(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu đánh giá tính chất quang của bột huỳnh quang sử dụng trong đèn chiếu sáng chuyên dụng cho nông nghiệp

GI O TR NG V OT O I HỌC QUY NH N ÀO THỊ THU H NGHI N CỨU NG NH GI TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG SỬ DỤNG TRONG ÈN CHIẾU S NG CHUY N DỤNG CHO NƠNG NGHIỆP h C u n n nh: Vật lí chất rắn M s : 44 N ư n d n : TS NGUYỄN VIỆT H NG N ư n d n 2: PGS TS PH M THÀNH HUY L I CAM OAN Tôi xin cam đoan, kết nghiên cứu riêng hướng dẫn Thầy TS Nguyễn Việt Hưng Thầy PGS.TS Phạm Thành Huy, không trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Học v n o T ị T u Hươn h L I CẢM N Trước tiên em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Nguyễn Việt Hưng PGS TS Phạm Thành Huy, người Thầy tận tình hướng dẫn, dạy, giúp đỡ hết lòng vật chất lẫn tinh thần cung cấp kiến thức khoa học q giá giúp em hồn thành tốt luận văn Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Quy Nhơn, Ban Chủ nhiệm khoa Thầy Cô giáo Khoa Vật lí - TrườngĐại Học Quy Nhơn tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường THPT Nguyễn Đình Chiểu – An Nhơn – Bình Định, Thầy Cô giáo HĐSP Nhà trường tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập h nghiên cứu để hoàn thành luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ, xin cảm ơn chồng con, bạn bè gần gũi, động viên chia sẻ, giúp tơi khắc phục khó khăn q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Quy Nhơn, ngày 20 tháng 07 năm 2019 Học viên Đào Thị Thu Hương MỤC LỤC LỜI AM OAN LỜI ẢM ƠN ANH M ANH M ANH M KÝ HIỆU V HỮ VIẾT TẮT ẢNG IỂU HÌNH VẼ MỞ ẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu nƣớc hƣơng TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PH T QUANG V PHƢƠNG PH P THỰ NGHIỆM h 1.1 Các trình quang học 1.1.1 Quá trình hấp thụ 1.1.2 Quá trình phát xạ 1.2 Vật liệu phát quang 1.2.1 chế phát quang 1.2.2 Phân loại chất phát quang 10 1.2.3 ấu tạo vật liệu huỳnh quang 11 1.3 Một số phƣơng pháp khảo sát tính chất vật liệu 12 1.3.1 Phƣơng pháp khảo sát hình thái bề mặt kích thƣớc hạt 12 1.3.2 ác phƣơng pháp khảo sát tính chất quang 12 1.3.3 Phƣơng pháp khảo sát cấu trúc tinh thể thành phần pha vật liệu 13 1.2.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 14 hƣơng NGHIÊN ỨU QUY TRÌNH ƠNG NGHỆ PHA TR N CÁC T HUỲNH QUANG 16 2.1 Giới thiệu quy trình hiệu chỉnh phổ phát xạ đèn chiếu sáng thông thƣờng 16 2.1.1 Nhiệt độ màu 16 2.1.2 Hệ số trả màu 19 2.1.3 Quy trình trộn bột thành phần để điều chỉnh phổ phát xạ đèn chiếu sáng thông thƣờng 20 2.2 Quy trình hiệu chỉnh phổ phát xạ đèn chiếu sáng chuyên dụng cho hoa cúc 22 2.3 ông nghệ chế tạo bột huỳnh quang chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho hoa cúc 25 2.3.1 Khái quát chung 25 h 2.3.2 Nghiên cứu phát triển quy trình cơng nghệ chế tạo bột huỳnh quang chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho hoa cúc 27 2.4 Kết đo đạc phổ huỳnh quang bột chuyên dụng cho chế tạo đèn chiếu sáng cho hoa cúc 33 2.4.1 Phổ phát xạ bột Y2O3:Eu3+ 33 2.4.2 Phổ phát xạ bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ 34 2.4.3 Phổ phát xạ bột huỳnh quang SrS:Eu2+ 35 hƣơng ỨNG NG ÈN HUỲNH QUANG TRONG HIẾU S NG NÔNG NGHIỆP 37 3.1 p dụng cho thử nghiệm hiệu chỉnh đèn chiếu sáng cho hoa cúc 37 KẾT LUẬN 43 T I LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC C C KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT C ữ v ết tắt CCT T n T ến An Correlated T n T ến V ệt Color Nhiệt độ màu Temperature CIE International Commission Ủy ban Quốc tế hiếu sáng on Illumination Hệ số hoàn màu CRI Color Rendering Index FESEM Field emission scanning Hiển vi điện tử quét electron microscopy phát xạ trƣờng Light emitting diode iốt phát quang PL Photoluminescence Phổ huỳnh quang h LED spectrum PLE SEM Photoluminescence Phổ kích thích huỳnh excitation spectrum quang electron Kính hiển vi điện tử Scanning microscopy TEM Transmission quét electron Hiển vi điện tử truyền microscope qua XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X WLED White diode Light Emitting iốt phát quang ánh sáng trắng DANH MỤC BẢNG BIỂU ảng 2.1 Nhiệt độ màu số nguồn sáng 17 ảng 2.2 ác thành phần bột đơn sắc thƣờng đƣợc sử dụng quy trình hiệu chỉnh thơng số bột ba màu 21 ảng 2.3 Tỉ lệ trộn bột ba màu gồm thành phần khác theo tỷ lệ tƣơng ứng để thu đƣợc nhiệt độ màu 22 ảng 2.4 Khối lƣợng hóa chất tổng hợp 0,05 mol Y2O3 với tỷ lệ pha tạp khác 29 ảng 2.5 ác hóa chất sử dụng để tổng hợp bột huỳnh quang phát xạ đỏ SrS:Eu2+ 32 ảng 3.1 Kết thử nghiệm hiệu chỉnh sáu mẫu đèn thử nghiệm cho hoa cúc (mã HC1-H 6) đèn compact 20W 40 h DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình chiếu sáng cho long đèn chuyên dụng Hình 1.2 chế phát hấp thụ phát xạ ánh sáng 10 Hình 1.3 Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM E S Viện Tiên tiến Khoa học ông nghệ (AIST)- ại học ách khoa Hà Nội 12 Hình 1.4 Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bƣớc sóng từ 250 ÷ 800 nm, viện Tiên tiến Khoa học ông nghệ (AIST), Trƣờng ại học ách khoa Hà Nội 13 Hình 1.5 Hệ đo giản đồ nhiễu xạ tia X (D/MAX-2500/PC) Viện (KICET), Hàn Quốc 14 h Hình 1.6 Sơ đồ mặt cắt kính hiển vi điện tử truyền qua 15 Hình 2.1 Quan hệ nhiệt độ màu màu sắc mà ngƣời cảm nhận thấy nhiệt đồ màu tƣơng ứng số loại đèn chiếu sáng 17 Hình 2.2 iểu đồ màu IE 1931 18 Hình 2.3 Quy trình trộn bột huỳnh quang đơn sắc thành phần để điều chỉnh phổ phát xạ bột huỳnh quang ba phổ 20 Hình 2.4 Hình sơ đồ biểu diễn trình điều khiển hoa trồng tác động chiếu sáng nhân tạo (đỏ đỏ xa) lên chất cảm quang Phytochrome 23 Hình 2.5 Phổ phát xạ hai mẫu đèn chuyên dụng cho hoa cúc đƣợc hiệu chỉnh tăng cƣờng phổ phát xạ vùng đỏ 600-700 nm 24 Hình 2.6 Sơ đồ quy trình chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ Y2O3:Eu3+ 28 Hình 2.7 chế truyền lƣợng ion e3+ Tb3+ mạng CeMgAl11O19 29 Hình 2.8 Sơ đồ quy trình chế tạo bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ 30 Hình 2.9 Sơ đồ quy trình chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ SrS:Eu2+ 32 Hình 2.10 Sản phẩm bột phát xạ đỏ SrS:Eu3+trƣớc khử (hình a) sau khử mơi trƣờng khí H2 (hình b) 33 Hình 2.11 Phổ phát xạ bột Y2O3:Eu3+ tổng hợp sử dụng quy trình phản ứng hình 2.6 Phổ phát xạ bột phát xạ đỏ thƣơng mại (OSRAMTQ) đƣợc vẽ để so sánh 33 Hình 2.12 Phổ phát xạ bột huỳnh quang MgAl11O19:Ce3+,Tb3+chế tạo sử dụng quy trình hình 2.8 34 Hình 2.13 Phổ phát xạ bột huỳnh quang SrS:Eu 2+ ủ nhiệt độ khác 35 Hình 3.1 Quy trình khuấy trộn bột huỳnh quang ba phổ tráng phủ đèn 38 Hình 3.2 Tọa độ màu theo thiết kế đèn compact tráng bột phổ (chấm o) h tọa độ màu đèn chế tạo (dấu +) Hình ellip giới hạn cho phép 38 Hình 3.3 Tọa độ đèn compact tráng bột phổ (chấm o) tọa độ màu đèn chế tạo (dấu +) sau tăng độ dày lớp bột huỳnh quang 39 Hình 3.4 Sơ đồ mơ tả tác động ánh sáng lên chất cảm quang Phytochrome 41 Hình 3.5 Phổ phát xạ đèn thử nghiệm cho hoa cúc HC4 42 Hình 3.6 Một số mẫu đèn chuyên dụng cho hoa cúc nhận đƣợc sau hiệu chỉnh phổ phát xạ 42 MỞ ẦU Lí c ọn đề t Ở số địa phƣơng nƣớc, từ nhiều năm nay, bóng đèn sợi đốt đƣợc sử dụng để chiếu sáng cho trồng nhằm kích thích tăng trƣởng Tuy nhiên, đèn sợi đốt cho ánh sáng mạnh mà không nên sử dụng để chiếu sáng, khu vực trồng gần bóng đèn sinh trƣởng mạnh khu vực xa bóng đèn Thêm vào đó, đèn sợi đốt lại tiêu tốn nhiều điện sử dụng Với hạn chế bóng đèn sợi đốt, đời bóng đèn huỳnh quang hƣớng đột phá ngành công nghiệp điện ánh sáng èn huỳnh quang đƣợc ứng dụng việc trồng trọt, can thiệp vào trình sinh trƣởng trao đổi chất trồng Giờ đây, khơng cịn phụ h thuộc hồn tồn vào ánh sáng Mặt Trời, khơng có ánh sáng Mặt Trời, sinh trƣởng phát triển bình thƣờng Mặt khác, để tiết kiệm lƣợng chiếu sáng, việc thay loại bóng đèn có hiệu suất chuyển đổi lƣợng thấp bóng đèn chiếu sáng hiệu suất cao đƣợc quan tâm Vì nay, xu hƣớng sử dụng nguồn sáng nhân tạo chủ yếu loại đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LE ngày nhiều So với đèn dây tóc, loại đèn vừa có tuổi thọ cao, vừa tiết kiệm điện sáng óng đèn đƣợc phủ lớp huỳnh quang bên thành ống, cho phổ ánh sáng tập trung vào ánh sáng xanh đỏ, giúp kích thích trồng thực phản ứng quang hợp, từ kích thích tăng trƣởng ho nên, dù đƣợc trồng phịng ni cấy mơ, khơng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời vào ban đêm, thực tốt trình quang hợp ên cạnh đó, bóng đèn huỳnh quang cịn cho ánh sáng khắp nên trồng tăng trƣởng