Luận Án Tiến Sĩ Khoa Học Vật Liệu Nghiên Cứu Chế Tạo Và Tính Chất Của Một Số Vật Liệu Huỳnh Quang Mạng Nền Germanat Và Silicat Garnet Ứng Dụng Cho Led.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MAI CAO HOÀNG PHƯƠNG LAN ận Lu án n tiế Tài liệu rẻ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU HUỲNH QUANG MẠNG NỀN GERMANAT VÀ SILICAT GARNET ỨNG DỤNG CHO LED sĩ ới m nh LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU ất Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MAI CAO HOÀNG PHƯƠNG LAN ận Lu n tiế Tài liệu rẻ án 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 sĩ Mã số: 9440122 m ới LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU TS Nguyễn Đức Trung Kiên TS Cao Xuân Thắng Hà Nội – 2023 ất nh NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 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 Lu tài liệu trích dẫn theo quy định ận Hà Nội, ngày năm 2023 Người cam đoan án TS Nguyễn Đức Trung Kiên Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan n tiế Tài liệu rẻ Người hướng dẫn khoa học tháng sĩ ới m TS Cao Xuân Thắng ất nh I LỜI CẢM ƠN Đầu tiên với kính trọng nhất, 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 tơi hồn thành luận án Tơi trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS TS Đào Xuân Việt, thầy giúp đỡ tận tình, Lu tỉ mỉ, chi tiết mặt khoa học, giải vấn đề vướng mắc định hướng nghiên ận cứu cho đề tài luận án Tôi trân trọng cảm ơn đến TS Lê Thị Thảo Viễn, TS Phạm Văn Huấn TS án luận án tiế Tài liệu rẻ Trần Văn Hồn, người động viên khích lệ tinh thần để tơi có động lực hồn thiện Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy cô Viện Đào tạo n Khoa học vật liệu (ITIMS), tạo điều kiện giúp đỡ sở nghiên cứu, trang thiết bị sĩ hóa chất làm thực nghiệm, đo đạc, nhắc nhở hoàn thành yêu cầu hạn suốt m trình làm NCS Viện ới Chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, động viên anh chị NCS-HVCH, nh 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 ất gia đình ln bên tơi lúc khó khăn Những người 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 khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp ý kiến từ q thầy cơ, anh chị bạn đọc Tác giả Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan II MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VII Lu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IX DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XII ận MỞ ĐẦU án Lý chọn đề tài tiế Tài liệu rẻ Mục đích nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu n Phương pháp nghiên cứu sĩ Ý nghĩa khoa học thực tiễn m Các đóng góp luận án ới Bố cục luận án nh CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bột huỳnh quang ất 1.1.1 Bột huỳnh quang phát xạ vùng ánh sáng đỏ .8 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 III 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 Lu TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU 38 ận 2.1 Giới thiệu 38 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu .38 án Tài liệu rẻ 2.1.1 Vật liệu ZGO pha tạp Mn2+ ZGO pha tạp Eu3+ 38 tiế 2.1.2 Vật liệu SYGO pha tạp Mn2+ SYGO pha tạp Eu3+ 39 2.1.3 Vật liệu CSSO: Ce3+ 41 n 2.3 Quy trình đóng gói LED 42 sĩ 2.4 Các phương pháp khảo sát tính chất vật liệu 42 m 2.4.1 Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt .42 ới 2.4.2 Phương pháp khảo sát thành phần nguyên tố hóa học .43 nh 2.4.3 Phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể thành phần pha .43 ất 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 công 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 IV 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 Lu 3.2.1 Vật liệu ZGO: Mn2+ 48 ận 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 án Tài liệu rẻ 3.2.1.3 Giản đồ T-S thử nghiệm chế tạo LED 57 tiế 3.2.2 Vật liệu SYGO: Mn2+ .58 3.2.2.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu SYGO: Mn2+ .58 n 3.2.2.2 Khảo sát tính phát quang .63 sĩ 3.2.2.3 Giản đồ T-S thử nghiệm chế tạo LED 65 m 3.3 Kết luận chương 66 ới CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU nh ZGO:Eu3+ VÀ SYGO:Eu3+ 68 ất 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 V 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 Lu 5.2.1 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu CSSG 86 ận 5.2.1.1 Cấu trúc tinh thể 86 5.2.1.2 Hình thái thành phần nguyên tố mẫu CSSG 88 án Tài liệu rẻ 5.2.2 Tính chất quang 89 tiế 5.2.3 Chế tạo LED .92 5.3 Kết luận chương 95 n KẾT LUẬN CHUNG 96 sĩ KIẾN NGHỊ 98 m Các cơng trình công bố 99 ới Tài liệu tham khảo 101 ất nh VI DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ ZGO Ý nghĩa Zn2GeO4 Kẽm germanat SYGO Sr3Y2Ge3O12 Strongti Ytri Germanat CSSO Ca3Sc2Si3O12 Canxi Scandi Silicat CSSG Ca3Sc2Si3O12: Ce3+ Canxi Scandi Silicat pha tạp Ce3+ Lu CTB ận CIE Vùng dịch chuyển điện tích Charge Transfer Band Commission Internationale de án I’Eclairage Correlated Color Temperature CRI Color-rendering index CN Coordination Number – Dispersive X-ray Phổ tán sắc lượng tia X m Spectroscopy ới Điện tử spin resonance Cộng hưởng spin điện tử Full Width at Half maximum Độ rộng bán phổ nh Field Emission Scaning Điện tử Hiển vi điện tử quét phát xạ ất FESEM Energy Số phối trí sĩ FWHM Chỉ số hoàn màu n ESR tiế EDS Nhiệt độ màu tương quan Tài liệu rẻ CCT Ủy ban Quốc tế chiếu sáng Microscopy trường LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LER Luminous Efficacy of Radiation Hiệu suất chiếu sáng LS Low spin Spin thấp HS High spin Spin cao Near Ultraviolet Gần tia cực tím NUV VII NR Non-radiation Khơng phát xạ PLE Photoluminescence Excitation Phổ kích thích huỳnh quang Photoluminescence Phổ huỳnh quang PL TG/DTA XRD Thermal Analysis khác nhiệt X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X White Light Emitting Diode Điốt phát ánh sáng trắng Emission wavelength Bước sóng phát xạ Excitation wavelength Bước sóng kích thích λem án Wavelength Đvty Đơn vị tùy ý Bước sóng tiế λ Tài liệu rẻ λem ận Lu WLED Thermogravimetry Differential Phân tích nhiệt/ Phân tích Thời gian phân rã huỳnh quang θ Góc nhiễu xạ tia X n τ Judd-Ofelt ới J-O m Tanabe-Sugano sĩ T-S ất nh VIII