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 Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2023 Cơng trình hồn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: HD1: TS Nguyễn Đức Trung Kiên HD2: TS Cao Xuân Thắng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu – Đại học Bách khoa Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Các nhà khoa học gần trở nên quan tâm đến vật liệu phát sáng có kích thước nano, chúng sử dụng rộng rãi chiếu sáng [1][2], y sinh [3], kỹ thuật truyền thông [4], … nói chung Trong đó, ốt phát quang ánh sáng trắng (WLED) nói riêng, dần trở thành xu hướng chiếu sáng chính, thay nguồn chiếu sáng truyền thống Do có nhiều ưu điểm so với loại đèn truyền thống khác [5][6][7]: sử dụng lượng so với đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, …, giúp giảm chi phí điện Đặc biệt, đèn LED không chứa chất độc hại thủy ngân, chì chất độc hại khác Điều giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường người Với lý này, đèn LED trở thành giải pháp chiếu sáng phổ biến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Cho đến nay, có hai cách tiếp cận phổ biến để tạo WLED dựa bột huỳnh quang (bỏ qua phương pháp kết hợp LED đơn sắc với nhau) Cách thứ phủ bột huỳnh quang phát ánh sáng màu vàng Y3Al5O12:Ce3+ (YAG: Ce3+) (λ = 550 nm) lên chip LED xanh lam InGaN (λ = 455 nm) [8] Cách tiếp cận có số hồn màu thấp (CRI 7000 K), thiếu thành phần quang phổ màu đỏ (λ= 600-655 nm) vùng quang phổ màu lục lam hay thường gọi cyan (λ= 480-520 nm) [9][10] Trong đó, ánh sáng màu xanh bắt nguồn từ chip LED có ảnh hưởng tiêu cực, đến nhịp sinh học người [7] Cách thứ hai phủ bột màu xanh, xanh lục đỏ lên chip LED UV (λ = 270 nm) NUV (λ=350-420 nm) [11] Điểm hạn chế cách tiếp cận phát xạ toàn phổ bị thiếu vùng quang phổ màu cyan [9] Việc thiếu vùng quang phổ màu lục lam làm giảm chân thật, sống động màu sắc LED phát Từ hai cách tiếp cận cho thấy, WLED tồn đọng vấn đề thách thức CCT, CRI, hiệu suất quang (LER) chưa đạt mong muốn kỳ vọng Điểm chung hai phương pháp nêu phủ bột huỳnh quang lên chip LED Dó đó, bột huỳnh quang đóng vai trị quang trọng việc định sử dụng chip LED để kích thích ánh sáng phát LED Tiếp cận với xu chung cách mạng chiếu sáng rắn, nhà khoa học nước tiến hành nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang, nhằm cải thiện tính chất phát quang Tuy nhiên, chưa có nhóm nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang sử dụng mạng ZGO, SYGO CSSO Và theo tìm hiểu, chưa có cơng trình ngồi nước xác định cụ thể vị trí ion kim loại chuyển tiếp (Mn2+) ion kim loại đất (Eu3+) mạng Điểm chung cơng trình so sánh giống hóa trị, hay chênh lệch bán kính ion Giải thích mang tính chủ quan, chưa mang tính khoa học sâu sắc Do đó, để giải vấn đề này, chúng tơi sử dụng hai lý thuyết khác nhau, để tìm vị trí ion tạp chất mạng Cụ thể, ion kim loại chuyển tiếp (Mn2+), sử dụng giản đồ Tanabe-Sugano (T-S) để xác định trường tinh thể ion Mn2+ mạng Và sử dụng lý thuyết Judd-Ofelt (J-O) mạng pha tạp ion kim loại đất (Eu3+) Sở dĩ sử dụng hai lý thuyết khác do, cấu hình điện tử ion kim loại chuyển tiếp ion kim loại đất khác Đặc biệt hơn, ánh sáng lấy người làm trung tâm thu hút quan tâm nghiên cứu Theo hiểu biết chúng tơi, chưa có cơng trình nước, nghiên cứu chế tạo WLED cách phủ bột CSSO pha tạp Ce3+ lên chip LED 450 nm, nhằm ứng dụng cho thị giác người Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo tính chất số vật liệu huỳnh quang mạng Germanat Silicat garnet ứng dụng cho LED” để nghiên cứu Hi vọng kết nghiên cứu tài liệu tham khảo bổ ích cho bạn đọc, góp phần ứng dụng vào khoa học, đời sống xã hội tương lai Mục đích nghiên cứu Tổng hợp vật liệu: ZGO: Mn2+ SYGO: Mn2+ có cấu trúc đơn pha Xác định trường tinh thể ion Mn2+ mạng nền, dựa vào giản đồ T-S Tổng hợp vật liệu ZGO: Eu3+ SYGO: Eu3+ có cấu trúc đơn pha Xác định thông số quang vật liệu dựa vào lý thuyết J-O Tổng hợp thành công bột huỳnh quang CSSO: Ce3+, có cấu trúc đơn pha Chế tạo WLED vật liệu CSSO: Ce3+ lên chip LED 450 nm, ứng dụng cho thị giác người Chương Tổng quan Trong kỷ nguyên số hóa đại ngày này, thiếu hụt lượng dễ dàng cảm nhận rõ hơn, lượng điện tạo ra, tiêu thụ không hiệu cho ứng dụng chiếu sáng Vì thiết bị tiêu thụ lượng lượng cao, lại cho suất đầu thấp đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang, Do đó, nhà nghiên cứu phát hệ đèn WLED, cải thiện nhiều khuyết điểm tồn đọng so với nguồn chiếu sáng hệ trước Cụ thể WLED có lợi tuyệt vời hiệu phát sáng, tiêu thụ lượng thấp, độ bền cao, thân thiện với môi trường thời gian hoạt động lâu dài [5][6][7] WLED hình thành cách phủ bột huỳnh quang lên chip LED UV, NUV chip 450 nm Trong đó, bột huỳnh quang pha tạp với ion kim loại đất ion kim loại chuyển tiếp, để điều khiển khả phát xạ chúng Bột huỳnh quang pha tạp ion kim loại đất có đặc điểm điển hình dùng tia UV NUV để kích thích Đặc biệt, Eu phát quang hai trạng thái oxy hóa +2 +3 [19] Ngồi ion kim loại đất hiếm, cịn có số kim loại chuyển tiếp chứng minh chất pha tạp tiềm cho bột huỳnh quang, ion Mn Cr, với trạng thái oxy hóa chủ yếu +1 +2, +3, +4 Các chất pha tạp hoạt động chất kích hoạt mạng Trong mạng gốc oxit, nitrit, phốt phát, flo, borat, sunfat, aluminat, silicat, sunfua, Mạng phù hợp làm bột huỳnh quang cho LED, thường có độ rộng vùng cấm khoảng từ 3-5 eV Hầu hết mạng phát quang trực tiếp trường hợp khơng có chất kích hoạt, chất kích hoạt hay cịn gọi tâm phát quang ion pha tạp Đó lý cần tâm phát quang (hoặc chất kích hoạt) để kích hoạt tượng phát quang mạng Chương Phương pháp thực nghiệm phép phân tích tính chất vật liệu Trong chương này, chúng tơi trình bày hóa chất, nguyên liệu ban đầu, cần thiết cho quy trình thực nghiệm thiết bị, phương pháp phân tích sử dụng việc đánh giá khảo sát tính chất vật liệu chế tạo Các phương pháp tổng hợp vật liệu bao gồm: (1) quy trình chế tạo vật liệu ZGO: Mn2+ ZGO:Eu3+ phương pháp thủy nhiệt; (2) quy trình chế tạo vật liệu SYGO: Mn2+, SYGO: Eu3+ CSSO: Ce3+ phương pháp sol - gel kết hợp với ủ nhiệt mơi trường khơng khí Các phương pháp phân tích sử dụng luận án bao gồm: chụp ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán sắc lượng tia X (EDS), phổ huỳnh quang (PL) kích thích huỳnh quang (PLE) Trong chương này, chúng tơi trình bày chi tiết cơng thức dùng để tính tốn luận án Chương Cấu trúc tính chất quang vật liệu ZGO: Mn2+ SYGO: Mn2+ 3.2.1 Vật liệu ZGO: Mn2+ Hình Tinh chỉnh Rietveld ZGO: xMn2+ (x=0-0.05) Tiến hành tinh chỉnh cấu trúc, cách sử dụng phương pháp Rietveld [118] chương trình FullProf [119] cho ZGO: xMn2+ (x=00.05) Hình cho thấy kết tinh chỉnh Rietveld ZGO: xMn2+ với nồng độ Mn2+ khác Kết cho thấy cường độ nhiễu xạ đo thực nghiệm lý thuyết khác Cụ thể, kích thước đơn vị thay đổi khơng đáng kể tăng nồng độ pha tạp Mn2+ Cấu trúc ZGO ZGO: Mn2+ vẽ cách sử dụng phần mềm Vesta Hình (a) Sự phối hợp anion O2- bao xung quanh cation Zn2+ Ge4+ mạng ZGO trước sau pha tạp Mn2+, hiển thị Hình (b) Hình (a) Cấu trúc tinh thể vật liệu ZGO sau pha tạp Mn2+và b) khoảng cách ion kim loại với O2- Hình 3 a) Phổ PLE b) phổ PL vật liệu ZGO: xMn2 Hình 3 (a) phổ PLE ZGO: Mn2+, có ba đỉnh 345, 430 444 nm Hình 3 (b) kích thích 270 nm, vật liệu phát xạ đạt cực đại 532 nm Các tương tác lưỡng cực chế dẫn đến việc giảm cường độ PL Sau tính tốn dựa vào giản đồ T-S, giá trị Dq/B = 1.5 tương ứng với trường tinh thể yếu, hay ion Mn2+ thay vào vị trí Zn2+ trường tinh thể tứ diện 3.2.2 Vật liệu SYGO: Mn2+ Hình Tinh chỉnh Rietveld SYGO: xMn2+ Độ tinh khiết pha tinh thể vật liệu SYGO: Mn2+ điều chế, kiểm tra cách sử dụng giản đồ XRD Hình kết tinh chỉnh Rietveld từ kết XRD, thấy có phù hợp cao Dựa vào kết Rietveld, dựng nên cấu trúc SYGO trước sau pha tạp Mn2+ Hình 3.5 Phổ PLE bột huỳnh quang SYGO: xMn2+ trình bày Hình 6a Phổ PLE theo dõi bước sóng 625 nm chứa Dựa vào kết Rietveld, dựng nên cấu trúc ZGO trước sau pha tạp Mn2+ Hình 4.2 Đồng thời xác định khoảng cách ion kim loại với O2- Hình Phổ a) PLE b) PL ZGO: xEu3+ Tính chất phát quang vật liệu nghiên cứu cách sử dụng phổ kích thích PLE phổ phát xạ PL Hình (a) phổ kích thích mẫu ZGO: xEu3+ (x=0.01-0.05) Phổ kích thích chứa cực đại ~ 270 nm trình truyền điện tích (CTB) từ mạng ZGO đến ion Eu3+, ngồi cịn có đỉnh hấp thụ đặc trưng Eu3+ 317 nm, 362 nm, 380 nm, 390 nm, 415 nm 464 nm quy cho chuyển tiếp từ mức 7F0 đến mức 5H6, 5D4, 5G2, 5L6, 5D3 5D2 tương ứng ion Eu3+ Trong số tất đỉnh hấp thụ đặc trưng ion Eu3+, cực đại bước sóng 390 nm chiếm ưu so với đỉnh khác Khi ion Eu3+ kích thích 390 nm, phổ phát quang ion Eu3+ mẫu ZGO pha tạp nồng độ khác thể Hình (b) Kết cho thấy, phổ phát quang gồm 12 dải phát xạ đặc trưng ion Eu3+, có đỉnh 578, 590, 612, 652 699 nm tương ứng với lượng giải phóng q trình phục hồi điện tử từ mức 5D0 xuống mức 7FJ, cụ thể 5D0→7F0, D0 → 7F1, 5D0 → 7F2, 5D0 → 7F3, 5D0 → 7F4 Các chuyển dời từ D0→7F0, 3, có cường độ yếu, chứng tỏ hiệu ứng trộn số lượng tử J mạnh Cường độ phát xạ tăng tăng nồng độ Eu3+ Bảng Giá trị thông số cường độ J-O ZGO:xEu3+ Ωλ x=0.01 x=0.02 x=0.03 x=0.04 x=0.05 Ω2 1.93 2.08 2.63 2.74 1.73 Ω4 0.73 0.87 1.06 1.24 0.62 (10-19cm2) Môi trường xung quanh ln ảnh hưởng đến tính chất chuyển dời quang học ion Eu3+, ảnh hưởng thể rõ mối quan hệ giá trị thông số Ω2 với độ bất đối xứng trường tinh thể độ đồng hóa trị ion Eu3+ với vị trí phối trí xung quanh Và Ω4 liên quan đến độ cứng vật liệu, độ lớn chúng tỉ lệ với biên độ dao động khoảng cách ion Eu3+ với vị trí phối trí xung quanh Vì vậy, quan sát xu hướng giá trị thông số cường độ J-O thể Bảng (Ω2> Ω4), tăng nồng độ pha tạp Eu3+ giá trị tham số Ω2 thay đổi với bất đối xứng với độ đồng hóa trị cặp liên kết Eu3+-O2-, đạt giá trị lớn nồng độ x=0.04, giá trị Ω2 cao chứng tỏ độ đồng hóa trị mạnh độ đối xứng hạ thấp [132][133] 13 4.2.2 Vật liệu SYGO: Eu3+ Hình 4 Tinh chỉnh Rietveld SYGO: xEu3+ Từ kết đo XRD mẫu SYGO: Eu3+, tiến hành tinh chỉnh Rietveld kết thể Hình 4 Kết tinh chỉnh Rietvield cho thấy, sai khác thực nghiệm tính tốn Sau tính tốn tham số J-O tham khảo tham số Ω2,4 công bố trước (Bảng 4.2) mạng oxit khác ytri kẽm, thấy mẫu có Ω2 > Ω4 Do ion Eu3+ thay vào vị trí bất đối xứng mạng 14 Hình Kết a) PLE b) PL vật liệu SYGO: xEu3+ Bảng So sánh thông số cường độ J – O ion Eu3+ mạng khác Mẫu ꭥ2 ꭥ4 Trích dẫn (x10-19 cm2) (x10-19 cm2) SYGO 3.1 1.8 Nghiên cứu Y2O3 9.9 2.2 [26] ZnO 9.6 8.1 [139] 4.3 Kết luận chương Đã tổng hợp thành công vật liệu ZGO: Eu3+ vật liệu SYGO:Eu3+, vật liệu có cấu trúc đơn pha Khi kích thích NUV, hai vật liệu có đỉnh phát xạ đặc trưng 590, 612, 625 705 nm Dựa vào phổ PL để tính tốn thông số J-O, thu giá trị Ω2 > Ω4 cho hai vật liệu, ion Eu3+ thay vào vị trí bất đối xứng mạng nền, cụ thể Eu3+ chủ yếu thay vào vị trí Zn2+ mạng 15 ZGO Eu3+ đa số thay vào vị trí Sr2+ mạng SYGO Thử nghiệm chế tạo LED, thu tọa độ màu mẫu ZGO: 0.04Eu3+ (0.27; 0.3) SYGO: 0.05Eu3+ (0.4; 0.35), phạm vi phát màu đỏ Chương Cấu trúc tính chất quang CSSO: Ce3+ 5.2.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu CSSG Hình a) Giản đồ XRD b) tinh chỉnh Rietveld CSSG Hình 1(a) kết đo XRD mẫu CSSG, với nồng độ pha tạp Ce3+=0.03 Kết thấy đỉnh nhiễu xạ hình thành hồn tồn, phù hợp với thẻ chuẩn JCPDS # 72-1969, tương ứng với pha tinh thể vật liệu CSSO Cấu trúc tinh thể CSSG xác định tinh chỉnh Rietveld dựa kết đo XRD Kết tinh chỉnh Hình (b), đường tính tốn (đường liền nét màu đen) quán với đường thực nghiệm (chấm đỏ) liệu thẻ chuẩn 16 Hình a) PLE-PL b) tối ưu nồng độ pha tạp Ce3+ mối quan hệ log (I/x) so với log(x) cho bột huỳnh quang mẫu CSSG (Ce3+=0.01-0.07) Hình (a), kích thích với ánh sáng 450 nm, mẫu cho thấy phát xạ cường độ cao phạm vi rộng 500-700 nm Dựa vào Hình (b), thấy rõ ràng rằng, phát xạ xanh lục không đối xứng Ngoài đỉnh phát xạ mạnh khoảng 515 nm, cịn xuất vai phía bước sóng dài có chuyển tiếp 4f-5d ion Ce3+ Phân tích hàm Gauss, phổ phát xạ phân tách thành hai dải: đỉnh 498 nm-bắt nguồn từ chuyển đổi 5d (2D)-4f (2F7/2) đỉnh khác 531 nm-bắt nguồn từ chuyển tiếp 5d (2D)-4f (2F5/2) ion Ce3+ [140][141] LS phổ phát xạ mẫu CSSO; ES ER cường độ phổ kích thích có khơng có bột huỳnh quang CSSO (Hình 3a) Sau tính tốn, giá trị QE mẫu CSSG tính khoảng 79% 17 Như trình bày Hình (b), cường độ phát xạ mẫu CSSG giảm, điều hấp thụ rung động photon tăng cường ion Ce3+ tăng nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng quang thơng giảm, nhiên mức độ giảm CSSG YAG Thêm điểm nữa, mức giảm CSSG gần với bột đỏ YAG (ảnh thu nhỏ Hình 5.3 (a)), việc kết hợp CSSG với bột đỏ đảm bảo ổn định CCT Ở 150°C, cường độ phát xạ trì xấp xỉ 85% cường độ đo nhiệt độ 25°C Hình a) Phổ điện phát quang chip 450 nm có khơng có lớp phủ CSSG b) ảnh hưởng nhiệt độ đến cường độ PL CSSG bột YAG thương mại (ảnh nhỏ bên trong) 5.2.3 Chế tạo LED Bột huỳnh quang CSSG phù hợp để chế tạo WLED hấp thụ ánh sáng 450 nm phát ánh sáng green-yellow Trong báo cáo này, chúng tối chế tạo đồng thời LED khác nhau, LED1: Chip 450 nm + YAG + bột huỳnh quang đỏ LED2: Chip 450 nm + 18 CCSG + bột huỳnh quang đỏ Hình 5.4 cho thấy quang phổ đèn LED chế tạo Trong đó, trọng lượng tỷ lệ pha trộn bột huỳnh quang CSSG lớn so với bột huỳnh quang đỏ Sở dĩ bột huỳnh quang đỏ hấp thụ mạnh ánh sáng xanh bột huỳnh quang CSSG Bột huỳnh quang đỏ thương mại có bước sóng kích thích phát xạ đạt cực đại tại 450 nm 630 nm Hình a-c) Phổ phát quang WLED với CCT khác d) so sánh WLED với Kết tính tốn tham số thị giác phi thị giác LED1 LED2 trình bày Bảng Đối với tham số thị giác, LED2 có số hồn màu CRI ~ 90 cao LED1 với CRI ~ 80, có R9 xấp xỉ 50 mức trung bình, cao LED1 có R9 xấp xỉ 10 So sánh quang phổ LED1 với quang phổ LED2, thấy rõ ràng 19 rằng, quang phổ LED2 chứa ánh sáng vàng mà bổ sung thêm phần ánh sáng vùng màu xanh lục-lam 500 nm, cho thấy vật liệu CSSG phù hợp với ứng dụng chiếu sáng Chúng thử nghiệm chế tạo LED2 với nhiệt độ màu khác nhau, đồng thời so sánh với LED1, chúng thể Hình 5.4 a, b c Trong Hình d tọa độ màu LED2, kí hiệu (1) 3000K, (2) 4000K, (3) 5000K (0.4294, 0.4033), (0.3784, 0.3881) (0.3450, 0.3413) Giá trị M/P đại lượng đặc trưng cho hiệu tác động sinh học quang phổ nguồn sáng tác động đến người Giá trị M/P ảnh hưởng đến melatonin hormone người tác động ánh sáng đèn LED Kết thu cho thấy, LED2 thích hợp với người làm việc văn phịng, mơi trường thiếu ánh sáng hay vào mùa đơng Giúp người tăng cường lượng, tỉnh táo, tập trung không gây cảm giác mệt mỏi vào ban ngày Bảng Các thông số LED1 LED2 LED1 CCT CRI R9 LER (lm/W) M/P 3000K 78 96.9 0.42 4000K 73 -12 106.5 0.53 5000K 76 75.1 0.72 20 LED2 CCT CRI R9 LER (lm/W) M/P 3000K 93 49 70.7 0.60 4000K 92 46 74.9 0.76 5000K 91 68 81.1 0.91 Một ưu điểm đèn LED hiệu suất phát sáng cao (LER), số quang thông đơn vị công suất (lm/W) Con số cao, đèn tiết kiệm lượng Tuy nhiên cao dẫn đến tượng lóa có hại cho mắt Nếu nhu cầu chiếu sáng cho gia đình, văn phịng nên chọn hiệu suất chiếu sáng từ 70– 90 lm/W hợp lý, chiếu sáng nhà xưởng (đèn công nghiệp), chiếu sáng trời, sân thể thao, … nơi cần độ sáng cao nên chọn đèn có hiệu suất chiếu sáng từ 100 – 110 lm/W Vì vậy, CSSG ứng cử viên đầy hứa hẹn bột huỳnh quang xanh (cyan) để ứng dụng chip 450 nm kích thích WLED lấy người làm trung tâm 5.3 Kết luận chương Chúng chế tạo thành công vật liệu CSSO pha tạp Ce3+ với cấu trúc đơn pha Bột huỳnh quang CSSG có phổ kích thích rộng, đạt 21 cực đại 450 nm, phù hợp hoàn toàn với phát xạ chip LED 450 nm Phổ phát xạ có cường độ cao, phạm vi rộng, vào khoảng 500-700 nm khơng đối xứng, phát xạ có chuyển tiếp 4f-5d ion Ce3+ Hình thái phổ phát xạ không thay đổi cường độ 150 ℃ trì xấp xỉ 85%, so với cường độ ban đầu đo nhiệt độ phòng 30 ℃, hiệu suất lượng tử đạt khoảng 79% Thử nghiệm chế tạo WLED, kết thu CRI R9 cao so với WLED chế tạo bột huỳnh quang YAG thương mại Khảo sát số M/P cho thấy WLED có khả ứng dụng đèn sinh học, phù hợp với mắt người, giúp người cảm thấy tỉnh táo vào ban ngày Từ kết nghiên cứu thu chứng tỏ, bột huỳnh quang CSSG ứng cử viên tiềm ứng dụng đèn WLED cho thị giác người KẾT LUẬN CHUNG Trong khuôn khổ luận án, nghiên cứu tập trung vào mạng ZGO, SYGO CSSO Nghiên cứu tập trung vào tổng hợp vật liệu, nghiên cứu tính chất quang vật liệu nêu Xác định vị trí ion tạp chất mạng Đặc biệt, luận án tổng hợp vật liệu có phát quang mạnh, phù hợp để ứng dụng WLED, chiếu sáng cho thị giác người Kết cụ thể sau: ZGO SYGO pha tạp ion kim loại chuyển tiếp (Mn2+) Đã tổng hợp thành công vật liệu ZGO: Mn2+ phương pháp thủy nhiệt (200℃, 24 h) SYGO: Mn2+ phương pháp sol-gel 22 kết hợp với xử lý nhiệt (1200℃, 8h) Khi kích thích UV (270 nm), vật liệu ZGO: Mn2+ có đỉnh phát xạ hẹp, đạt cực đại bước sóng 532 nm, vật liệu SYGO: Mn2+ có hai đỉnh phát xạ, bước sóng 555 nm 625 nm Cả hai vật liệu có cường độ huỳnh quang tốt nồng độ ion Mn2+ pha tạp 5% Ion Mn2+ thuộc trường tinh thể yếu mạng ZGO: Mn2+ (Dq/B = 1.5), nên thay vào vị trí tứ diện (Zn2+) Ngược lại, Mn2+ chủ yếu thay vào vị trí bát diện (Y3+) mạng SYGO, thuộc trường tinh thể mạnh (Dq/B = 2.4) Thử nghiệm chế tạo LED cách phủ bột huỳnh quang ZGO: 0.05Mn2+, SYGO:0.05Mn2+ lên chip LED 270 nm Kết tọa độ màu ZGO: 0.05Mn2+ x=0.24 ; y=0.54 SYGO: 0.05Mn2+ x=0.59; y=0.41 ZGO SYGO pha tạp ion kim loại đất (Eu3+) Đã tổng hợp thành công vật liệu ZGO: Eu3+ phương pháp thủy nhiệt (200℃, 24 h) SYGO: Eu3+ phương pháp sol-gel kết hợp với xử lý nhiệt (1200℃, 8h) Dưới kích thích NUV (395 nm), vật liệu ZGO: Eu3+ SYGO: Eu3+ có đỉnh phát xạ đặc trưng, đạt cực đại bước sóng 612 nm Kết tính tốn thơng số J-O Ω2 > Ω4, cho hai vật liệu ZGO: Eu3+ SYGO: Eu3+ Chứng tỏ, ion Eu3+ không bị ảnh hưởng trường tinh thể mạng Và ion Eu3+ thay vào vị trí bất đối xứng mạng Chúng phủ vật liệu chế tạo lên chip LED 395 nm Kết thử nghiệm chế tạo LED thu tọa độ màu ZGO: 0.04Eu3+ (0.27; 0.3) SYGO: 0.05Eu3+ (0.65; 0.35) 23 CSSO pha tạp ion kim loại đất (Ce3+) Đã tổng hợp thành công vật liệu CSSO: Ce3+ phương pháp sol-gel kết hợp với xử lý nhiệt (1200℃-8 giờ) Vật liệu có phổ hấp thụ mạnh 450 nm, phù hợp hoàn toàn với phát xạ chip LED 450nm Phổ phát xạ có cường độ mạnh, khoảng 500-700 nm không đối xứng, phát xạ chuyển tiếp 4f-5d ion Ce3+ Hình thái phổ phát xạ khơng thay đổi cường độ trì xấp xỉ 85% 150 ℃ so với cường độ đo nhiệt độ phòng 30 ℃ Hiệu suất lượng tử đạt khoảng 79% Thử nghiệm chế tạo WLED cách phủ hỗn hợp bột CSSO: 0.03Ce3+ kết hợp bột đỏ thương mại chip LED 450 nm, với nhiệt độ màu khác (3000 K, 4000K 5000 K) Các WLED thu có giá trị CRI R9 cao so với WLED chế tạo kết hợp bột huỳnh quang YAG thương mại, bột đỏ chip LED 450 nm Các số LER M/P cho thấy phù hợp để sử dụng chiếu sáng cho mắt người, giúp làm tỉnh táo vào ban ngày 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyen Mai Cao Hoang Phuong Lan, Cao Xuan Thang, Nguyen Duc Trung Kien and Nguyen Viet Tung "Hydrothermal Synthesis of Zn2GeO4 and Mn2+ Doped Zn2GeO4 (ZGO) Nanoparticles with Controlled Luminescent Properties." Materials Transactions, pp 197-202, (2022) Nguyen Mai Cao Hoang Phuong Lan, Nguyen Duc Trung Kien, Ta Quoc Tuan, Dao Xuan Viet, Cao Xuan Thang, Nguyen Viet Tung, Tong Thi Hao Tam, Nguyen Truong Giang "Analysis of the structure and luminescence properties of Zn2GeO4: Eu3+ according to Judd–Ofelt theory." Luminescence, pp 1404-1410, (2022) Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan, Vũ Thu Uyên, Nguyễn Đức Trung Kiên, Đào Xuân Việt, Cao Xuân Thắng, Nguyễn Việt Tùng, “Tìm hiểu hành vi phát quang vật liệu Sr3Y2Ge3O12: Eu3+ thông số cường độ Judd-Ofelt”, Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2021, pp 684-688, ISBN978-604-98-7506-9, (2022) Nguyen Mai Cao Hoang Phuong Lan, Nguyen Duc Trung Kien, Cao Xuan Thang, Dao Xuan Viet, “Effects of synthesis methods on the characteristics (SYGO:Eu3+) for of WLED material phosphors Sr3Y1.95Ge3O12:0.05Eu3+ applications”, JST: Engineering and Technology for Sustainable Development, Volume 33, Issue 1, March 2023, pp 018-025, (2023) Nguyen Mai Cao Hoang Phuong Lan, Cao Xuan Thang, Dao Xuan Viet, Nguyen Viet Tung, Nguyen Duc Trung Kien, “The synthesis and properties of Ca3Sc2Si3O12:Ce3+(CSSO:Ce) phosphor are utilized for the development of HumanCentric Lighting LEDs (HCL-LEDs)”, Submited in Luminescence, (2023) DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN ĐẾN CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN N M C Hoang Phuong Lan, C X Thang, N D T Kien, V.-H Pham, T T An, and N V Tung, “Effects of Mn doping on the optical properties of Zn2GeO4 phosphor prepared through Co-precipitation” Journal of Applied Spectroscopy, Vol 88, No 5, November, (2021) Nguyen Mai Cao Hoang Phuong Lan, Pham Van Huan, Nguyen Huu Thong, Duy-Hung Nguyen, Nguyen Duc Trung Kien, Chu Manh Nhuong, Cao Xuan Thang, Vuong-Hung Pham "Characterization of structural and optical properties of Mn2+‐doped Zn2GeO4 nanorods as an efficient green phosphor for solid‐state lighting." Luminescence, pp 577-587, (2022)