Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ trên cơ sở các oxit kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp mn4+ và cr3+ nhằm ứng dụng trong chiếu sáng rắn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Kim Chi NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BỘT HUỲNH QUANG PHÁT ÁNH SÁNG VÙNG ĐỎ TRÊN CƠ SỞ CÁC OXIT KIM LOẠI PHA TẠP ION KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP Mn4+ VÀ Cr3+ NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG RẮN Ngành: Khoa học Vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: HD1: TS Nguyễn Duy Hùng HD2: PGS TS Phương Đình Tâm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường 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 - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam A GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài Bóng đèn chiếu sáng dựa điốt phát quang ánh sáng trắng (WLED) thay hầu hết loại bóng đèn truyền thống đèn sử dụng WLED có đặc tính vượt trội tiết kiệm lượng, tuổi thọ cao thân thiện với môi trường, dễ điều khiển, phổ ánh sáng điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu sử dụng khác Để chế tạo WLED có nhiều phương pháp khác nhau, nhiên sản phẩm WLED thương mại chủ yếu dựa phương pháp kết hợp chíp LED phát ánh sáng xanh lam với bột huỳnh quang phát ánh sáng vàng đỏ Trong thời gian gần đây, bột huỳnh quang phát xạ đỏ sản xuất dựa vật liệu kim loại chứa gốc nitric pha tạp ion đất Tuy nhiên bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ chế tạo sử dụng nguyên vật liệu ban đầu đắt trình chế tạo vật liệu phải giữ mơi trường khí bảo quản nghiêm ngặt nhằm tránh ơxy hóa, nhiệt độ tạo thành pha tinh thể mạng cao 1500 0C, bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ thường có giá thành cao Để giảm giá thành sản phẩm, WLED thị trường thương mại thường sản xuất cách sử dụng chíp LED xanh lam kết hợp với bột huỳnh quang YAG: Ce3+ phát quang phổ rộng vùng ánh sáng màu vàng Do WLED thiếu vùng ánh sáng màu đỏ nên WLED có nhiệt độ màu (CCT) cao hệ số hồn màu (CRI) thấp dẫn tới nguồn sáng sử dụng WLED có chất lượng ánh sáng Do cần nghiên cứu tổng hợp loại bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ có giá thành thấp nhằm bổ sung vùng ánh sáng đỏ để tăng chất lượng ánh sáng cho WLED Cùng với thay bòng đèn truyền thống chiếu sáng dân dụng, bóng đèn sử dụng LED dần thay bóng đèn chiếu sáng chuyên dụng Một lĩnh vực chiếu sáng chuyên dụng quan tâm mạnh mẽ chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao Việc thay đèn chiếu sáng truyền thống đèn LED nhà khoa học chứng minh sản phẩm nông nghiệp giảm thành phần nitrat chất chống ơxi hóa, làm tăng chất lượng sản phẩm nơng nghiệp Ngồi ra, đèn LED điều chỉnh bước sóng phù hợp với loại trồng, giai đoạn phát triển khác nên hiệu chiếu sáng tốt so với đèn truyền thống Bên cạnh đó, sử dụng đèn LED giúp mơi trường ni, trồng nhà kính ổn định nhiệt độ tiết kiệm lượng điện đèn LED tiết kiệm lượng, xạ nhiệt thấp so với đèn truyền thống Do đặc thù hấp thụ ánh sáng chủ yếu vùng từ ánh sáng tử ngoại tới xanh lam đỏ xa tới hồng ngoại gần (< 750 nm) nên đèn LED chuyên dụng chiếu sáng nông nghiệp chủ yếu chế tạo sản xuất dựa chíp LED phát xạ vùng từ tử ngoại tới xanh lam kết hợp với bột huỳnh quang phát quang vùng từ đỏ xa tới hồng ngoại gần Do sử dụng bột huỳnh quang phát quang từ vùng đỏ xa tới hồng ngoại gần nên sản phẩm đèn LED sử dụng chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao thường có giá thành cao so với đèn WLED sử dụng chiếu sáng dân dụng Mặt khác LED chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao chủ yếu sử dụng bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ (< 630 nm) sử dụng chế tạo sản suất WLED nên chưa đáp ứng hiệu chiếu sáng số trồng giai đoạn phát triển Do cần nghiên cứu chế tạo số bột huỳnh quang phát quang vùng đỏ xa nhằm chế tạo LED chiếu sáng nông nghiệp có giá thành rẻ, phổ phát quang phù hợp với phổ hấp thụ trồng tốt Trong thời gian qua, bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ xa chủ yếu dựa mạng chứa gốc ôxít kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp giá thành ngun liệu đầu vào rẻ, mơi trường chế tạo khơng cần khí bảo vệ, nhiệt độ phản ứng thấp, chế tạo phương pháp hóa học đơn giản Do việc nghiên cứu tìm bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ xa có tiềm thay bột huỳnh quang thương mại có giá thành cao có phổ phát quang phù hợp cho chiếu sáng chuyên dụng đề tài nhà khoa học ngồi nước quan tâm Do nghiên cứu lựa chọn đề tài là: “Nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ sở ơxít kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+ Cr3+ nhằm ứng dụng chiếu sáng rắn” Trong khuôn khổ nghiên cứu luận án tập trung vào nghiên cứu tổng hợp số bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ dựa gốc ơxít kim loại SrO, Al2O3, MgO pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+ Cr3+ Với tiêu chí chế tạo vật liệu bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ có giá thành thấp, chúng tơi lựa chọn phương pháp chế tạo đồng kết tủa kết hợp với ủ nhiệt 2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung luận án tổng hợp thành công bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ, giá thành rẻ, có tiềm ứng dụng chế tạo LED phát ánh sáng trắng LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp công nghệ cao Cụ thể sau:  Tổng hợp vật liệu SrAl2O4, SrMgAl10O17 pha tạp ion Mn4+; MgAl2O4 pha tạp ion Cr3+ phương pháp đồng kết tủa kết hợp với ủ nhiệt  Bột huỳnh quang chế tạo phát ánh sáng vùng đỏ, có hiệu suất phát quang tốt có tiềm ứng dụng chế tạo nguồn chiếu sáng rắn  Thử nghiệm thành công bột huỳnh quang chế tạo WLED LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp công nghệ cao Phương pháp nghiên cứu Luận án thực sở kết nghiên cứu thực nghiệm hệ thống cơng trình nghiên cứu cơng bố Trong phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt sử dụng chế tạo Các phương pháp khảo sát, phân tích vi cấu trúc FESEM, XRD; PL, PLE dùng để khảo sát tính chất quang hệ vật liệu thu được; Đặc trưng quang điện LED thử nghiệm khảo sát hệ kiểm tra thông số điốt phát quang LED Tester Các đóng góp luận án  Chế tạo thành công bột huỳnh quang sở vật liệu oxit kim loại SrO, MgO, Al2O3 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+ Cr3+ phương pháp đồng kết tủa kết hợp với ủ nhiệt Khảo sát đưa tham số công nghệ chế tạo nhiệt độ thiêu kết, thời gian thiêu kết, nồng độ pha tạp  Vật liệu huỳnh quang SrAl2O4 pha tạp Mn4+ vật liệu SrMgAl10O17 pha tạp Mn4+ cho phát xạ đỏ 658 nm Vật liệu huỳnh quang MgAl2O4 pha tạp Cr3+ cho phát xạ đỏ xa với đỉnh phát quang mạnh 687 nm Chúng làm sáng tỏ vùng kích thích vùng phát xạ vật liệu  Thử nghiệm chế tạo LED từ vật liệu huỳnh quang chế tạo mở khả ứng dụng bột huỳnh quang chiếu sáng rắn Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Đề tài góp phần phát triển hồn thiện thêm chế để giải thích tượng phát quang tính chất vật lý vật liệu bột huỳnh quang Kết nghiên cứu đề tài góp phần thúc đẩy nhanh trình phát triển loại bột huỳnh quang dựa mạng ơxít pha tạp ion kim loại chuyển tiếp nhằm tìm bột huỳnh quang có đặc tính tốt, giá thành rẻ, góp phần giảm giá thành sản phẩm đèn LED Những đóng góp khoa học đề tài ghi nhận cơng trình đăng tạp chí chun ngành số cơng trình đăng tạp chí, hội nghị hội thảo khoa học chuyên ngành nước Bột huỳnh quang phát ánh sáng đỏ dựa gốc ơxít, chế tạo phương pháp đơn giản, tiêu tốn lượng nên giá thành sản phẩm rẻ, sản phẩm chế tạo có tiềm ứng dụng vào thực tế sản xuất Đặc biệt Việt Nam, số cơng ty sản xuất bóng đèn LED nghiên cứu thử nghiệm sản suất LED, để chủ động sản xuất tăng phần trăm nội địa sản phẩm đèn LED sản suất nước, đồng thời góp phần làm giảm giá thành so với sản phẩm ngoại nhập việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu bột huỳnh quang phát quang ánh sáng đỏ cần thiết có tính thực tiễn Bố cục luận án Trong luận án này, chúng tơi trình bày tổng quan lý thuyết, công việc nghiên cứu chế tạo, khảo sát cấu trúc tính chất quang ba hệ vật liệu phương pháp đồng kết tủa kết hợp với ủ nhiệt Các nội dung đưa sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan chế phát quang vật liệu huỳnh quang; tính chất quang ion Mn4+ Cr3+ trường tinh thể; tổng quan vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ, đỏ xa sở mạng gốc oxit kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp; giới thiệu phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang; giới thiệu số tính tốn để giải thích chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ, tính tốn hiệu suất lượng tử bột huỳnh quang Chương 2: Mô tả chi tiết quy trình chế tạo vật liệu SrAl2O4: Mn4+, 3+ SrMgAl10O17: Mn4+, MgAl2O4: Cr phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt Trình bày số phép đo q trình phân tích cấu trúc tính chất quang vật liệu XRD, FESEM, EDS, PL, PLE Raman Chương 3: Trình bày kết quả, thảo luận cấu trúc tính chất quang vật liệu SrAl2O4: Mn4+, giải thích thỏa đáng chế phát quang bột huỳnh quang Thử nghiệm ứng dụng bột huỳnh quang chế tạo vào WLED Chương 4: Trình bày kết quả, thảo luận cấu trúc tính chất quang vật liệu SrMgAl10O17: Mn4+, giải thích thỏa đáng cho chế phát quang bột huỳnh quang Khảo sát thời gian sống bột huỳnh quang chế tạo Chương 5: Trình bày kết quả, thảo luận cấu trúc tính chất quang vật liệu MgAl2O4: Cr3+, giải thích thỏa đáng cho chế huỳnh quang bột huỳnh quang Thử nghiệm ứng dụng bột huỳnh quang chế tạo vào WLED B NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Cơ chế phát quang vật liệu huỳnh quang Vật liệu huỳnh quang thường cấu tạo từ hai phần chất chất pha tạp hay gọi tâm phát quang Chất chọn thường vật liệu có độ bền học, hóa học, bền nhiệt tốt, cấu trúc ổn định suốt xạ vùng nhìn thấy Chất pha tạp, thường đất ion kim loại chuyển tiếp, có cấu trúc bán kính nguyên tử phù hợp với mạng Các ion pha tạp đóng vai trị tâm phát quang 1.2 Tính chất quang ion Mn4+ Cr3+ trường tinh thể 1.2.1 Tính chất quang ion Mn4+ trường tinh thể Ion Mn4+ có cấu hình điện tử 3d3, pha tạp vào mạng nền, 4+ Mn đóng vai trị tâm kích hoạt phù hợp chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ Theo giản đồ Tanabe-Sugano cho thấy ion Mn4+ có ba dịch chuyển hấp thụ chủ yếu (theo chiều tăng lượng hấp thụ): 4A2 → 4T2 (thuộc vùng ánh sáng xanh lam), 4A2 → 4T1 (4F) 4A2 → 4T2 (4P) (thuộc vùng ánh sáng tử ngoại) Vùng phát xạ ion Mn4+ tạo nên chuyển dời điện tử từ 2E → 4A2 (thường thuộc vùng đỏ, đỏ xa hồng ngoại gần, tùy thuộc độ mạnh trường tinh thể) Nghiên cứu phát quang cho thấy pha tạp ion Mn4+ vào mạng chứa gốc oxit kim loại SrO, Al2O3, MgO, ion Mn4+ chiếm vị trí Al3+ trường tinh thể mạnh tương ứng bán kính ion Mn4+ (0,530 Å) bán kính ion Al3+(0,535 Å) 1.2.2 Tính chất quang ion Cr3+ trường tinh thể Ion Cr3+ có cấu hình điện tử 3d3 , pha tạp vào mạng nền, Cr3+ đóng vai trị tâm kích hoạt phù hợp chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ xa Theo giản đồ Tanabe-Sugano cho thấy ion Cr3+ có ba dịch chuyển hấp thụ chủ yếu: 4A2 → 4T2 (thuộc vùng ánh sáng xanh lam), 4A2 → 4T1 (4F) 4A2 → 4T2 (4P) (thuộc vùng ánh sáng tử ngoại) Vùng phát xạ ion Cr3+ tạo nên chuyển dời E → 4A2 (thường thuộc vùng đỏ, đỏ xa hồng ngoại gần, tùy thuộc độ mạnh trường tinh thể) Nghiên cứu phát quang cho thấy pha tạp ion Cr3+ vào mạng chứa gốc oxit kim loại SrO, Al2O3, MgO, ion Cr3+ chiếm vị trí Al3+ trường tinh thể mạnh tương ứng bán kính ion Cr3+ (0,615 Å) bán kính ion Al3+(0,535 Å) 1.3 Vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ, đỏ xa sở mạng chứa gốc oxit kim loại pha tạp ion Mn4+, Cr3+ 1.3.1 Tình hình nghiên cứu vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ ứng dụng cho WLED dựa mạng chứa gốc oxit kim loại Trong nước, có nhóm nghiên cứu chế tạo vật liệu huỳnh quang dựa mạng gốc oxit kim loại ứng dụng chiếu sáng trắng Tuy nhiên nghiên cứu đa số chế tạo bột phát xạ màu xanh ion kim loại pha tạp đa số ion kim loại đất Phương pháp chế tạo chủ yếu phương pháp nổ, phản ứng pha rắn phương pháp solgel Hiện giới có số cơng trình nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang phát xạ đỏ dựa mạng gốc oxit kim loại pha tạp đất phương pháp phản ứng pha rắn Tuy nhiên bột huỳnh quang có mạng pha tạp ion kim loại đất Eu có giá thành cao, nghiên cứu gần nghiên cứu phát triển bột huỳnh quang phát xạ đỏ dựa gốc oxit kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+, Cr3+ 1.3.2 Vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ ứng dụng cho WLED dựa mạng chứa gốc oxit kim loại pha tạp Mn4+ Một số cơng trình cơng bố giới cho thấy vật liệu huỳnh quang dựa mạng gốc oxit kim loại SrO, MgO, Al2O3 pha tạp Mn4+ Cụ thể hệ vật liệu SrAl2O4 pha tạp Mn4+, SrMgAl10O17 pha tạp Mn4+ cho phát xạ đỏ với bước sóng khoảng 660 nm, bước sóng kích thích 320 nm, chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn Bước đầu thử nghiệm chip LED cho CRI > 80 Tuy nhiên chưa có cơng trình nghiên cứu cách hệ thống ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết, nồng độ pha tạp lên tính chất quang hệ, khảo sát thời gian phân rã, hiệu suất lượng tử bột huỳnh quang 1.3.3 Vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ xa ứng dụng chiếu sáng rắn dựa mạng chứa gốc oxit kim loại pha tạp ion Cr3+ Một số công trình cơng bố giới cho thấy vật liệu huỳnh quang dựa mạng gốc oxit kim loại MgO, Al2O3 pha tạp Cr3+ Cụ thể hệ vật liệu MgAl2O4 pha tạp Cr3+ cho phát xạ đỏ xa với bước sóng khoảng 694 nm chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn Tuy nhiên chưa có cơng trình nghiên cứu cách hệ thống ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết, nồng độ pha tạp lên tính chất quang hệ, khảo sát cường độ PL hệ nhiệt độ thấp, hiệu suất lượng tử vật liệu thử nghiệm chip LED 1.4 Các phương pháp tổng hợp bột huỳnh quang 1.4.1 Phương pháp gốm 1.4.2 Phương pháp sol-gel 1.4.3 Phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt Ưu điểm phương pháp dễ làm, tạo vật liệu có kích thước đồng đều, khơng bị lẫn tạp chất từ mơi trường ngồi Phương pháp cho phép khuếch tán chất tham gia phản ứng tốt, tăng đáng kể diện tích bề mặt tiếp xúc chất phản ứng Tuy nhiên phương pháp gặp khó khăn phải đảm bảo tỉ lệ hợp thức chất hỗn hợp kết tủa với sản phẩm mong muốn Do ưu điểm phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt nên lựa chọn phương pháp để chế tạo hệ bột huỳnh quang luận án Thực nghiệm chế tạo mẫu nghiên cứu trình bày cụ thể chương luận án 1.5 Một số tính tốn 1.5.1 Sự suy giảm cường độ phát quang vật liệu huỳnh quang theo nồng độ Để làm sáng tỏ chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ, chúng tơi tiến hành tính tốn khoảng cách truyền lượng tới hạn Rc Khoảng cách tới hạn Rc khoảng cách mà xác suất truyền lượng gần xác suất phát xạ tâm kích hoạt Theo cơng thức Blasse: - Nếu RC > 5Å: tương tác lưỡng cực điện đóng vai trị - Nếu RC < 5Å: tương tác trao đổi đóng vai trị q trình truyền lượng ion kích hoạt 1.5.2 Hiệu suất huỳnh quang Hiệu suất lượng tử IQE bột huỳnh quang tính cơng thức sau: 1.6 Kết luận chương Đã tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ, đỏ xa sở mạng gốc oxit kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp; giới thiệu phương pháp chế tạo; số tính tốn để giải thích chế dập tắt huỳnh quang theo nồng độ; tính toán hiệu suất lượng tử bột huỳnh quang Chương 2: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ ĐO ĐẠC 2.1 Quy trình chế tạo bột huỳnh quang phương pháp đồng kết tủa 2.1.1 Tổng hợp vật liệu SrAl2O4 pha tạp Mn4+ Các tiền chất sử dụng chế tạo là: Sr(NO3)2; Al(NO3)3.9H2O; Mn(NO3)2, pH hỗn hợp 10 Mẫu sau chế tạo sấy nhiệt độ 150 ℃ giờ, sau tiến hành nung thiêu kết từ 900 ℃ đến 1300 ℃ giờ, nồng độ pha tạp từ 0,006 mol% đến 0,1 mol% Mn4+ 2.1.2 Tổng hợp vật liệu SrMgAl10O17 pha tạp Mn4+ Các tiền chất sử dụng chế tạo là: Sr(NO3)2, Mg(NO3)2.6H2O, Al(NO3)3.9H2O, Mn(NO3)2, NH4OH H2O, pH 10 Mẫu sau chế tạo sấy nhiệt độ 200 ℃ giờ, sau tiến hành nung thiêu kết từ 900 ℃–1500℃ giờ, nồng độ pha tạp từ 0,3 mol% đến 2,1 mol% Mn4+ 2.1.3 Tổng hợp vật liệu MgAl2O4 pha tạp Cr3+ Các tiền chất sử dụng chế tạo là: Mg(NO3)2.6H2O, Al(NO3)3.9H2O, Cr(NO3)3.9H2O, dung môi NH4OH H2O, pH 10 Mẫu sau chế tạo sấy nhiệt độ 200 ℃ giờ, sau tiến hành nung thiêu kết từ 900–1500 oC giờ, nồng độ pha tạp từ 0,02 mol% đến 2,2 mol% Cr3+ 2.2 Các phương pháp khảo sát tính chất vật liệu 2.2.1 Phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể thành phần pha bột huỳnh quang Ảnh nhiễu xạ XRD thu từ hệ D8 Advance, Brucker 2.2.2 Phương pháp khảo sát hình thái bề mặt kích thước hạt Chúng tơi sử dụng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM – JSM - 7600F (Jeol, Nhật bản) 2.2.3 Phương pháp khảo sát thành phần nguyên tố vật liệu Chúng sử dụng thiết bị EDS tích hợp kính hiển vi điện tử phân giải cao FESEM-JSM-7600F 2.2.4 Các phương pháp khảo sát tính chất quang Chúng tơi sử dụng thiết bị thiết bị Nanolog, Horiba Jobin Yvon, nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bước sóng từ 250 ÷ 800 nm 2.2.5 Đo đại lượng quang thử nghiệm chip LED Chúng sử dụng cầu tích phân GS-IS500-TLS-H, Gamma Scientific 2.3 Kết luận chương Chúng tơi tóm lược quy trình chế tạo vật liệu phép đo để nghiên cứu cấu trúc tinh thể, thành phần pha, hình thái bề mặt, kích thước hạt, khảo sát tính chất quang khả ứng dụng bột huỳnh quang chế tạo chip LED Chương 3: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG BỘT HUỲNH QUANG SrAl2O4 PHA TẠP Mn4+ 3.1 Cấu trúc tinh thể ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết lên pha của mạng SrAl2O4 Kết phân tích phổ XRD Hình 3.1 mẫu thiêu kết 1200 ℃ - khơng khí cho thấy mẫu sau nung hình thành pha tinh thể hợp chất dạng SrAl2O4 Hình 3.1 Phổ XRD mẫu nung thiêu kết 1200 ℃- phổ thẻ chuẩn mạng SrAl2O4 Hình 3.2 Phổ XRD vật liệu sau nung thiêu kết từ 900 ℃ đến 1300 ℃ Ở Hình 3.2, phổ XRD cho thấy nhiệt độ 900 ℃ bên cạnh pha mạng SrAl2O4 quan sát thấy pha tinh thể Sr4Al2O25 Al2O3 ứng với liệu JCPDS tiêu chuẩn Khi nhiệt độ nung thiêu kết tăng đến 1200 ℃ pha phụ biến Như vậy, pha tinh khiết SrAl2O4 tổng hợp thành công nhiệt độ nung từ 1200 ℃ trở lên Tại nhiệt độ 1300 ℃ cường độ đỉnh nhiễu xạ mạnh Hình 3.3 (a) Phổ Raman vật liệu sau nung thiêu kết từ 900 ℃ đến 1300 ℃ (b) Phổ Raman vật liệu với tỷ lệ phối trộn SrO Al2O3 khác Phổ Ranman cho thấy, đỉnh 467 cm-1 vị trí đỉnh phổ Raman đặc trưng liên kết O - Al – O cấu trúc bát diện [AlO4] 10 tinh thể SrAl2O4 Khi nhiệt độ nung mẫu tăng từ 1000 ℃ lên 1300 ℃, cường độ đỉnh Raman 467 cm-1 tăng lên theo nhiệt độ đỉnh khác giảm hẳn 1300 ℃, điều cho thấy vật liệu có độ kết tinh tăng lên Kết hoàn toàn phù hợp với kết phân tích phổ XRD 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết lên hình thái bề mặt vật liệu Hình 3.4 Hình ảnh FESEM SrAl2O4 pha tạp Mn4+ với độ phóng đại thấp sau nung thiêu kết a) 1000 ℃, b) 1300 ℃ độ phóng đại cao sau nung thiêu kết c) 1000 ℃, d) 1100 ℃, e) 1200 ℃ f) 1300 ℃ Quan sát ảnh FESEM chụp chế độ phân giải thấp Hình 3.4 (a,b) cho thấy mẫu nhiệt độ 1000 ℃ 1300 ℃ có hình dạng khơng xác định rỏ ràng, kích thước mẫu bột khoảng từ µm đến 10 µm Ảnh FESEM với độ phân giải cao Hình 3.4 (c,d,e,f) cho thấy bề mặt khối vật liệu nung 1000 ℃ bao gồm hạt đồng với hình dạng gần với hình cầu que kích thước vào khoảng 300 400 nm Khi nhiệt độ thiêu kết tăng lên từ 1100 ℃ đến 1300 ℃, hạt hình dạng hình cầu có xu hướng tan chảy kết đám với để tạo thành hạt lớn Với kích thước mẫu vật liệu từ µm đến 10 µm phù hợp sử dụng chế tạo LED cho hiệu suất cao 3.3 Phân tích thành phần nguyên tố vật liệu Hình 3.5 Phổ tán sắc lượng EDS SrAl2O4 pha tạp 0,04mol%Mn4+ nung thiêu kết 1300 ℃ Kết Hình 3.5 cho thấy khơng có nguyên tố khác Sr, Al, O phổ EDS Đồng thời, phổ cho thấy tỉ lệ thành phần gần với tỉ lệ hỗn hợp hợp chất ban đầu Tuy nhiên, kết 11 cho thấy khơng ghi nhận tín hiệu ngun tố Mn, hàm lượng pha tạp nhỏ so với phận ghi máy nên không nhận tín hiệu 3.4 Tính chất quang bột huỳnh quang SrAl2O4: Mn4+ 3.4.1 Đặc trưng phổ PL PLE vật liệu SrAl2O4:Mn4+ Ở Hình 3.6, phổ PL cho thấy có đỉnh vị trí 644 nm, 669 nm đỉnh phổ phát xạ mạnh 658 nm Trong đỉnh phổ 658 nm cho chuyển dời điện tử từ trạng thái 2Eg→4A2g Các đỉnh phát quang lại 644 nm 669 nm đặc trưng cho chuyển dời điện tử liên quan tới dao động phonon Stoke phản Stoke điện tử lớp 3d3 hốc bát diện [MnO4] Hình 3.6 Phổ PL PLE bột SrAl2O4: Mn4+ đo với đỉnh phát xạ 653 nm 659 nm nhiệt độ phòng Phổ PLE thể Hình 3.6 vật liệu SrAl2O4: Mn4+ có khả hấp thụ mạnh nhiều bước sóng ánh sáng, từ tia tử ngoại ánh sáng có bước sóng xanh Ba đỉnh xuất chuyển dời electron ion Mn4+ từ trạng thái A2 → 4T1, 4A2 → 2T1 4A2 → 4T2 trường bát diện 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết lên cường độ PL vật liệu Hình 3.7 Phổ PL bột SrAl2O4: Mn4+ nung từ 900 - 1300 ℃ giờ, λex = 320 nm, đo nhiệt độ phịng Hình 3.8 Phổ PL bột SrAl2O4:Mn4+ nung 1300 ℃ giờ, bước sóng kích thích 320 nm, đo nhiệt độ 10 K 12 Phổ PL Hình 3.7 cho thấy, tăng nhiệt dộ nung thiêu kết từ 900 ℃ đến 1300 ℃, cường độ PL tăng cường độ đỉnh 658 nm tăng cao so với đỉnh lại Tại 1300 ℃ cho cường độ huỳnh quang mạnh Khi đo nhiệt độ thấp 10 K, phổ PL cho gồm đỉnh phổ 652 nm, 654 nm, 657 nm vùng phổ đám khoảng từ 660 nm đến 700 nm Các đỉnh cho chuyển dời điện tử liên quan tới zero-phonon R1, R2 2E → 4A2 + ν (ν: Stoke phonon) Mn4+ mạng SrAl2O4 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên cường độ PL Hình 3.9 a) Phổ PL bột SrAl2O4 pha tạp ion Mn4+ với nồng độ 0,006 đến 0,1 mol% nung nhiệt độ 1300 ℃ giờ, b) Đồ thị phụ thuộc cường độ PL vào nồng độ Mn4+ Hình 3.9 cho thấy đỉnh phát xạ cực đại SrAl2O4: Mn4+ nằm bước sóng 658 nm ứng với nồng độ pha tạp 0,04 mol% Mn4+ Kết tính tốn RC = 97.2 Å cho thấy tượng dập tắt huỳnh quang theo nồng độ chủ yếu diễn thông qua tương tác lưỡng cực điện ion Mn4+ mạng SrAl2O4 3.4.4 Sự suy giảm cường độ PL theo nhiệt độ tọa độ màu bột huỳnh quang SrAl2O4 pha tạp Mn4+ Hình 3.10a cho thấy gia tăng nhiệt độ, tất đỉnh phổ hiển thị dịch chuyển vùng phổ màu đỏ giãn nở ô mạng sở mạng tăng cường dao động nhiệt độ cao Hình 3.10b cho thấy, nhiệt độ tăng từ 10K đến 120K, cường độ PL tích phân giảm trình chuyển đổi khơng xạ Khi nhiệt độ tăng nữa, cường độ PL tích phân tăng cường đạt cao nhiệt độ khoảng 210K, sau giảm dần nhiệt độ tăng Tại nhiệt độ 300 K, tích phân cường độ PL đạt 78% so với nhiệt độ 10 K 13 Hình 3.10 (a) Phổ PL đo theo nhiệt độ Hình 3.12 Bảng tọa độ (b) Cường độ PL tích phân SrAl2O4 pha màu CIE SrAl2O4: tạp 0,04 mol% Mn4+ nung 1300 ℃ - 6h Mn4+ Hình 3.11 (a) cho thấy cường độ PL mẫu giảm gia nhiệt độ mẫu từ 300 K đến 473 K Quan sát cường độ PL tích phân theo nhiệt độ Hình 3.11(b) cho thấy nhiệt độ tăng từ 300 K tới 473 K cường độ PL tích phân giảm nhiệt độ 353 K cường độ PL tích phân đạt khoảng 50 % so với nhiệt độ 300 K Như nhiệt độ cao cường độ PL tích phân cho thấy vật liệu chưa ổn định nhiệt Hình 3.11 (a) Phổ PL Sr0.96Al2O4:0,04Mn4+ đo theo nhiệt độ cao (b) Tích phân cường độ PL theo nhiệt độ mẫu Hình 3.12 cho thấy ánh sáng đỏ phát từ bột huỳnh quang SrAl2O4: Mn4+ nung thiêu kết 1300 ℃ lên chip LED 310 nm có tọa độ màu (x = 0,6959; y = 0,2737) 3.5 Kết luận chương Tổng hợp thành công vật liệu SrAl2O4: Mn4+ phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt Điều kiện tổng hợp: 0,04 mol% Mn4+, nhiệt độ thiêu kết 1300 ℃ trong khơng khí Vật liệu SrAl2O4: Mn4+ cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ với bước sóng 659 nm Phổ PLE cho thấy có ba đỉnh cực đại 320 nm, 405 nm 470 nm phù hợp với UV LED blue LED Tại nhiệt độ 300 K, tích phân cường độ PL đạt 78% so với nhiệt độ 10 K 14 Chương 4: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG SrMgAl10O17 PHA TẠP Mn4+ 4.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu SrMgAl10O17: Mn4+ Hình 4.1 cho thấy phổ nhiệt độ nung 1100 ℃, mẫu hình thành pha tinh thể đỉnh phổ thấp Tuy nhiên, cường độ đỉnh nhiễu xạ cải thiện tăng nhiệt độ nung từ 1100 ℃ đến 1400 ℃ Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 1500 ℃, cường độ đỉnh nhiễu xạ dường khơng thay đổi Hình 4.1 Phổ XRD SrMgAl10O17: Mn4+ nung thiêu kết nhiệt độ khác 4.2 Hình thái bề mặt kích thước hạt Hình ảnh FESEM với độ phân giải thấp cho thấy hạt có hình dạng khơng Kích thước mẫu bột nằm khoảng từ µm đến 30 µm Hình ảnh FESEM với độ phân giải cao cho thấy bề mặt hạt mịn, kích thước hạt nhỏ xác định khoảng µm với nhiệt độ nung 1400 ℃ Các hạt nhỏ cho hạt tinh thể SrMgAl10O17 Kết bột huỳnh quang SrMgAl10O17 nung thiêu kết khoảng 1400 ℃ kết tinh tốt Hình 4.2 Ảnh FESEM với độ phân giải thấp mẫu nung 1000 ℃ (a), 1100 ℃ (b), 1200 ℃ (c), 1400 ℃ (d) Hình 4.3 Ảnh FESEM với độ phân giải cao mẫu nung 1000 ℃ (a), 1100 ℃ (b), 1200 ℃ (c), 1400 ℃ (d) 15 4.3 Phân tích thành phần nguyên tố vật liệu Kết Hình 4.4 cho thấy khơng có ngun tố khác Sr, Mg, Al, O phổ EDS kết luận mẫu chế tạo có độ tinh khiết cao Tuy nhiên phổ cho thấy tỉ lệ thành phần chưa với tỉ lệ hỗn hợp hợp chất ban đầu Bên cạnh đó, kết cho thấy khơng ghi nhận tín hiệu nguyên tố Mn, điều giải thích hàm lượng pha tạp nhỏ so với độ phân giải sai số phép đo Hình 4.4 Phổ tán sắc lượng EDS SrMgAl10O17: 1,2mol%Mn4+ nung thiêu kết 1400 ℃ 4.4 Tính chất quang bột huỳnh quang SrMgAl10O17: Mn4+ 4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu lên tính chất quang vật liệu Mẫu SrMgAl10O17: Mn4+ nung 1400 ℃ cho cường độ PL mạnh Phổ PLE cho thấy có ba đỉnh cực đại bước sóng 320, 400 470 nm Sự xuất ba đỉnh chuyển dời electron ion Mn4+ từ 4A2  4T1, 4A2  4T1 4A24T2 phối trí bát diện Hình 4.4 Phổ PLE SrMgAl10O17: Mn4+ ứng với bước sóng phát xạ 658 nm Hình 4.5 Phổ PL SrMgAl10O17: Mn4+ nung nhiệt độ khác Hình 4.6 cho thấy tăng nhiệt độ nung từ 1100 ℃ đến 1200 ℃, cường độ PL thời gian sống mẫu tăng lên Các kết giải thích gia tăng kết tinh tinh thể Tuy nhiên tăng nhiệt độ nung từ 1300 ℃ đến 1400 ℃, cường độ PL 16 tăng thời gian sống giảm đáng kể Kết nghiên cứu cho thấy phù hợp với kết công bố trước Việc thời gian sống bột huỳnh quang SrMgAl10O17 pha tạp Mn4+ giảm sai hỏng mạng gia tăng nhiệt độ nung di chuyển lượng không xạ cặp Mn4+- Mn4+ trở nên nhanh Hình 4.6 Các đường cong phân rã SrMgAl10O17 pha tạp Mn4+ nung thiêu kết nhiệt độ khác 4.4.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên tính chất quang vật liệu Hình 4.7 (a) Phổ PL mẫu theo nồng độ từ 0,3 – 2,1 mol%; (b) Sự phụ thuộc cường độ PL vào nồng độ Mn4+ Hình 4.7 cho thấy đỉnh phát xạ cực đại vật liệu nằm bước sóng 658 nm ứng với nồng độ pha tạp Mn4+ 1,2 mol% Khoảng cách tới hạn RC 28,1 Å cho thấy tượng dập tắt huỳnh quang theo nồng độ chủ yếu diễn thông qua tương tác lưỡng cực điện ion Mn4+ mạng SrMgAl10O17 4.4 Kết luận chương Chúng tổng hợp thành công vật liệu SrMgAl10O17: Mn4+ phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt Điều kiện tổng hợp: 1,2 mol% Mn4+, nhiệt độ nung thiêu kết 1400 ℃ trong khơng khí Vật liệu SrMgAl10O17: Mn4+ cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ với bước sóng 658 nm Phổ PLE cho thấy có ba đỉnh cực đại 320 nm, 400 nm 470 nm phù hợp với UV LED blue LED 17 Chương 5: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA BỘT HUỲNH QUANG MgAl2O4 PHA TẠP Cr3+ 5.1 Cấu trúc tinh thể mạng MgAl2O4 Hình 5.1 cho thấy mẫu bột nung thiêu kết 900 ℃ vật liệu hình thành pha tinh thể mạng MgAl2O4 Khi tăng nhiệt độ thiêu kết từ 900 ℃ đến 1400 ℃, cường độ đỉnh XRD tăng với tăng cường nhiệt độ thiêu kết Tiếp tục tăng nhiệt độ thiêu kết lên đến 1500 ℃ cường độ đỉnh XRD mẫu dường không thay đổi so với mẫu nung thiêu kết 1400 ℃ Tuy nhiên, bên cạnh đỉnh nhiễu xạ pha mạng MgAl2O4, phổ XRD xuất số đỉnh pha tạp MgO Theo quan sát phổ XRD mẫu nung thiêu kết theo nhiệt độ cường độ đỉnh MgO tăng theo Hình 5.1 Phổ XRD MgAl2O4: Hình 5.2 Phổ XRD MgAl2O4: Cr3+ nung nhiệt độ khác Cr3+ nung 1500 ℃ ứng với thời gian nung khác Hình 5.2 phổ XRD cho thấy mẫu nung nhiệt độ nung thiêu kết 1500 ℃ thời gian từ giờ, pha MgO giảm mạnh Khi pha tạp Cr3+ mạng ứng với nồng độ pha tạp khác thể Hình 5.3 Quan sát phổ XRD cho thấy mẫu pha tạp nồng độ cao 0,6 mol% khơng cịn quan sát thấy đỉnh XRD MgO Điều cho thấy ion Cr3+ pha tạp vào mạng làm tăng cường kết tinh pha tinh thể mạng Kết phổ XRD mẫu pha tạp khác cho thấy khơng có dịch chuyển đỉnh phổ mạng chênh lệch bán kính ion Al3+ (0,53 Å) Cr3+ (0,62 Å) chưa đủ lớn để gây nên dịch đỉnh phổ XRD mạng MgAl2O4 18 Hình 5.3 Phổ XRD MgAl2O4: Cr3+ với nồng độ khác nung thiêu kết nhiệt độ 1500 ℃ (a) toàn phổ, (b) phổ phóng đại 5.2 Nhiệt độ thiêu kết hình thái bề mặt bột huỳnh quang MgAl2O4 pha tạp Cr3+ Hình 5.4 Ảnh FESEM với độ phóng đại thấp cao MgAl2O4: Cr3+ nung ở: (a, d) 1000℃, (b, e) 1300 ℃ (c, f) 1500 ℃ Hình ảnh FESEM với độ phân giải thấp cho thấy mẫu có hình dạng khơng đồng với kích thước mẫu bột khoảng từ µm đến 20 µm Hình ảnh FESEM với độ phân giải cao cho thấy tăng nhiệt độ nung lên 1500 ℃, bề mặt hạt nhẵn có kích thước từ 500 nm - µm, điều kết luận nhiệt độ 1500 ℃ vật liệu kết tinh tốt Hình 5.5 Phổ EDS MgAl2O4: 1,2 mol% Cr3+ nung thiêu kết 1500 ℃ Phổ EDS cho thấy tỷ lệ nguyên tố gần với tỷ lệ hỗn hợp vật liệu tiền chất tính tốn ban đầu, khơng có ngun tố tạp có mẫu 19 5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nồng độ pha tạp lên tính chất quang bột huỳnh quang MgAl2O4: Cr3+ 5.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung thiêu kết lên tính chất quang vật liệu Hình 5.6 cho thấy mẫu nung 1500 ℃ cho cường độ huỳnh quang mạnh ứng với đỉnh phổ hẹp bật 687 nm vùng phổ rộng từ 677 – 719 nm Hình 5.6 a) Phổ PL b) Đỉnh cường độ PL cực đại MgAl2O4: Cr3+ nung 900 ℃ đến 1500 ℃ Quan sát phổ PLE mẫu nung nhiệt độ khác cho thấy phổ hấp thụ mạnh vùng ánh sáng tử ngoại gần vùng ánh sáng nhìn thấy Ở 900 ℃ 1000 ℃ đỉnh phổ cực đại 425 nm vai lệch vùng tử ngoại gần Ở 1500 ℃ xuất ba dải phổ rộng ứng với ác đỉnh cực đại 552, 430 386 nm Phổ PLE không thay đổi đáng kể đỉnh phổ theo thời gian nung Hình 5.7 a) Phổ PLE MgAl2O4 :Cr3+ nung 900 ℃ - 1500 ℃ b) Phổ PLE mẫu nung 1500 ℃ ứng với tnung khác 5.3.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp lên phát quang vật liệu Hình 5.8 cho thấy đỉnh phát xạ cực đại MgAl2O4: 1,2mol% Cr3+ 687 nm Kết tính tốn Rc = 21,9 Å chứng tỏ tương tác lưỡng cực điện đóng vai trị q trình truyền lượng ion kích hoạt 20 Hình 5.8 a) Phổ PL b) Cường độ PL đỉnh 687 nm MgAl2O4 pha tạp nồng độ Cr3+ khác nung 1500 ℃ 5.3.3 Sự phụ thuộc cường độ PL theo nhiệt độ hiệu suất PL vật liệu MgAl2O4: Cr3+ Hình 5.9 a) cho thấy 10 K điện tử đứng yên, phổ PL thể vạch đặc trưng ion Cr3+, tăng nhiệt độ lên, điện tử truyền lượng cho nhau, mức lượng không tách vạch rỏ ràng mà chuyển sang phổ đám Hình 5.9b) cho thấy nhiệt độ tăng từ 10 K đến 60 K cường độ PL tích phân theo nhiệt độ giảm, nhiệt độ tăng từ 60 K đến 240 K cường độ PL tích phân tăng nhiệt độ tăng từ 240 K đến 300 K cường độ PL tích phân giảm Cường độ PL tích phân 300 K với cường độ PL tích phân 10 K Điều chứng tỏ tinh thể đạt chất lượng tốt Hình 5.9 a) Phổ PL đo 10 K 300 K b) Cường độ PL tích phân theo nhiệt độ bột huỳnh quang MgAl2O4: 1,2mol% Cr3+ Hiệu suất lượng tử (IQE) bột huỳnh quang MgAl2O4: 1,2mol% Cr3+ tính tốn khoảng 16% Trước chưa có cơng bố hiệu suất lượng tử hệ vật liệu trên, thơng tin tham khảo có giá trị giúp cho nhà khoa học nghiên cứu LED ứng dụng chiếu sáng rắn 21 Hình 5.10 IQE bột huỳnh quang kích thích bước sóng 395 nm 5.3.4 Thử nghiệm bột huỳnh quang MgAl2O4 pha tạp Cr3+ chế tạo LED Hình 5.11 (a) Phổ điện PL chíp UV-LED phủ bột huỳnh quang MgAl2O4 pha tạp Cr3+ (b) Phổ hấp thụ trồng Thử nghiệm chế tạo LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp cách phủ bột huỳnh quang MgAl2O4:1,2mol% Cr3+ lên chip UV-LED (395 nm) Phổ điện huỳnh quang UV-LED phủ bột huỳnh quang ghi nhận hệ LED Tester vẽ Hình 5.11 Quan sát phổ điện huỳnh quang LED cho thấy phù hợp tốt với phổ hấp thụ ChlorophyII A trồng Do bột huỳnh quang MgAl2O4: 1,2mol% Cr3+ có tiềm ứng dụng chiếu sáng nơng nghiệp cơng nghệ cao Hình 5.12 (a) Phổ điện huỳnh quang WLED với tỷ lệ YAG: Ce3+ MgAl2O4: Cr3+ khác (b) Tọa độ màu CIE MgAl2O4: Cr3+ WLED tương ứng Thử nghiệm bột huỳnh quang chế tạo Chúng tiến hành pha trộn bột YAG: Ce3+ với bột MgAl2O4: 1,2 mol% Cr3+ với tỷ 22 lệ khối lượng khác sau phủ lên chip InGaN màu xanh lam (460 nm) Hình 5.12 Kết cho thấy WLED ấm chế tạo từ MgAl2O4: Cr3+ cho thể CRI 78 CCT 3481 K tỷ lệ YAG: Ce3+/ MgAl2O4: Cr3+ 30/70 Ánh sáng đỏ phát từ MgAl2O4: Cr3+ cho (x = 0,6971; y = 0,3014) Tiến hành khảo sát thêm ảnh hưởng dòng điện, nhiệt độ, CCT CRI WLED thử nghiệm Quan sát phổ điện huỳnh quang Hình 5.13 cho thấy dòng điện nhiệt độ LED tăng lên, hình dạng phổ khơng thay đổi nhiều, CCT CRI thay đổi không đáng kể Điều cho thấy vật liệu bột huỳnh quang có đổ ổn định nhiệt độ, khơng có tiềm ứng dụng chế tạo LED chiếu sáng chuyên dụng nông nghiệp mà cịn có tiềm ứng dụng chiếu sáng dân dụng Hình 5.13 Phổ điện phát quang CCT CRI WLED ấm tương ứng theo (a, b) dòng điện (c, d) nhiệt độ 5.5 Kết luận chương Tổng hợp thành công vật liệu MgAl2O4: Cr3+ phương pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt Điều kiện tổng hợp: nồng độ 1,2 mol% Cr3+, nhiệt độ nung thiêu kết 1500 ℃ – không khí Vật liệu MgAl2O4: Cr3+ cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ xa với bước sóng 687 nm hứa hẹn ứng dụng hiệu cho LED chuyên dụng Phổ PLE cho thấy có ba đỉnh cực đại 386 nm, 430 nm 552 nm phù hợp với UV LED, NUV LED Kết hợp chip InGaN, 23 YAG: Ce3+ MgAl2O4: Cr3+ WLED có CCT = 3481K, CRI = 78 Bột huỳnh quang MgAl2O4: Cr3+ cho hiệu suất lượng tử η = 16% KẾT LUẬN Nghiên cứu chế tạo thành công bột huỳnh quang phát ánh sáng vùng đỏ dựa mạng oxit kim loại SrO, MgO, Al2O3 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+và Cr3+ hứa hẹn có tiềm ứng dụng chiếu sáng rắn Bột SrAl2O4: Mn4+ cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ với bước sóng 658 nm, nồng độ Mn4+ pha tạp 0,04 mol%, nhiệt độ nung thiêu kết tốt 1300 oC Tại nhiệt độ 300 K, tích phân cường độ PL đạt 78% so với nhiệt độ 10 K Phổ PLE cho thấy có ba đỉnh cực đại 320 nm, 405 nm 470 nm phù hợp với UV LED blue LED, hứa hẹn tiềm ứng dụng chiếu sáng trắng Bột SrMgAl10O17: Mn4+ cho phát xạ đỏ với λem = 658 nm, λex = 320 nm, nồng độ Mn4+ pha tạp 1,2 mol%, nhiệt độ nung thiêu kết tối 1400 ℃ Kết cho thấy bột huỳnh quang SrMgAl10O17: Mn4+ phù hợp kết hợp với chip UV LED Blue LED, hứa hẹn tiềm ứng dụng chiếu sáng trắng Bột MgAl2O4: Cr3+ cho phát xạ đỏ xa với λem = 687 nm, λex = 425 nm, nồng độ Cr3+ pha tạp tốt 1,2 mol%, nhiệt độ nung thiêu kết 1500 ℃ Vật liệu MgAl2O4: Cr3+ cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ xa hứa hẹn ứng dụng hiệu cho LED chuyên dụng Phổ PLE cho thấy có ba đỉnh cực đại 386 nm, 430 nm 552 nm phù hợp với UV LED, NUV LED Kết hợp chip InGaN, YAG: Ce3+ MgAl2O4: Cr3+ WLED có CCT= 3481K, CRI = 78 Bột huỳnh quang MgAl2O4: Cr3+ cho hiệu suất lượng tử η = 16% MỘT SỐ KIẾN NGHỊ TIẾP THEO Bột huỳnh quang dựa gốc oxit kim loại SrO, MgO, Al2O3 với công thức mạng SrAl2O4, SrMgAl10O17 pha tạp ion Mn4+ MgAl2O4 pha tạp Cr3+ nhóm nghiên cứu nhằm ứng dụng chế tạo LED chiếu sáng nông nghiệp WLED hiệu suất phát quang vùng hấp thụ vật liệu chưa mạnh vùng ánh sáng xanh lam chíp LED thương mại Do kiến nghị tiếp tục nghiên cứu mạng phù hợp để thu bột huỳnh quang có hiệu suất phát quang cao hơn, vùng hấp thụ vật liệu mạnh vùng ánh sáng xanh lam (460 nm) 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Cơng trình liên quan trực tiếp đến luận án  Công bố quốc tế Nguyen Thi Kim Chi, Nguyen Tri Tuan, Nguyen Thi Kim Lien and Nguyen Duy Hung (2018), “Red Emission of SrAl2O4:Mn4+ Phosphor for Warm White Light-Emitting Diodes” Journal of Electronic Materials 47, pp 4571 - 4578 Nguyen Thị Kim Chi, Nguyen Van Quang, Nguyen Tri Tuan, Nguyen Đuc Trung Kien, Đo Quang Trung, Pham Thanh Huy, Phương Đinh Tam and Nguyen Duy Hung (2019), “Deep Red Emitting MgAl2O4:Cr3+ Phosphor for Solid State Lighting” Journal of Electronic Materials 48, pp 5891–5899  Công bố nước Nguyễn Thị Kim Chi, Ngô Trần Phương Vy, Huỳnh Minh Nhật, Nguyễn Trí Tuấn Nguyễn Duy Hùng (2017), “Bột huỳnh quang SrAl2O4: Mn4+ chế tạo phương pháp đồng kết tủa” Hội nghị Vật liệu Công nghệ Tiên tiến, pp 129–133, ISBN 978-604-95-0298-9 Nguyen Thi Kim Chi, Nguyen Tri Tuan and Nguyen Duy Hung (2017), “Luminescence of Cr doped MgAl2O4 prepared by the co-precipitation method” In Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Applications IX (pp 394– 398), ISBN 978-604-913-578-1 Nguyen Thị Kim Chi, Nguyen Duy Hùng (2019), “Synthesis and optical properties of SrMgAl10O17:Mn4+ for phosphor conversion solid state lighting devices” Journal of Science: Mathematics – Physics 35(4), pp 59-65, ISSN 2588-1124 Cơng trình có liên quan đến luận án Tran Tan Đat, Nguyen Quang Phuc, Nguyen Thi Kim Chi, Nguyen Duy Hung, Cao Xuan Thang, Duong Thanh Tung (2017), “Synthesis of Sr8Al12O24S2: Eu2+ phosphor prepared by using a mild hydrothermal method for white light emitting devices” Hội nghị Vật liệu Công nghệ Tiên tiến – WANN2017 (pp 62–67), ISBN 978-604-95-0298-9 Nguyen Thi Kim Chi, Tran Tan Đat, Nguyen Quang Phuc, Nguyen Duy Hung, Cao Xuan Thang, Duong Thanh Tung (2017), “Formation and Luminescence properties of Sr4Al6O12SO4:Mn4+ deep red phosphor by a mild hydrothermal method by a mild hydrothermal method” Hội nghị Vật liệu Công nghệ Tiên tiến – WANN2017 (pp 68–73), ISBN 978-604-95-0298-9 Nguyễn Thị Kim Chi, Trần Thị Ngọc Thảo, Nguyễn Thị Phương Thảo, Trương Thị Cẩm Thi, Nguyễn Duy Hùng (2019), “Bột huỳnh quang Sr4Al14O25 đồng pha tạp Mn4+, Na+ phát xạ đỏ ứng dụng cho đi-ốt phát quang ánh sáng trắng” Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2019, pp 684-688, ISBN 978-604-98-7506-9 Nguyen Thi Kim Chi, Le Tan Vinh, Tran Thanh Vu, Vo Chi Nguyen, Pham Thi Kim Trung, Nguyen Duy Hung (2020), “Fluorescence properties of CaAl2O4 doped with Mn4+as red emitting phosphor for white led ” Vietnam Journal of Science and Technology Chấp nhận đăng ... quang phát ánh sáng vùng đỏ sở ơxít kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+ Cr3+ nhằm ứng dụng chiếu sáng rắn? ?? Trong khuôn khổ nghiên cứu luận án tập trung vào nghiên cứu tổng hợp số bột. .. ánh sáng vùng đỏ dựa mạng oxit kim loại SrO, MgO, Al2O3 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4 +và Cr3+ hứa hẹn có tiềm ứng dụng chiếu sáng rắn Bột SrAl2O4: Mn4+ cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ. .. thành cao, nghiên cứu gần nghiên cứu phát triển bột huỳnh quang phát xạ đỏ dựa gốc oxit kim loại pha tạp ion kim loại chuyển tiếp Mn4+, Cr3+ 1.3.2 Vật liệu huỳnh quang phát xạ đỏ ứng dụng cho WLED