Nâng cao hiệu suất phát quang của bột YAGCe nano sử dụng cho chiếu sáng rắn

Nâng cao hiệu suất phát quang của bột YAGCe nano sử dụng cho chiếu sáng rắn

Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Năng Định

ThS Đỗ Ngọc Chung

Nâng cao hiệu suất phát quang của bột YAG:Ce

nano sử dụng cho chiếu sáng rắn

Nội dung báo cáo:

PHẦN I: CHIẾU SÁNG THỂ RẮN - SSL

LED: Light Emitting Diode

Lịch sử chiếu sáng

Ánh sáng trắng-LED trắng

Các phương pháp chế tạo LED trắng: (a) RGB LEDs, (b) LED từ ngoại + RGB phosphor and (c) LED xanh dương + bột phosphor vàng.

Vật liệu phát quang Y3Al5O12:Ce3+ (YAG:Ce)

“Nâng cao hiệu suất phát quang của bột YAG:Ce nano sử dụng cho chiếu

sáng rắn ”

Mục tiêu:

+ Nghiên cứu, chế tạo bột YAG:Ce kích thước nano.

+ Khảo sát các đặc trưng cấu trúc, kích thước và tính chất quang

+ Ứng dụng YAG:Ce chế tạo LED trắng.

PHẦN II: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

Chế tạo YAG:Ce

+ Các tiền chất:

- Y2O3, Ce(NO3)3·6H2O, Al(NO3)3·9H2O

- HNO3, axit citric (C6H8O7·H2O) và NH3·H2O

+ Phương trình tổng hợp [23]:

8.82Y (NO3)3+ 0,18 Ce (NO3)3 +15 Al (NO3)3 + 20 C6H8O7

→ 3 (Y2.94Ce0.06) Al5O12 + 120 CO2 ↑ + 80 H2O ↑ + 36 N2

↑

Quá trình chế tạo

(1): Máy khuấy từ + gia nhiệt (2): Bình 3 cổ

(3): Ống sinh hàn (4): Đường vào nước làm lạnh (5): Đường ra nước làm lạnh (6): Kim tiêm đựng NH3 và HNO3

để khống chế độ pH.

(7): Bình chứa NaOH

1 2

3 4

Sơ đồ hệ tổng hợp YAG:Ce.

27oC

Sơ đồ tổng hợp YAG:Ce

PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT

+ Nhiễu xạ tia X: D8 Advance

+ Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM: Hitachi S4800

+ Phương pháp khảo sát phổ huỳnh quang và phổ hấp thụ: Microspec-235b, UV/VIR/NIR-Jasco V570

+ Khảo sát tính chất điện quang của LED trắng – hệ LCS – 100

+ Hệ đo phổ kích thích huỳnh quang FlouroMax-4

+ Khảo sát kích thước hạt bằng phương pháp tán xạ ánh sáng động học

(Dynamic light scattering technique -DLS): LB-550

Kết quả và thảo luận

Phổ nhiễu xạ tia X của YAG:Ce tại các nhiệt độ ủ khác nhau: a (240 oC); b (700

oC); c (800 oC); d (900 oC); e (1000 oC); f (1100 oC); g (1200 oC).

CAS Number: 12005-21-9

Ảnh FE-SEM của bột YAG:Ce tại : a (700 oC); b (1000 oC); c(1200 oC) 10nm đến 600nm

Tính chất quang của vật liệu

YAG:Ce cấu trúc nano

Phổ hấp thụ (đường cong 1) và phổ huỳnh quang (đường cong 2)

của YAG:Ce tại bước sóng kích thích 442 nm

Quang phát quang

Phổ quang phát quang của bột YAG:Ce với bước sóng

kích thích 442 nm

Ảnh hưởng của độ pH

Mối liên hệ giữa cường độ huỳnh quang

và độ pH của dung dịch sol-gel.

Phổ quang phát quang YAG:Ce với

độ pH khác nhau

Phổ kích thích huỳnh quang theo bước sóng của YAG:Ce khi được ủ trong môi trường khí trơ.

Phổ quang phát quang của bột YAG:Ce nano kích thích bởi bước sóng 468 nm: YAG:Ce ủ trong không khí (1), YAG:Ce ủ

trong chân không.

500 550 600 650 700 750

(520 nm) (528 nm)

(1)

Tính chất điện quang LED trắng

Poly[2-

Phân bố phổ theo bước sóng của LED trắng chế tạo

Tọa độ màu (x=0,2986; y=0,2620) và chỉ số hoàn màu của

LED trắng chế tạo.

KẾT LUẬN

 Đề tài đã nghiên cứu, chế tạo thành công bột phát quang YAG:Ce với

kích thước nano mét.

 Kết quả khảo sát cho thấy YAG:Ce với độ pH của dung dịch

sol-gel là 2, và nồng độ Ce từ 1,8 đến 2 cho mẫu có cường độ phát quang tốt nhất.

 Bằng việc xây dựng hệ tạo bụi nano - BNN bột YAG:Ce đã

được khảo sát kích thước khá chính xác bằng hệ LB-550 của

khoa VLKT&CNNN.

 Đã chế tạo LED trắng bằng việc phủ tổ hợp YAG:Ce chế tạo +

polymer MEH-PPV Kết quả cho thấy YAG:Ce có khả năng ứng dụng cao trong việc chế tạo LED trắng với chỉ số hoàn màu cao.

1 Do Ngoc Hieu, Do Ngoc Chung, Pham Anh Tuan, Dinh Van Chau, Pham Hong Duong,

Nguyen Nang Dinh, (2012), “Sol-gel Synthesis and Characterisation of nanocrystalline

Cerium doped Yttrium Aluminum Garnet Nanopowder”, The 6th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2012).

of Cerium-doped Yttrium Aluminum Garnet Nanopowder Low-Temperature Reaction

Combustion Method”, VNU Journal of Science, Mathematics and Physics 2 (2013) pp 53-60.

“Organic – inorganic Hybrid Luminescent Composite for Solid-State Lighting”,

Communications in Physics, Vol 23, No 1 (2013), pp 57-63.

“Synthesis and Characterization of Ce-doped Y3Al5O12 (YAG:Ce) Nanopowders used for

Solid State Lighting”, Journal of Nanomaterials, Vol 2014, Article ID 571920, 7 pages.(ISI)

DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH KHOA H C CÔNG B Ụ Ọ Ố

• Đề tài Nghiên cứu và ứng dụng, mã số 1/2010/HD-DTNCCBUD do GS TS

Nguyễn Năng Định làm chủ trì.

• Trang thiết bị của Dự án Công nghệ nano và ứng dụng, Trung tâm Nano và

năng lượng, Đại học Quốc gia Hà Nội.

• Giảng viên hướng dẫn: GS TS Nguyễn Năng Định và ThS Đỗ Ngọc Chung.

LỜI CẢM ƠN

Cảm ơn thầy, cô và các bạn

đã lắng nghe!

Phương pháp khảo sát phổ quang phát quang

Laser He- Cd kích thích ở hai bước sóng 442 nm và 325 nm

Khảo sát kích thước hạt bằng hệ LB-550

Sơ đồ, nguyên lý hệ đo kích thước hạt LB-550

Sự tương tác của các hạt nano và trọng lực như là hai nhân tố chính ảnh hưởng đến sự ổn định của

các hạt nano.

Dưới tác dụng của trọng lực các hạt kích thước nhỏ sẽ di chuyển xuống dưới với

Hệ Hơi Nano

Kiểm chứng lại thành phần hạt trong dung dịch YAG:Ce chuẩn bị bằng phương pháp HNN

Phổ quang phát quang của dung dịch YAG:Ce

YAG:Ce

Khảo sát tính chất điện quang của LED trắng

Hệ LCS-100 đo đặc trưng linh kiện OLED, LED: Quả cầu tích phân 6 inch (1), CCD Array Spectrometer (2), Góc kế (3), Nguồn dòng và thế (4).

LED trắng được cấp nguồn 3,5 V, dòng 200 mA bằng nguồn 4V được đưa vào quả cầu tích phân 1 Quả cầu tích phân được gắn với máy quang phổ CCD Array.máy quang phổ CCD Array kết hợp phần mềm chuyên dụng sẽ cho chúng ta các thông số của đặc trưng của LED trắng như quang thông, chỉ số hoàn màu, nhiệt độ màu…