Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED

Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu huỳnh quang mạng nền Germanat và Silicat garnet ứng dụng cho LED.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MAI CAO HOÀNG PHƯƠNG LAN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU HUỲNH QUANG MẠNG NỀN GERMANAT VÀ SILICAT GARNET ỨNG DỤNG CHO LED LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MAI CAO HOÀNG PHƯƠNG LAN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU HUỲNH QUANG MẠNG NỀN GERMANAT VÀ SILICAT GARNET ỨNG DỤNG CHO LED Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đức Trung Kiên TS Cao Xuân Thắng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất nội dung luận án “Nghiên cứu chế tạo tính chất số vật liệu huỳnh quang mạng Germanat Silicat garnet ứng dụng cho LED” cơng trình nghiên cứu riêng Các thực nghiệm tiến hành cách nghiêm túc, cẩn thận khoa học Các số liệu kết nghiên cứu đạt luận án hoàn toàn trung thực, khách quan chưa công bố công trình nghiên cứu tác giả tài liệu khoa học khác Việc tham khảo tài liệu trích dẫn theo quy định Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Người hướng dẫn khoa học Người cam đoan TS Nguyễn Đức Trung Kiên Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan TS Cao Xuân Thắng I LỜI CẢM ƠN Đầu tiên với kính trọng nhất, tơi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất, đến hai thầy TS Nguyễn Đức Trung Kiên TS Cao Xuân Thắng Người trực tiếp bảo, hướng dẫn, định hướng khoa học cách tận tình suốt trình nghiên cứu Cảm ơn hai thầy dành nhiều thời gian, tâm huyết, quan tâm, động viên, hỗ trợ, giúp đỡ mặt để hồn thành luận án Tơi trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS TS Đào Xuân Việt, thầy giúp đỡ tận tình, tỉ mỉ, chi tiết mặt khoa học, giải vấn đề vướng mắc định hướng nghiên cứu cho đề tài luận án Tôi trân trọng cảm ơn đến TS Lê Thị Thảo Viễn, TS Phạm Văn Huấn TS Trần Văn Hồn, người động viên khích lệ tinh thần để tơi có động lực hồn thiện luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy cô Viện Đào tạo Khoa học vật liệu (ITIMS), tạo điều kiện giúp đỡ sở nghiên cứu, trang thiết bị hóa chất làm thực nghiệm, đo đạc, nhắc nhở hoàn thành yêu cầu hạn suốt trình làm NCS Viện Chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, động viên anh chị NCS-HVCH, bạn SV học tập tham gia nghiên cứu Viện Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ anh chị gia đình ln bên tơi lúc khó khăn Những người ln quan tâm, hỗ trợ tài cổ vũ, động viên mặt tinh thần, giúp tơi vững tâm suốt thời gian làm NCS Mặc dù cố gắng để làm luận án tốt nhất, chắn tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp ý kiến từ quý thầy cô, anh chị bạn đọc Tác giả Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .IX DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XII MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .5 Các đóng góp luận án .5 Bố cục luận án .6 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bột huỳnh quang 1.1.1 Bột huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng đỏ 1.1.2 Bột huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng vàng 11 1.1.3 Bột huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng xanh 13 1.1.4 Bột huỳnh quang trắng 15 1.2 Tổng quan nghiên cứu mạng ZGO, SYGO CSSO 17 1.2.1 Mạng ZGO .17 1.2.2 Mạng SYGO 21 1.2.3 Mạng CSSO 24 1.3 Lý thuyết sử dụng 27 1.3.1 Đối với ion kim loại chuyển tiếp 28 1.3.2 Đối với ion kim loại đất .32 1.3.2.1 Vai trò ion kim loại đất bột huỳnh quang LED 32 1.3.2.2 Lý thuyết J-O .35 1.4 Kết luận chương .37 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU 38 2.1 Giới thiệu .38 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu 38 2.1.1 Vật liệu ZGO pha tạp Mn2+ ZGO pha tạp Eu3+ 38 2.1.2 Vật liệu SYGO pha tạp Mn2+ SYGO pha tạp Eu3+ 39 2.1.3 Vật liệu CSSO: Ce3+ 41 2.3 Quy trình đóng gói LED 42 2.4 Các phương pháp khảo sát tính chất vật liệu 42 2.4.1 Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt 42 2.4.2 Phương pháp khảo sát thành phần nguyên tố hóa học .43 2.4.3 Phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể thành phần pha 43 2.4.4 Phương pháp khảo sát tính chất quang 43 2.4.5 Phương pháp khảo sát phổ thời gian phân rã 44 2.4.6 Phương pháp khảo sát đại lượng quang thử nghiệm chip 44 2.5.Các cơng thức sử dụng để phân tích cấu trúc tính chất quang vật liệu44 2.5.1 Phương pháp Rietveld 44 2.5.2 Khoảng cách tới hạn 45 2.5.3 Giá trị chênh lệch bán kính ion cho phép pha tạp 46 2.5.4 Giá trị thời gian phân rã 46 2.5.5 Tham số Racah 47 2.5.6 Hiệu suất lượng tử 47 2.6 Kết luận chương .47 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ZGO:Mn2+ VÀ SYGO:Mn2+ 48 3.1 Giới thiệu .48 3.2 Kết nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu .48 3.2.1 Vật liệu ZGO: Mn2+ 48 3.2.1.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu ZGO: Mn2+ 48 3.2.1.2 Khảo sát tính chất quang vật liệu ZGO: Mn2+ 54 3.2.1.3 Giản đồ T-S thử nghiệm chế tạo LED 57 3.2.2 Vật liệu SYGO: Mn2+ 58 3.2.2.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu SYGO: Mn2+ 58 3.2.2.2 Khảo sát tính phát quang 63 3.2.2.3 Giản đồ T-S thử nghiệm chế tạo LED 65 3.3 Kết luận chương .66 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ZGO:Eu3+ VÀ SYGO:Eu3+ 68 4.1 Giới thiệu .68 4.2 Kết nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu .68 4.2.1 Vật liệu ZGO: Eu3+ 68 4.2.1.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu ZGO: Eu3+ .68 4.2.1.2 Tính chất quang ion Eu3+ pha tạp tinh thể ZGO 72 4.2.1.3 Kết tính tốn J–O 75 4.2.2 Vật liệu SYGO: Eu3+ 78 4.2.2.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu SYGO: Eu3+ 78 4.2.2.2 Tính chất quang vật liệu SYGO: xEu3+ 81 4.2.2.3 Kết tính tốn J-O 83 4.3 Kết luận chương .85 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CSSO PHA TẠP Ce3+ 86 5.1 Giới thiệu .86 5.2 Kết nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu CSSG, ứng dụng chế tạo WLED 86 5.2.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu CSSG 86 5.2.1.1 Cấu trúc tinh thể 86 5.2.1.2 Hình thái thành phần nguyên tố mẫu CSSG 88 5.2.2 Tính chất quang .89 5.2.3 Chế tạo LED 92 5.3 Kết luận chương .95 KẾT LUẬN CHUNG 96 KIẾN NGHỊ 98 Các cơng trình cơng bố .99 Tài liệu tham khảo .101 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ Ý nghĩa Zn2GeO4 Kẽm germanat SYGO Sr3Y2Ge3O12 Strongti Ytri Germanat CSSO Ca3Sc2Si3O12 Canxi Scandi Silicat CSSG Ca3Sc2Si3O12: Ce3+ Canxi Scandi Silicat pha tạp Ce3+ CTB Charge Transfer Band Vùng dịch chuyển điện tích ZGO CIE Commission Internationale de I’Eclairage Ủy ban Quốc tế chiếu sáng CCT Correlated Color Temperature Nhiệt độ màu tương quan CRI Color-rendering index Chỉ số hoàn màu CN Coordination Number Số phối trí EDS ESR Energy – Dispersive X-ray Spectroscopy Phổ tán sắc lượng tia X Điện tử spin resonance Cộng hưởng spin điện tử Full Width at Half maximum Độ rộng bán phổ Field Emission Scaning Điện tử Hiển vi điện tử quét phát xạ Microscopy trường LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LER Luminous Efficacy of Radiation Hiệu suất chiếu sáng FWHM FESEM LS Low spin Spin thấp HS High spin Spin cao Near Ultraviolet Gần tia cực tím NUV NR Non-radiation Khơng phát xạ PLE Photoluminescence Excitation Phổ kích thích huỳnh quang Photoluminescence Phổ huỳnh quang Thermogravimetry Differential Phân tích nhiệt/ Phân tích Thermal Analysis khác nhiệt X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X White Light Emitting Diode Điốt phát ánh sáng trắng λem Emission wavelength Bước sóng phát xạ λem Excitation wavelength Bước sóng kích thích λ Wavelength Bước sóng Đvty Đơn vị tùy ý PL TG/DTA XRD WLED τ Thời gian phân rã huỳnh quang θ Góc nhiễu xạ tia X T-S Tanabe-Sugano J-O Judd-Ofelt