG:Eu3+và vai trò ánh sángtrongsinhtrưởngcâytrồng Chương2:Phươngphápchếtạovật liệuhuỳnhquang Chương 3:TrìnhbàycáckếtquảnghiêncứucácthơngsốảnhhưởngđếnqtrìnhtổnghợpbộthuỳnhquangY2O3:Eu 3+vàbộtYAG:Eu3+;chỉracácđiềukiệncơngnghệtốiưu Chương4:Trìnhbày cáckếtquảthửnghiệmứngdụngbộthuỳnhquangtổnghợpđược làmđènnơngnghiệpchiếusángchocâytrồng Kếtluận:Trìnhbàycáckếtquảchínhcủaluậnán Cáckếtluận chínhcủaluậnánđượccơng bốtrong4cơngtrìnhkhoahọctrongđócó01bàibáoquốc tế, 02bài báotrongnướcvà01bài báocáotrongcáchộinghịquốc tế CHƯƠNG 1TỔNGQUA N 1.1 Tổngquanvềvậtliệuhuỳnhquang Dưới kích thích nguồn lượng bên ngồi, vật liệu có khả chuyển đổi nănglượng thành xạ điện từ gọi vật liệu huỳnh quang Thông thường, xạ điện từđược phát xạ vật liệu huỳnh quang thường nằm vùng ánh sáng nhìn thấy (có bước sóng từ400 -700 nm) nhưngđơi có thểnằm trongvùngtửngoạihoặchồngngoại [34] 1.1.1 Qt r ì n h h ấ p t h ụ n ă n g l ợ n g k í c h t h í c h c ủ a c c v ậ t l i ệ u h u ỳ n h quang Cácvậtliệu huỳnhquangchỉphátxạbứcxạkhinănglượng kíchthíchđượchấpthụ 1.1.2 Sơ đồmứcnănglượng cácionkimloạiđấthiếm(4fn) Đặc trưng ion kim loại đất lớp vỏ 4f chưa bão hòa Các orbital 4f nằm sâu bên bao bọc orbital bão hòa 5s 2và 5p6 Do vậy, ảnh hưởng củamạngchủtớiquátrìnhphátquangcủa cấu hình4fnlàrấtnhỏ(nhưng rấtcầnthiết) Những đặc tính quan trọng ion đất phát xạ hấp thụ dải sóng hẹp,thời giansốngởcáctrạngtháigiảbềncao,cácchuyểnmứcphátxạraphotoncóbướcsóngthích hợp phát quang phân lớp 4f có độ định xứ cao nằm gần lõi hạt nhân nguyêntử 1.1.3 Cácchuyểndờiphátxạ vàkhông phátxạcủaionđất 1.1.3.1 Lýthuyết Judd-Ofelt(JO)[7,15] Lý thuyết JO lý thuyết bán thực nghiệm cho phép xác định cường độ chuyểndời hấp thụ huỳnh quang ion đất hiếm, kim loại chuyển tiếp chất rắn vàchấtlỏng ÝnghĩacủalýthuyếtJOlàchophéptínhđượccườngđộcácvạchhấpthụvàhuỳnhquangthơngquabiểuthứclýthuyếtlựcvạch 1.1.3.2 Cácchuyển dờiphátxạ Năng lượng ion đất hóa trị ba tăng dần theo cấu hình f ncủa chúng Do cácelectron4fđượcchắnbởicácphânlớpkhácbênngồinênphổphátxạcủacácionđấthiếmthườnglàcácphổvạchsắcnét.Dotínhchẵnlẻkhơngthay đổitrongsuốtqtrìnhchuyểnđổinênthờigian sốngcủa trạngtháikíchthíchlàkhálâu(10-3s) XemxétđốivớiionEu3+(4f6): Khi ion Eu3+được kích thích lên mức lượng cao (năng lượng kích thích tối thiểu là2,18 eV), điện tử nhanh chóng hồi phục mức lượng thấp phát xạ vạch vùng khả kiến tương ứng với dịch chuyển từ mức bị kích thích5D0tới cácmức7Fj(j = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) cấu hình 4f6 Mức5D 0khơng bị tách trường tinh thể (do j = 0) nên tách dịch chuyển phát xạ sinh tách trường tinh thể mức 7Fj Các mức lượng ion đất điện tử lớp 4f tạo nên (cùng có cấu hình fn), tất trạng thái có số chẵn lẻ Nếu ion tự chiếm vị trícóđốixứngđảotrongmạngtinhthể,cácchuyểndờiquanghọcgiữacácmức4f nbịcấm cách nghiệm ngặt chuyển dời lưỡng cực điện (quy tắc chọn lọc chẵn lẻ) Nó chỉcó thể xảy chuyển dời lưỡng cực từ theo quy tắc lựa chọn Δjj =0, ±1 (nhưngcấmj=0tớij=0).Tuynhiênnếukhơngcóđốixứngđảoởtâmcủacácionđấthiếmthìquy tắclựachọn(ngăncấmtínhchẵnlẻ)bịmấttácdụngởcácmứcđộkhácnhauvàcóthểxảy chuyển dời lưỡng cực điện cho phép yếu Một vài trình chuyểnđổi: Δjj=0, ±2 nhạy cảm với hiệu ứng Thậm chí, chúng xuất đỉnh nổitrộiđặctrưngtrongphổ ảnh[29] 1.1.3.3 Cácchuyểndờikhơngphátxạ Đơi điện tử trạng thái kích thích khơng trở trạng thái Nếu hai mức lượng kích thích tồn mức lượng khác nữa, từtrạng thái kích thích, điện tử có “ghé thăm” mức lượng trung gian mớiquayvềt r n g t h i c b ả n , t i c c m ứ c t r u n g g i a n , đ i ệ n t k h ô n g p há t h u ỳ n h q u a n g h o ặ c phátvớihiệusuấtlượngtửnhỏthìqtrìnhnàyđượcgọilàchuyểndờikhơngphátxạ.Cácchuyển dời khơng phát xạ ln cạnh tranh với q trình chuyển dời phát xạ lànguyênnhân làm giảm hiệu suất phát quang Để tăng cường hiệu suất phát quang vật liệu cầngiảm chuyển dời không phát xạ (là trình phát xạ phonon truyền nănglượng).Điềunàycóthể nhậ nđượcnế us ửdụngm ột mạ ng nềncót ầ n sốdaođộng m n g thấp[1,7,34] 1.1.4 Ảnhhưởngcủamạngnền Mạng có ảnh hưởng định đến tính chất quang ion đất dù lớpđiệntử 4fcủacác ion nàyđãđượcchechắnbởicáclớpbênngoài Các yếu tố ảnh hưởng đến phát quang vật liệu có mạng khác nhaunhưngtâmkíchhoạtgiốngnhaulà: - Tính cộng hóa trị (hiệu ứng nephelauxetic):Thơng thường, tính cộng hóa trịt ă n g , sực nh l ệ c h đ ộ â mđ i ệ n c c ionthấ pd o vậ yquátrình chuyển đ ổ i ệ n t í c h ( C T S ) ion dịch chuyển vùng có lượng thấp Nguyên nhân khitínhc ộ n g h ó a t r ị t ă n g , t n g t c g i ữ a c c e l e c t r o n g i ả m l m m r ộ n g đ m m â y e l e c tr on [72] - Trường tinh thể: mạng khác trường tinh thể khác táchmứcnănglượngsẽkhácnhau[1, 34, 72] 1.2 Vaitrịcủấnhsángtrongqtrìnhsinhtrưởngcủa 1.2.1 Vaitrò ánhsáng đỏđếnsựpháttriển củacâytrồng Phytocrom sắc tố góp phần hấp thụ ánh sáng cây, đặc biệt ánhsáng đỏ, đỏ xa xanh Trong nội dung nghiên cứu luận án, NCS tập trung trình bày vềkhảnănghấpthụánhsángđỏ,đỏxacủaphytocrom 1.2.2 Tínhchấtquanghóavàsinhhóacủa phytocrom Phytocroml m ộ t d n g p r o t e i n m u x a n h c ó k h ố i l ợ n g p h â n t k h o ả n g k D a [65] Phytocromcókhảnăngchuyểnđổigiữahaidạng:phytocromđỏ(Pr)vàphytocrom đỏ xa (Pfr) Trong tăng trưởng bóng tối, phytocrom dạng hấp thụ ánh sángđỏ(Pr)sẽbịchuyểnđổithànhphytocromđỏxadướiánhsángkíchthíchđỏvàngượclại PfrsẽbịchuyểnđổithànhPrdướiánhsángkíchthíchđỏxa.VìPfrhấpthụmộtlượngtiađỏ nên tế bàothườngduytrìtỷlệkhoảng85%Pfr:15%Prtrongđiềukiệncósáng.Tuy nhiên, Pr khơng q nhạy cảm với tia đỏ xa nên điều kiện có tia đỏ xa (điềukiệntối),tếbàothườngduytrìtỷlệ97%Pr:3%Pfr Ánh sáng ban ngày hỗn hợp nhiều bước sóng ánh sáng gồm ánh sáng đỏ vàđỏxa.Tuynhiên,ởthờiđiểmbanngày,ánhsángđỏchiếmưuthếnênPrsẽbịchuyểnđổi thành Pfr ngược lại thời điểm ban đêm, Pfr dần chuyển đổi lại thành ánh Pr Tronghai loại phytocrom Pfr dạng hoạt động nên ngày dài cần tích lũynhiềuPfrthìcâysẽrahoa;ngượclại,câyngàyngắncầntíchlũynhiềuPrthìcâymớiraho a Lợidụng cácđặctính mà conngười có thểkhốngchế thúc đẩy rah o a theoýmuốnnhờ cáctácđộngthayđổiluânphiênánhsángđỏ,đỏxa(hình1.18) 1.3 Ứng dụngđèn huỳnhquangtrong sảnxuấtnơngnghiệpcơng nghệcao 1.3.1 Tìnhhìnhnghiêncứutrênthế giới Từ năm 1994, nhà khoa học người Mỹ công bố patent giải pháp hữuích chiếu sáng điềukhiển trồng [85] Theo đó, lớp bộthuỳnhquang bêntrongđ è n huỳnhquanggồmbốnthànhphầnhuỳnhquang,tươngứngcó4đỉnhphátxạtrongdải( 440 ÷ 460) nm, (540 ÷ 560) nm, (600 ÷ 620) nm (700 ÷ 800) nm Theo sáng chế này, đặctính quang phổ đèn huỳnh quang lựa chọn cho ánh sáng dải bướcsóng(700÷800)nm-Frảnhhưởngđếnhìnhtháicủacâytrồng,kéodàicâyvàbổsungánhsángtrong dảibước sóng (400 ÷700)nm tăng hiệu quang hợp, nhằm đạt tốcđột ă n g t r n g t n g đ n g n h t r o n g đ i ề u k i ệ n n h s n g t ự n h i ê n T ỷ lệp h a t r ộ n t h a m khảonhư sau(bảng1.2): Bảng1 1: Tỷlệphối trộn cácthànhphần bột huỳnh quang STT BAM(Ba MgAl10O17) LAP( LaPO4) YOX( Y2O3) ALF(Li AlO2) Thông lượngphotonvùng (600700)/vùng(700800) 1,2 1,0 0,8 16% 32% 32% 20% 13% 26% 26% 35% 10% 20% 20% 50% 1.3.2 Tìnhhìnhnghiêncứutrongnước Cơng ty Cổ phần Bóng đèn phích nước Rạng Đơng, kết hợp với Viện Sinh học Nôngnghiệp trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội vàV i ệ n T i ê n t i ế n K h o a h ọ c v C ô n g n g h ệ AIST - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đơn vị tiên phong cơng nghiên cứucácgiảiphápchiếusángchocâytrồng.Cơngtyđãtiếnhànhnghiêncứutìmraquytrình sảnxuấtloạibộthuỳnhquangphátxạánhsángđỏ,đỏxavàxanhphùhợpvớiucầuvànhu cầu nước, thay nguồn nguyên liệu nhập từ nước ngồi đồng thời tìm racácgiảipháplàmtănghiệusuấtchiếusángcủa đèn NhómnghiêncứuthuộcViệnTiê ntiế nK hoa họcvà Côngnghệ-A I ST -trườ ngĐạ i học BáchKhoaHàNộicũnglàmộtnhómnghiêncứumạnhvềvậtliệuphátquangnóichung Rất nhiều cơng trình cơng bố việc tổng hợp thành công vật liệu huỳnhquang bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng xanh lục [26, 85], bột đỏ [5, 16, 63] vớinhiềukếtquảkhảquan Một số nhóm nghiên cứu khác vật liệu phát xạ ánh sáng đỏ như: Viện Hàn lâm KhoahọcvàCôngnghệViệtNam,ĐạihọcCôngnghiệpQuảngNinh 1.4 Mộtsốvấnđềcơbản vềđènhuỳnhquang,huỳnhquangcompact 1.4.1 Cácthông số kỹthuật đèn huỳnh quang 1.4.1.1 Nhiệtđộmàu(ColourTemperature) Nhiệt độ màu màu thân vật liệu phát ra, có đơn vị Kelvin [13] Nói chungnhiệtđộmàukhơngphảilànhiệtđộthựccủanguồnsángmàlàmàucủavậtđentuyệtđối phátrakhinungnóngđếnnhiệtđộnàythìánhsángdonóbứcxạcóphổhồntồngiốngphổcủang uồnsángkhảosát 1.4.1.2 Hệsốtrả màuCRI(Colour RenderingIndex) Chỉ số hồn màu (hay hệ số trả màu) đặc trưng tiêu quan trọngđối với nguồn sáng, phản ánh độ trung thực màu sắc vật chiếu sáng bằngnguồn sáng ấy, so với trường hợp chiếu sáng ánh sáng ban ngày [32] Người taquy định, số CRI ánh sáng chuẩn tự nhiên xạ vật đen tuyệt đối 100 Hệsốtrảmàucủacácnguồnsángkhácđượcsosánhvớinguồnchuẩnvàcógiá trịtừ0 ÷100 Để xác định xác hệ số trả màu nguồn sáng, người ta dùng thiết bị đo lường chuyên dụng Ở nước ta, số sở trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, phịngđolườngcơngtyCPbóngđènphíchnướcRạngĐơng,ViệnđolườngViệtNam… cóthểđolượngchỉsốhồnmàucủa loạiđèn 1.4.2 Mộtsốvật liệuphát quangtrongđènhuỳnh quangchiếu sáng 1.4.2.1 Bộthalophotphat Bột halophotphat có thành phần Ca 5(PO4)3X (X = Cl, F), hydroxy apatitcótrongrăng xươngvàtâmkíchhoạtlàcácionMn2+,Sb3+ Đỉnh hấp thụ quang mạng tinh khiết khoảng 150 nm: tấtc c c c n ă n g l ợ n g kích thích thủy ngân phát bị hấp thụ tâm kích hoạt Vị trí ion Mn2+và Sb3+trong mạngnềnnàyvẫnchưađượcxácđịnhchínhxác Nhược điểm đèn halophotphat khó để thu đồng thời độ sáng hệ số trả màu (CRI) cao Nếu độ sáng cao (hiệu suất sáng cỡ 80 lm/W) hệ số trả màu CRI đạtgiá trị 60; giá trị tăng lên đến 90 độ sáng lại giảm (hiệu suất sáng cỡ 50lm/W) [73] 1.4.2.2 Bộthuỳnhquangbamàu Koedam Opsteltan dự đoán rằng, kết hợp ba loại bột huỳnh quang phát xạ tạicác bước sóng 450, 550 610 nm thu đèn huỳnh quang có đồng thời hiệu suấtsáng (80 lm/W) hệ số trả màu cao (80 - 90) [34, 73] Loại đèn đèn huỳnh quangbamàu(tri-colorphosphor) 1.4.3 Vậtliệuphát quangY2O3:Eu3+ VậtliệuY 2O3cócấutrúckhơnggia nhìnhlậpphươngtâmkhốidạngIa3trongđómỗiđ ơnvịơmạngcơsởchứahainguntửYkhơngtươngđươngnằmởvịtrí8(b) 1,1, 1 ( )(Y1)và24(d) (x,0, )(Y2)đượ cb a oquan h b i n g u y ê n t Onằ mở v ịtrí 48 (e ) 44 4 cócấutrúcdạngbát diện[43] 1.4.4 Vậtliệu phátquangYAG:Eu3+ Yttria l u m i n u m g a r n e t , Y 3Al5O12( Y A G ) l m ộ t l o i v ậ t l i ệ u n h â n t o t h u ộ c h ọ garnet,códạngbột,màutrắng,cóchỉsốkhúcxạvàtỷtrọngtươngđốicao(bảng1.5)vàn ếuchứacáckimloạichuyểntiếphoặccácnguntốđấthiếmthìchúngcókhảnăngtạomàu vùng ánh sáng nhìn thấy [71] Về mặt cấu trúc, họ garnet có cấu trúc dạng lậpphương với nhóm khơng gian Ia3d cation vị trí đặc trưng (tâm 24c, 16a và24d)cịncácanionoxyởcác vịtrítâm96h CHƯƠNG2 THỰCNGHIỆMVÀ CÁCPHƯƠNGPHÁP NGHIÊNCỨU 2.1 Chếtạovậtliệu  Hóachất Y2O39 , 9 % , T Q ; E u 2O39 , 9 % , T Q ; A l ( N O 3)3.9H2O,M e r c k ; L i O H , T Q , d u n g dịch NH325%, TQ; dung dịch HNO365% dùng cho phân tích, Merck; hóa chấtphục vụ cho q trình tráng phủ bột huỳnh quang lên đèn: polyox, chất khử bọt,Al2O3,dispex  Dụngcụ Máy khuấy từ gia nhiệt IKA RCT Basic - Đức; Tủ sấy Memmert - Đức; Lò nungNabertherm - Đức; Bình cầu, ống đong, nhiệt kế, buret, pipet, micropipet loạicốc thủy tinh; số thiết bị xưởng đèn cơng ty CP bóng đèn phích nước RạngĐông: máy khuấy tốc độ cao, hầm sấy, máy gắn ống thủy tinh, máy rút khí nạpthủyngân,thiếtbịbơmdungdịchhuỳnhquanglênđèn 2.1.1 ChếtạovậtliệuY2O3:Eu3+  Lýdolựachọnphươngpháp  Nguntắctổnghợp Bước1:LấymộtlượngbộtEu 2O3đãđượctínhtốntheotỷlệphầntrămđemhịatan dung dịch axit HNO32M bột yttri oxit (đã tính tốn xác lượng mẫu) phântántrongnướctáchion.Trộnhaihỗnhợpvàonhau,khuấyđều Bước 2:Hỗn hợp kết tủa cách nhỏ từ từ dung dịch NH 4OH vào hỗnhợp phản ứng, sau kết tủa hồn tồn ổn định pH = - (kiểm tra mơi trường bằnggiấyquỳ)vàtiếnhànhkhuấyđềutrongvịng3h Bước3:Tiếnhànhlọclấykếttủarồiđemsấykhơvàđemnungởnhiệtđộcao(từ6001300ºC) Để tiến hành đồng pha tạp ion kim loại đồng thời lên mạng Y 2O3, lượngchính xác hóa chất Al(NO 3)3(chiếm 3% số mol theo ytri), KNO 3( c h i ế m % v ề s ố mol theo ytri), NaNO3(chiếm 2% số mol theo ytri) Li2CO3(chiếm 6% số mol theoytri)sẽ hòa tan nước tách ion tạo dung dịch trộn với hỗn hợp bước Cácqtrìnhtổnghợpsauđóđược tiếnhànhgiốngnhư chỉphatạpionEu3+ 2.1.2 ChếtạovậtliệuY3Al5O12:Eu3+ Bước 1:Lấy lượng bộteuropi oxit, bột yttri oxit muối nhôm nitrat đượctính tốn theo tỷ lệ phần trăm đem hòa tan 40 ml dung dịch axit HNO 3đặc (68%), sửdụng máy khuấy từ gia nhiệt để hỗ trợ q trình hịa tan muối nhơm nitrat axit đượcthuậntiện.Trộnđềuhỗnhợpchođếnkhi thuđượcdung dịchtrongsuốt Bước2:Bổsungtừtừdungdịchammoniac25%vàohỗnhợpphảnứngởbước1cho đến khithuđượckếttủamàutrắng,tiếptụcbổsungdungdịchammoniacđểkếttủahoàntoànvàthuđượcgiátrịpHhỗnhợptừ 8- Bước 3:Sấy sơ kết tủa thu 80 ºCtrong ngày (cho đến khơ) Bộtkhơthuđượcđượcđemnghiềnsơbộrồinungtrongkhoảngnhiệtđộtừ600-1300ºCtrong3giờ 2.2 Quytrìnhtrángphủbộtlênđèn Bước1:Phabột Bước 2:Tráng bột lên ống thủy tinh (hình 2.6)Bước3:Sấykhơ(hình2.7) Bước4:Sấykhửkeo (hình2.8) Bước5:Băng đầu,vítmiệng (hình2.9)–Qtrìnhgắnđiệncựcvàoốngthủytinh Bước6:Rútkhí,nạpthủyngân(hình2.10) Cácđènlàmrasẽđượcthửsáng100%,sauđósẽvậnchuyểnđếnkhâulắpráp,hồnthiệnsảnphẩmv đưarathịtrường 2.3 Cácphươngphápxácđịnhcấutrúcvàtínhchấtquangcủavậtliệu 2.3.1 Phươngphápphổhồngngoại Các mẫu nghiên cứu luận án tiến hành đo phổ hồng ngoại FT-IR máyShimazutạiKhoa HóatrườngĐạihọcKhoahọcTựnhiên-ĐạihọcQuốcGiaHàNội 2.3.2 Giảnđồ nhiễu xạtiaX Các mẫu nghiên cứu luận án tiến hành đo XRD máy SIEMENS D5005BrukerGe rmanytạiK h o a Hóa, má y PhilipX pe rt Pro,khoa Vậtlýtrườ ng Đạihọc K hoa họcTựnhiên -ĐạihọcQuốcGiaHàNộivớicườngđộdịngđiệnbằng30mA,điệnáp40kV,gócqt2θ =10º÷70º,tốc độqt0,03º/giây 2.3.3 Nghiên cứuảnh vihìnhthái kínhhiển viđiệntửqt(SEM) Các mẫu tổng hợp nung nhiệt độ khác phân tích với thiết bịFESEM-S4800 (Hitachi, Japan) Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương (Hà Nội) FESEMJEOL/JSM-7600F Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST) Đại học Bách khoa Hànội(hình2.6) 2.3.4 Phương pháp phổhuỳnhquang vàkíchthíchhuỳnh quang Đối với mẫu tổng hợp Y2O3:Eu YAG:Eu, sử dụng nguồn kích thíchthủy ngân với bước sóng 254 nm phù hợp với điều kiện kích thích đèn huỳnh quang, huỳnh quang compact Quá trình đo tiến hành nhiệt độ phòng máy NanoLogspectrofluorometer, HORIBA Jobin Yvon viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)ĐạihọcBáchkhoaHàNội CHƯƠNG3 KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN 3.1 VẬTLIỆUPHÁTXẠÁNHSÁNG ĐỎ Y2O3:Eu3+ 3.1.1 Ảnhh n g c ủ a n h i ệ t đ ộ n u n g đ ế n c ấ u t r ú c p h a , t í n h c h ấ t p h t quangvà hình thái bềmặtbộthuỳnhquangphátxạ ánhsángđỏY2O3:Eu3+ 3.1.1.1 Ảnhhưởng củanhiệtđộnungđếnsựhìnhthànhcấutrúc mạngnền Mẫu vậtliệuY2O3:Eu3+(7%mol) đượcchuẩn bị phương pháp khuếchtán bề mặtnhư trongmục2.1.1rồiđược tiếnhànhnung ởcácnhiệtđộkhácnhau ẢnhhưởngcủanhiệtđộnungmẫutớisựhìnhthànhphatinhthểđượckhảosátbằngphổXRD,các mẫuđượcnungởnhiệtđộtừ600 ºCchođến1300 ºCtrongkhoảngthờigian 3giờ.Kết quảđượctrìnhbàytrênhình3.1: Hình 1: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Y2O3:Eu3+(7%mol)nungởcácnhiệtđộkhácnhautrongthờigian3giờtheo phương pháp khuếch tán bềmặt: º (a)600 C;(b)800ºC; (c) 1000ºC; (d)1100ºC;(e) 1200 º C;(f)1300ºC Cáck ế t q u ả p h â n t í c h c h o t h ấ y , 0 º Cđ ã xuấthiệncácpicđặctrưngchocấutrúclậpphươngcủa tinh thể Y2O3với mặt nhiễu xạ đặc trưng (222), (400), (440), (622) tương ứng với góc nhiễu xạ2θ=29º;33º;48ºvà57º(theothẻchuẩnsố41-1105) Khơng có xuất thành phần pha tạp giản đồ nhiễu xạ tia X chứngtỏrằng,ionEu 3+đãđivàomạngnềnvàphathuđượclàđơnpha.Sựdịchchuyểncủacácpic vềgócthấphơnlàdobánkínhioncủaionEu3+lớn chút so với Y 3+(0,947 Å sovới0.900Å),kết quảlàcác hằngsốô mạnglớnhơn(a =10,604 Åsovớia=10,64Å) Kết trình tăng nhiệt độ nung cường độ vạch nhiễu xạ trở nên mạnh hơn, sắc nét chứng tỏ hình thành pha tinh thể Y 2O3là tốt kích thước hạt tinh thểtăng dần theo nhiệt độnung Do nguyên vậtl i ệ u b a n đ ầ u s d ụ n g Y 2O3d n g t i n h t h ể r ắ n nên mức độ kết tinh hoá thay đổi không rõ ràng theo nhiệt độ so với phương pháp solgelhoặcđồngkếttủa(đitừcácngunliệudạngmuốihoặcalkoxide) 3.1.1.2 Kếtquả phântíchphổ hồngngoạiFT-IR Hình3.2trìnhbàykếtquảphổhồngngoạicủamẫuvậtliệunungở600ºC(đường màuđỏ)và1300ºC(đường màuxanh)trong 3h Hình 2:Phổ FT-IR mẫu Y2O3:Eu3+(7% mol) nungở600ºC 1300ºC Cáck ế t q u ả p h â n t í c h h n g n g o i c h o t h ấ y , trênphổhồngngoạicủamẫuY2O3:Eu3+nung 1300ºC có mặt đỉnh hấp thụ có số sóng tương ứng là565,1 513 cm-1 Đây đỉnh hấp thụ đặc trưngchod a o đ ộ n g c ủ a l i ê n k ế t k i m l o i o x y t i n h thể Y2O3[ ] C c đ ỉ n h h ấ p t h ụ 1385; 1520 cm1đặctrưngchodaodộnggócvàkéodãnC-O.Sựxuất đỉnh hấp thụ giải thích hấp thu khí CO 2trong khơngkhívàomẫu.Ngồira,cịnmộtdảihấpthụở3570cm-1đặctrưngchodaođộngkéodãnOH Sự xuất đỉnh hấp thụ mẫu pha tạp hiểu có hấp phụ phântử nước trình tổng hợp mẫu (quá trình nén KBr [22]) hấp thụ nước trongkhơng khí Các nhóm hydroxyl (-OH) dạng vết nguyên nhân gây nênh i ệ n tượng dập tắt phát xạ ion đất dẫn đến tượng giảm cường độ huỳnh quang.Tuy nhiên,dảihấpthụnàytrởnênyếudầnkhităngdầnnhiệtđộnungvàgầnnhưbiếnmấtở nhiệt độ º 1300 C trừ nhómdao động liên kết Y-O thể mạnh Điều chứngtỏ rằng, 600ºC xuất đỉnh hấp thụ đặc trưng liên kết kim loại - oxy nhưngchưa rõ ràng; tăng nhiệt độ nung lên, nhóm liên kết chiếm ưu khẳng định cósự hình thành tinh thể mong muốn Các kết hoàn toàn phù hợp với kết XRDkhi 600 ºC vật liệu dạng cấu trúc tinh thể 1300 ºC tinh thể hồn thiện hơnvàcácnhómhydroxylbịloạibỏ 3.1.1.3 Ảnhhưởngcủanhiệtđộnungđếnhìnhtháibềmặt vậtliệu Y2O3:Eu3+ Để quan sát ảnh hưởng nhiệt độ nung lên hình thái bề mặt vật liệu, phương phápkính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) sử dụng để khảo sát mẫu MẫuY2O3:Eu3+(7%) tiến hành xử lý nhiệt độ từ 600-1300oC thời gian giờ.ẢnhFESEMcủacácmẫunungở cácnhiệt độkhácnhauđượcchỉranhư trênhình3.3: chovậtliệucókíchthướclớnhơn.Cáctínhchấtquangcủacácmẫuvậtliệunàysẽtiếptụcđượckhảosátở phần3.1.2.3 3.1.2.3 ẢnhhưởngcủanồngđộphatạpđếnphổhuỳnhquangcủavậtliệuY 2O3:Eu3+ Theo nghiên cứu trước nhóm nồng độ Eu 3+tối ưu pha tạp trongnền Y2O3tổng hợp theo phương pháp sol-gel thường 7%mol Trong nghiên cứu chúngtôi tiến hành tổng hợp vật liệu Y 2O3:Eu3+theo phương pháp khếch tán bề mặt với nồng độ pha tạp Eu3+theo % mol so với Y3+lần lượt (3%, 7%, 9%, 11% 20%) Các mẫuđềuđược xử lýnhiệtởnhiệtđộ1300oCtrongthờigian3h Nồngđ ộ i o n E u 3+phat p c ũ n g ả n h h n g Cườngđộ(đ.v.t.y) đếnk h ả n ă n g p h t q u a n g c ủ a v ậ t l i ệ u K ế t q u ả phân tích phổ huỳnh quang cho thấy (hình 3.11),với tỷ lệ pha tạp khác vật liệu phát xạmạnh vùng ánh sáng màu đỏ từ 580 nm đến 720nm, đỉnh phát xạ mạnh bước sóng 611 nmtương ứng với trình dịch chuyển mức lượng từ5D07F2của ion Eu3+ Điều đượcphépkhiionEu3+chiếmtâmC2 Bước sóng (nm) Hình 10: Ảnh hưởngcủa nồng độ pha tạp Eu3+đếnkhảnăng phát quang củavật liệu tổng hợp theophươngpháp khuếch tánbềmặt KhitỷlệphatạpionEu 3+tănglênthìcườngđộhuỳnhquang tăng.Điềunàyđượcgiải thíchlàkhiionEu3+tăng thay ion Eu3+vào vị trí ion Y3+trongmạng Y2O3tăng lên, làm tăng tâm phát xạ dẫn tới cường độ huỳnh quang tăng lên (đồ hình 3.11) Nhưng tỷ lệ pha tạp tăng cao, tâm phát quang Eu 3+ở gầnnhau gây hấp thụ lượng lẫn tâm phát xạ Đây hiệntượng suy giảm cường độ huỳnh quang tỷ lệ pha tạp cao (hiện tượng dập tắt huỳnhquang) Cườngđộ(đ.v.t.y) Như vậy, nồng độ pha tạp tối ưu ion Eu 3+là 7% mol tương đồng so với cácphươngp h p t ổ n g h ợ p v ậ t l i ệ u Y 2O3:Eu3+t h e o c c p h n g p h p k h c c ủ a n h ó m n h phươngphápsol-gel;đồngkếttủa[5] Sau xác định nồng độ tối ưucủa ion Eu3+là 7%, ảnh hưởng ionđồng pha tạp (Li+, Al3+, Na+, K+) đượcnghiên cứu Hình 3.12 cho biết ảnh hưởng củaion đồng pha tạp đến tính chất quang vậtliệuY2O3:Eu3+7%mol Bướcsóng(nm) Hình 11:Phổ huỳnh quang bước sóngkíchthích 254 nm: (Y0,93Eu0,07)2O3(đường màu đỏ); (Y0,90Eu0,07Al0,03)2O3(xanh lục);(3) (Y0,87Eu0,07Li0,06)2O3(xanhlam); (Y0,90Eu0,07Na0,02K0,01)2O3(màuxám) đềuđượcnung 1300ºC Kết phân tích phổ PL hình 3.12 cho thấy pha tạp ion kim loại gópphần làm tăng cường độ phát quang vật liệu Đỉnh phát xạ cực đại thu tạibước sóng 611 nm dịch đỉnh phát xạ thay đổi ion đồng pha tạp khác nhaukhôngđángkể.Sởdĩnhưvậylàbởi,theo[25],cáckimloạinàyđãưutiênchiếmtâmC 2của mạng Y2O3, trình chuyển đổi nhạy thay đổi mơi trường bênngồidẫnđếnlàmtăngcườngđộđỉnhphát xạ611nm 3.1.2.4 TínhtốnRietveltchovậtliệuY2O3:Eu3+khithayđổinồngđộ phatạp Kết tính tốn cho thấy vật liệu Y2O3:Eu3+có cấu trúc lập phương (cubic) vớinhóm khơng gian Ia3 (260),=== 90ovới thơng số cấu trúc trình bày trongbảng3.2 Bảng3.2:Dữliệuthôngsốcấutrúcđốivớimẫu(Y 0.93Eu0.07)2O3khithayđổinồngđộphatạp Mẫu 2θ ChỉsốMiller JCPDS (Y0.87Eu0.07Li0.06)2O3 (Y0.9Eu0.07Al0.03)2O3 29,13 29,13 (Y0.9Eu0.07Na0.02K0.01)2O3 Tính tốn Tính tốn JCPDS (222) (222) (222) 29,13 Thơng sốơmạng JCPDS 10,611 10,618 10,604 Kích thướctinhthể (nm) dh,k,l(Å) Tính tốn 3,063 3,065 25 32 3,064 30 3,0599 (222) 10,613 Cườngđộ(đvty.) Tính tốn Rietveld cho phép khẳng định xácc ấutrúccủavật l i ệ u Y 2O3:Eu3+.V ậ t l i ệ u t h u đơn pha tinh thể, có chấtlượngcao,vớisaikhácgiữalýthuyếtvà thực nghiệmnhỏ Hình3.12:Dữliệukiểmnghiệmmẫu(Y0.8Eu0.2)2O3nungở130 0ºC-3h 2θ (độ)) 3.1.3 Kếtquảthửnghiệmtrángphủbộttổnghợptrênđèn huỳnhquang Hình3.14làphổhuỳnhquangcủabộtthươngmạinhậpkhẩu(kýhiệutrênhìnhlà TM)vàbộtthựcnghiệmY2O3:Eu3+( % mol) tổng hợp theo phương pháp khuếch tánbề mặt 611 Kết rằng, bột thực nghiệmchođỉnhphátxạ Y2O3:Eu3+ hoàn tồn trùng khớp vớibột thương mại, đình phát xạ cực đại 611nmdướibướcsóngkíchthích254nm.Khơng Y2O3:Eu3+(TM vậy, cường độ phát xạ bộtthựcnghiệmcịncaohơnhẳnsovớibộtthươngmại Ngồirabộtthươngmạic ó xuấthiệnphổphátxạởv ùngbướcsóng545nm Các kết quảphân tích phổ huỳnhquang bột thương mại mẫu chế Wavelength(nm) tạođượcthểhiệntrênhình 3.14 7x10 Y2O3-Eu TM- PL 254 nm-0.1s-slit 0.5-1 Y2O3-Eu(7%)M2(6-5-2014)-PL254nm-0.1s-slit1- PL_Intensity(a.u.) 6x10 5x104 4x10 3x10 2x10 1x104 500 550 600 650 700 XeEx:254nm Hình3 13:Phổ huỳnh quangbộtthươngmạivà bộtthựcnghiệm 3.2 VẬTLIỆUY3Al5O12:Eu3+ 3.2.1 Ảnhh n g c ủ a n h i ệ t đ ộ n u n g đ ế n c ấ u t r ú c p h a , t í n h c h ấ t p h t q u a n g v hìnhtháibềmặtbột huỳnh quangphát xạánhsáng đỏ Y3Al5O12:Eu3+ 3.2.1.1 Ảnhhưởngcủanhiệtđộ nungđến sựhìnhthànhcấutrúc mạngnền Hình 14: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu(Y0.93Eu0.07)3Al5O12nungtrongcáckhoảngnhiệtđộkhá cnhautheo phương pháp đồng kết tủa: (a)600ºC,(b)800ºC,(c)1000 ºC,(d)1100ºC,(e)1200ºC, (f)1300 ºC Hình 3.15 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫukhi thay đổi nhiệt độ nung từ 600 - 1300 ºC Từ hìnhchúng ta thấy, mẫu tổng hợp theo phươngpháp đồng kết tủa 600 ºC chưa quan sát thấy cósự hình thành đỉnh rõ rệtchứng tỏr ằ n g n h i ệ t độ bột trạng thái vơ định hình Khi tăngnhiệt độ lên 800ºC bắt đầu có hình thành pha tinhthể 2theta340chứng tỏ bắt đầu có chuyểnphatừvơđịnh hìnhthànhphatinh thể.Khităngnhiệt º độ nung lên 1000 C xuất đỉnh nhiễu xạ sắc nét đặc trưng YAG (theo thẻ chuẩnsố 3300-40) Sự xuất đỉnh khẳng định nhiệt độ pha vơ định hình đãchuyển hóa hồn tồn thành YAG tinh thể Khơng có dấu thành phần tạpchứng tỏ mẫu thu đơn pha khẳng định q trình tổng hợp khơng dẫn đếnsự hình thành pha trung gian YAlO 3(YAP) Y4Al2O9(YAM) Tiếp tục tăngnhiệt độ nung lên 1300ºC thấy, độ sắc nét cường độ pic tăng lên chứng tỏrằng trình hình thành tinh thể hồn thiện Sử dụng cơng thức Scherrer ứng với picnhiễuxạ(420)chúngtơitínhtốnđượckích thước tinhthểcỡ25-30nm 3.2.1.2 Kếtquả phântíchphổ hồngngoạiFT-IR Hình 3.16 phổ hồng ngoại mẫu YAG: Eu7%molnung ở600ºCvà1300ºC Từ hình 3.16 thấy, 600ºC xuất vùngsóng đặc trưng vùng 3500 cm -1và 1539 1386cm-1 Đây dải sóng thuộc nhóm dao động O-H C-O tương ứng, nhiên nhóm dao động O-H với cườngđộ khơng đáng kể Các nghiên cứu trước rarằng[90],chínhnhómhydroxyl(OH)ởdảisóng 3500 cm-1là ngun nhân khiến cường độ phát quanggiảm Hình3.15:Phổ hồngngoại củamẫu nungởcác nhiệt độkhácnhau Như vậy, mẫu không thấy xuất đỉnh hấp thụ nước chứng tỏmẫu“khơ”vàlàvậtliệuhuỳnhquangtốt.Ngồira,sựxuấthiệncủanhómC-Otrongmẫu liênquanđếnqtrìnhhấpthụCO2trong khí quyển.Tuy nhiên, xuất gầnnhư bị biến tăng nhiệt độ nung lên 1300 ºC Thay vào đó, nhiệt độ nung cao xuấthiện dải hấp thụ mạnh vùng 785 - 430 cm-1 Các đỉnh hấp thụ 719 786 cm-1liên quan đến dao động hố trị bát diện AlO 6, cịn đỉnh hấp thụ 459 430 cm1liênquanđếndaođộnghoátrịtứdiệnAlO 4.Cuốicùng,cácdảihấpthụở687,567và512cm-1 đặc trưng cho dao động Y-O liên kết kim loại - oxy Đó dải sóng đặc trưng cho cấutrúcgarnetcủaYAG(hình3.17) 3.2.1.3 Ảnhhưởngcủanhiệtđộnungđếnhìnhtháibềmặt củavậtliệuY3Al5O12:Eu3+ Hình 16: Ảnh FESEM mẫu(Y0.93Eu0.07)3Al5O12ởcácnhiệtđộnu ngkhácnhau Hình 3.18 ảnh FESEM mẫu bột (Y0.93Eu0.07)3Al5O12tổng hợptrong điều kiện nung ủ nhiệt độkhác Từ ảnh FESEM chúng tathấy, nhiệt độ nung thiêu kết thấp(1000ºC),chưa có hình thành biênhạt rõ ràng, hạt có xu hướng kếtđám với Khi tăng nhiệt độ nunglên, bắt đầu xuất hạt tinhthểc ó d n g h ì n h c ầ u v i b i ê n h t rõ ràng nhiên kết đám diễn Tại nhiệt độ nung 1300 ºC, kết đám cáchạt giảm rõ rệt, hạt có dạng hình cầu với kích thước đồng đều, đường kính tinh thểcỡ 30 nm đường kính đám kết khối cỡ 100 nm Như vậy, kết tính kích thướctinhthểtheoScherrerkháphùhợpvớikếtquảthuđượctừ đoFESEM 3.2.1.4 Ảnhhưởngcủanhiệtđộnung đếnphổhuỳnhquang củavậtliệuY3Al5O12:Eu3+ TínhchấtphátquangcủavậtliệuYAG:Eu đượcđánhgiádựatrênphổphátxạ(PL)củacácmẫu Hình 3.19 phổ huỳnh quang mẫu Y3Al5O12:Eu3+khi nung nhiệt độkhácnhaudướibướcsóngkíchthích254nm Đây bước sóng kích thích đặc trưngcủa thủy ngân đèn huỳnh quang,huỳnhquangcompact[92,95] Hình 17: Phổ huỳnh quang mẫuY3Al5O12:Eu3+dưới bước sóng kích thích 254nm Tấtc ả c c m ẫ u Y A G : E u t h ể h i ệ n khảnăngphátquangđỏ-camvàđỏxavới cácdảiphátxạđặctrưng.Trongmiền580650nmcónămdảivớicườngđộcácpicđịnh cưở590nm,595,610,631và650nmđặctrưngchomức chuyểnnănglượngtừ5D0- 7Fj( j = 1-3)v d ả i đ ỏ x a n m t n g ứ n g v i m ứ c c h u y ể n 5D07F4c ủ a i o n E u 3+ Khi thayđổi nhiệt độ nung mẫu, với điều kiện đo quang thấy, 800 ºC, phổ huỳnhquangcủamẫucóhìnhdạngkhácsovớicácmẫuởnhiệtđộnung10001300 º C.Ngun nhân q trình chuyển đổi lưỡng cực từ5D 0-7F1khơng nhạy thay đổi củacác nguyên tố lân cận trình chuyển đổi lưỡng cực điện5D0- 7F2l i r ấ t n h y với thay đổi cấu trúc Ngoài ra, đối vớim ẫ u b ộ t n u n g 0 º C , c ó s ự