Mục tiêu của đề tài là đánh giá sự ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ chế tạo (nhiệt độ, thời gian, môi trường) lên tính chất phổ phát quang của vật liệu phát quang CaSiO3 pha tạp Eu2+ và Mn2+; xác định sự truyền năng lượng tối ưu của cặp ion Eu2+/Mn2+ đáp ứng đặc trưng tọa độ màu của phổ bức xạ của vật liệu theo tiêu chí ứng dụng làm bột phát quang LED trắng.
BỘ GIÁO DỤC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phạm Thị Quỳnh Giang Phạm Thị Quỳnh Giang CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU SILICATE - KIỀM THỔ PHA TẠP Eu2+ VÀ Mn2+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG LÀM BỘT PHÁT QUANG LED TRẮNG CHẾ TẠO VÀDỤNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU SILICATE - KIỀM THỔ PHA TẠP Eu2+ VÀ Mn2+ LUẬN VĂN THẠC SĨ: VẬT LÍ CHẤT RẮN ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LÀM BỘT PHÁT QUANG LED TRẮNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: VẬT LÍ CHẤT RẮN Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phạm Thị Quỳnh Giang CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU SILICATE - KIỀM THỔ PHA TẠP Eu2+ VÀ Mn2+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LÀM BỘT PHÁT QUANG LED TRẮNG Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Mã số: 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ: VẬT LÍ CHẤT RẮN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: TS Nguyễn Trọng Thành Hướng dẫn 2: PGS.TS Trần Ngọc Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 10 năm 2019 Tác giả luận văn Phạm Thị Quỳnh Giang LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS Nguyễn Trọng Thành PGS.TS Trần Ngọc nhiệt tình hướng dẫn, định hướng khoa học, truyền đạt kinh nghiệm quý báu, tinh thần trách nhiệm, niềm say mê nghiên cứu khoa học tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Lê Văn Thanh Sơn thầy giáo Đinh Thanh Khẩn trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, bên cạnh em sinh viên nhóm nghiên cứu nhiệt tình tham gia hỗ trợ suốt thời gian làm luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Cuối cùng, tơi xin dành tình cảm sâu sắc đến gia đình bạn bè, anh chị học viên quan tâm, chia sẻ, nguồn động viên tinh thần lớn suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn Mặc dù cố gắng chắn luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận góp ý thầy bạn! Hà Nội, tháng 10 năm 2019 Phạm Thị Quỳnh Giang MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU HOẶC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 Lí chọn đề tài 10 Mục đích nghiên cứu 11 Đối tượng nghiên cứu 11 Phương pháp nghiên cứu 11 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu 12 Cấu trúc đề tài 12 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MỘT SỐ VẬT LIỆU PHÁT QUANG CHỨA ĐẤT HIẾM, KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VÀ LÝ THUYẾT CƠ SỞ 13 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU PHÁT QUANG DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO LED TRẮNG 13 1.2 QUANG ION HÓA VÀ DẬP TẮT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG 15 1.3 HIỆN TƯỢNG NHIỆT PHÁT QUANG 17 1.3.1 Khái niệm 17 1.3.2 Mơ hình nhiệt phát quang 18 1.4 LÝ THUYẾT VỀ ĐẤT HIẾM VÀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP 19 1.4.1 Sơ lược nguyên tố đất 19 1.4.2 Cấu hình điện tử ion đất 20 1.4.3 Đặc điểm mức lượng 4f 21 1.4.4 Lý thuyết ion Eu2+ Eu3+ [4] 22 1.4.5 Sơ lược kim loại chuyển tiếp 24 1.4.6 Lý thuyết ion Mn2+ 25 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 28 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM 29 2.1 PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG PHA RẮN NHIỆT ĐỘ CAO 29 2.1.1 Quy trình chế tạo vật liệu phát quang phương pháp phản ứng pha rắn nhiệt độ cao 29 2.1.2 Cơ chế phản ứng pha rắn nhiệt độ cao 30 2.2 CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÁT QUANG CaSiO3:Eu2+, Mn2+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG PHA RẮN NHIỆT ĐỘ CAO 31 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU 34 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 34 2.3.2 Phương pháp phổ Raman 37 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 38 2.4.1 Phương pháp đo phổ quang phát quang 38 2.4.2 Phương pháp đo phổ hấp thụ 40 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1.CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU 43 3.1.1 Kết chế tạo vật liệu 43 3.1.2 Phân tích cấu trúc vật liệu 43 3.1.2.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X 43 3.1.2.2 Phổ tán xạ Raman 45 3.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU 46 3.2.1 Tính chất phát quang ion Eu3+ CaSiO3 46 3.2.2 Tính chất phát quang kích thích phát quang ion Eu2+ CaSiO3 48 3.2.3 Tính chất phát quang kích thích phát quang ion Mn2+ CaSiO3 50 3.3 TÍNH CHẤT QUANG VÀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA Eu2+ VÀ Mn2+ TRONG VẬT LIỆU CaSiO3 52 3.3.1 Tính chất hấp thụ Eu2+ Mn2+ CaSiO3 52 3.3.2 Tính chất phát quang Eu2+ Mn2+ CaSiO3 54 3.3.3 Quá trình truyền lượng Eu2+và Mn2+ CaSiO3 56 3.4 NGHIÊN CỨU TỌA ĐỘ MÀU (CIE) CỦA VẬT LIỆU CaSiO3 PHA TẠP Eu2+ VÀ Mn2+ 60 3.5 ĐÁNH GIÁ NĂNG LƯỢNG QUANG ION HÓA CỦA TÂM Eu2+ TRONG VẬT LIỆU CaSiO3:Eu2+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TSLES 62 3.5.1 Quy trình thực nghiệm 62 3.5.2 Xác định ngưỡng lượng quang ion hóa 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU HOẶC CHỮ VIẾT TẮT LED Light emission diode (Điốt phát quang) CRI Color rendering index (Chỉ số hoàn màu) nUV-LEDs Near ultraviolet - Light emission diodes RE3+ Ion đất hóa trị CIE Commission Internationle Eclairage TSLES Thermally stimulated luminescence excitation spectroscopy YAG:Ce3+ Y3Al5O12:Ce3+ ex Bước sóng kích thích em Bước sóng xạ PL Phổ phát quang PLE Phổ kích thích phát quang DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Chú thích Trang Bảng 1.1 Cấu hình điện tử ion nguyên tố đất 20 Bảng 3.1 Giá trị thời gian sống dải phát xạ 450 nm ion Eu2+ vật liệu CaSiO3:1,0Eu2+; xMn2+ có nồng độ Mn2+ thay đổi từ đến mol% 58 Bảng 3.2 Giá trị tọa độ màu xác định từ phổ phát quang hệ vật liệu CaSiO3:1,0Eu2+; xMn2+ có nồng độ Mn2+ thay đổi từ đến mol% 61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Chú thích Trang Hình 1.1.a Các dịch chuyển điện tử chất điện mơi: (a) chuyển dời kích thích vùng - vùng; (b) quang ion hóa; (c) truyền điện tích 16 Hình 1.1.b Các dịch chuyển điện tử chất điện môi: (d), (e) (f) phục hồi phát xạ khơng phát xạ; (g) bắt điện tử (h) giải phóng điện tử 16 Hình 1.2 Các dịch chuyển điện tử ion tạp chất, không liên quan tới vùng dẫn hay vùng hóa trị 17 Hình 1.3 Mơ hình đơn giản hai mức lượng nhiệt phát quang 18 Hình 1.4 Giản đồ mức lượng Dieke 21 Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc lượng ion Eu3+, Eu2+ mạng 23 Hình 1.6 Vị trí kim loại chuyển tiếp bảng hệ thống tuần hồn 24 Hình 1.7 Giản đồ Tanabe - Sugano cho cấu hình d5 26 Hình 1.8 Sự tách mức 3dn trường tinh thể đối xứng Oh D4h 27 Hình 2.1 Quy trình chế tạo vật liệu CaSiO3:Eu2+, Mn2+ phương pháp phản ứng pha rắn nhiệt độ cao 32 Hình 2.2 Cân điện tử 33 Hình 2.3 Cối sứ 33 Hình 2.4 Tủ sấy 34 Hình 2.5 Lò nung điện 34 ... đề tài: ? ?Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu silicate - kiềm thổ pha tạp Eu2+ Mn2+ định hướng ứng dụng làm bột phát quang LED trắng. ” để làm luận văn tốt nghiệp cho Trong luận văn tơi... HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phạm Thị Quỳnh Giang CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU SILICATE - KIỀM THỔ PHA TẠP Eu2+ VÀ Mn2+. .. phổ phát quang vật liệu phát quang CaSiO3 pha tạp Eu2+ Mn2+ - Xác định truyền lượng tối ưu cặp ion Eu2+/ Mn2+ đáp ứng đặc trưng tọa độ màu phổ xạ vật liệu theo tiêu chí ứng dụng làm bột phát quang