Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu al2o3 cr3 bằng phương pháp khuếch tán nhiệt

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC LÊ THU THỦY TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Al2O3: Cr3+ BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN NHIỆT KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hố học phân tích Hà Nội - 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC LÊ THU THỦY TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Al2O3: Cr3+ BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN NHIỆT KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hố học phân tích Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS NGUYỄN THỊ HẠNH Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lịng kính trọng, lời cảm ơn sâu sắc tới cô ThS Nguyễn Thị Hạnh - người tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ tạo điều kiện cho em suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Hóa Học trường đại học sư phạm Hà Nội tồn thể thầy viện AIST- Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ sở vật chất bảo em q trình tiến hành thí nghiệm Cuối em xin chân thành cảm ơn trao đổi, đóng góp ý kiến thẳng thắn bạn sinh viên nhóm nghiên cứu khoa học khoa Hóa học trường Đại học sư phạm Hà Nội giúp đỡ em nhiều q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp động viên, khích lệ bạn bè, người thân đặc biệt gia đình tạo niềm tin giúp em phấn đấu học tập hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Lê Thu Thủy LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu cá nhân em, thực sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát thực nghiệm hướng dẫn khoa học ThS Nguyễn Thị Hạnh Các số liệu kết đo khóa luận trung thực, cá nhân em tiến hành thí nghiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Lê Thu Thủy MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài Bố cục khóa luận CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bột huỳnh quang 1.1.1 Hiện tượng phát quang 1.1.2 Cơ chế phát quang vật liệu 1.1.3 Các đặc trưng bột huỳnh quang 10 1.2 Các loại bột huỳnh quang 12 1.2.1 Bột huỳnh quang truyền thống 12 1.2.2 Bột huỳnh quang ba phổ 15 1.3 Đặc điểm cấu trúc vật liệu Al2O3: Cr3+ 16 1.3.1 Ion Cr3+ 16 1.3.2 Cấu trúc Al2O3 tính chất Al2O3 17 1.4 Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu huỳnh quang 19 1.4.1 Phương pháp sol- gel 19 1.4.3 Phương pháp đồng kết tủa 21 1.4.4 Phương pháp thủy nhiệt 23 1.4.5 Phương pháp khuếch tán nhiệt 24 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 26 2.1 Thực nghiệm 26 2.1.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 26 2.1.2 Cách tiến hành 26 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 28 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc nhiễu xạ tia X (XRD) 28 2.2.2 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (FESEM ) 30 2.2.3 Phương pháp phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang (PL, PLE) 31 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể bột huỳnh quang Al2O3: Cr3+ 33 3.1 Kết phù hợp với giản đồ nhiễu xạ tia X nêu 34 3.2 Khảo sát hình thái bề mặt vật liệu 35 3.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu 36 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ khuếch tán 37 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Cr3+ 39 3.4 Thử nghiệm vật liệu Al2O3: Cr3+ LED chiếu sáng nông nghiệp 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 Kết luận 43 Kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt λ Wavelength Bước sóng ∆E Transition energy Năng lượng chuyển tiếp τ Duration luminescent Thời gian phát quang FESEM Field emission scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét phát xạ trường QE Quantum efficicency Hiệu suất lượng tử XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X UV Ultraviolet Tử ngoại CRT Cathode ray tube Ống phóng tia catot LED Light emitting diode Điot phát quang SEM Scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét PL Photoluminescence spectrum Phổ huỳnh quang PLE Photoluminescence excitation spectrum Phổ kích thích huỳnh quang CRI Color rendering index Hệ số trả màu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ q trình huỳnh quang Hình 1.2 Sự truyền lượng từ tâm S tới A Hình 1.3 Sự truyền lượng từ S tới A Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể bột halophosphate 12 Hình 1.5 Phổ phát xạ bột Ca5(PO4)3(F, Cl): Sb3+, Mn2+ phổ đáp ứng mắt người với vùng ánh sáng nhìn thấy 14 Hình 1.6 Một số hình ảnh đá quý ruby 17 Hình 1.7 Cấu trúc tinh thể α-Al2O3 (corundum) 18 Hình 1.8 Bình phản ứng dùng phương pháp thủy nhiệt 23 Hình 2.1 Quy trình thực nghiệm tổng hợp Al2O3: Cr3+bằng phương pháp khuếch tán nhiệt 26 Hình 2.2 Hiện tượng nhiễu xạ tinh thể 29 Hình 2.3 Máy đo giản đồ nhiễu xạ tia X Đại học Cần Thơ 30 Hình 2.4 Thiết bị đo ảnh FESEM tích hợp với đầu đo EDS Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST)- Đại học Bách khoa Hà Nội 31 Hình 2.5 Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon)nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bước sóng từ 250 ÷ 800 nm, viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 32 Hình 3.1 a Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu Al2O3: Cr3+ ủ nhiệt độ từ 1000 oC đến 1300 oC thời gian giờ; b Thẻ chuẩn Al2O3 33 Hình 3.2 Ảnh FESEM vật liệu Al2O3: Cr3+ ủ nhiệt độ 1100 o C 1300 oC thời gian 35 Hình 3.3 Phổ kích thích huỳnh quang (PLE) vật liệu Al2O3: Cr3+ với tỷ lệ pha tạp 0,1% ủ nhiệt độ 1300 oC thời gian mơi trường khơng khí kích thích bước sóng 695 nm 36 Hình 3.4 Phổ huỳnh quang (PL) vật liệu Al2O3: Cr3+ 0,1% ủ nhiệt độ 1300 oC thời gian đo bước sóng 403nm 37 Hình 3.5 Phổ huỳnh quang (PL) vật liệu Al2O3: Cr3+ (0,1%) với nhiệt độ khuếch tán từ 1000 oC đến 1300 oC bước sóng 403 nm 38 Hình 3.6 Cường độ phát quang vật liệu Al2O3: Cr3+ (0,1%) đỉnh 695 nm nhiệt độ từ 1000 oC đến 1300 oC 38 Hình 3.7 Phổ huỳnh quang (PL) phụ thuộc vào nồng độ pha tạp ion Cr3+ vật liệu Al2O3: Cr3+ nhiệt độ ủ 1300 oC bước sóng 403 nm 40 Hình 3.8 Cường độ phát quang vật liệu Al2O3: Cr3+ở đỉnh 695 nm nồng độ khác từ 0,01%÷1% 40 Hình 3.9 a Sự phát huỳnh quang nồng độ pha tạp ion Cr3+ thấp 41 b Sự dập tắt huỳnh quang nồng độ pha tạp ion Cr3+ cao 41 Hình 3.10 Ảnh chụp LED phủ bột Al2O3: Cr3+ chưa kích thích kích thích Violet LED 42 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, vật liệu phát quang trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn, ứng dụng rộng rãi chế tạo thiết bị quang điện từ loại bóng đèn huỳnh quang, huỳnh quang compact, thiết bị hiển thị hình phát xạ CRT, hình LED…vv Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật giới tiếp tục phát triển công nghệ chiếu sáng LED dần thay hồn tồn bóng đèn truyền thống có nhiều ưu điểm hiệu suất phát quang cao, thời gian sử dụng dài, tiêu thụ điện năng, dễ điều khiển thân thiện với môi trường Thể thực tế Năng lượng Mỹ trơng đợi loại bỏ bóng đèn dây tóc vịng năm đèn huỳnh quang compact vịng 10 năm tới Vì vậy, đèn LED ngày chiếm lĩnh thị trường Hiện Việt Nam có nhiều cơng ty sản xuất lĩnh vực chiếu sáng tiêu biểu cơng ty cổ phần bóng đèn phích nước Rạng Đơng Họ tập trung phát triển công nghệ để chế tạo vật liệu cấu trúc chiều phương pháp vật lý, kết hợp vật lý hóa học, phương pháp tổng hợp hóa học Trước kia, người ta sử dụng bột halophosphate bột huỳnh quang truyền thống Phổ phát xạ loại bột tập trung chủ yếu hai vùng xanh lam vàng cam nên chúng thiếu thành phần phát xạ màu đỏ quang phổ ánh sáng trắng dẫn đến độ trả màu thấp (CRI 60-70), hiệu suất thấp (60-70 lm/W) Hơn bột halophosphate có nguồn gốc từ nhóm halogen nên độ bền chúng không cao chịu xạ liên tục tia tử ngoại (UV) Do đó, nghiên cứu nhằm chế tạo loại bột huỳnh quang có hiệu suất cao, có quang số lớn số hồn màu cao ứng dụng việc chế tạo bóng đèn huỳnh quang tiết kiệm lượng; chế tạo loại điôt phát quang phát triển mạnh giới Việt Nam Bột huỳnh quang phát xạ đỏ chế tạo nhằm tạo nguồn sáng có hiệu suất chất lượng tốt Các loại bột huỳnh quang thương mại phát xạ đỏ chủ yếu dựa vật liệu pha tạp ion đất như: Eu2+, Hình 2.5 Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon)nguồn kích thích đèn Xenon cơng suất 450 W có bước sóng từ 250 ÷ 800 nm, viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 32 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để xác định thông số tối ưu hóa quy trình tổng hợp vật liệu Al2O3, tiến hành nghiên cứu cách hệ thống phụ thuộc cấu trúc tinh thể (kích thước hạt, thành phần tinh thể), hình thái bề mặt, tính chất quang vào nhiệt độ khuếch tán, nồng độ ion Cr3+ pha tạp bước sóng kích thích thời gian khuếch tán nhiệt 3.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể bột huỳnh quang Al2O3: Cr3+ Tính chất quang bột huỳnh quang phụ thuộc nhiều vào cấu trúc tinh thể mạng mạng tinh thể khác có ảnh hưởng trường tinh thể lên tâm phát xạ khác Vì vậy, khóa luận tiến hành khảo sát cấu trúc tinh thể vật liệu Al2O3: Cr3+ ủ nhiệt độ khác phương pháp giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) Hình 3.1 kết đo giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Al2O3 pha tạp Cr3+ 0,1% ủ nhiệt độ từ 1000 oC đến 1300 oC Cƣờng độ (đvty.) a) b) Góc 2θ (độ) Hình 3.1 a Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu Al2O3: Cr3+0,1% ủ nhiệt độ từ 1000 oC đến 1300 oC giờ; b Thẻ chuẩn Al2O3 33 Kết phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD) vật liệu Al2O3: Cr3+ ủ nhiệt độ từ 1000 oC đến 1300 oC hình 3.1 cho thấy :  Ở nhiệt độ ủ thấp 1000 oC, 1100 oC xuất pha tinh thể Al2O3 cường độ nhiễu xạ cịn yếu có phần vật liệu kết tinh  Khi ủ nhiệt độ cao 1200 oC, 1300 oC pha tinh thể kết tinh tốt Cường độ đỉnh nhiễu xạ tăng; bán độ rộng đỉnh giảm xuống ủ nhiệt độ cao kích thước tinh thể tăng lên rõ rệt Các đỉnh nhiễu xạ mạnh góc 2θ: 35,14 43,36 tương ứng với mặt nhiễu xạ (104) (113), đỉnh nhiễu xạ quan sát đỉnh nhiễu xạ khác góc 2θ: 25,63; 37,71; 52,49; 57,38; 66,51; 68,19; 76,81 tương ứng với mặt nhiễu xạ (012), (110), (024), (116), (214), (300), (1010) phù hợp với thẻ chuẩn JCPD số 71-1123 Các vạch nhiễu xạ tia X mở rộng cho thấy tinh thể Al2O3 tổng hợp có kích thước nanomet tính tốn theo công thức Scherrer: D 0,9  cos  Ta thấy độ rộng vạch nhiễu xạ tăng lên tăng nhiệt độ nung Theo tính tốn kích thước hạt dao động khoảng 35,89 đến 37,04 nm bảng 3.1 Kết phù hợp với giản đồ nhiễu xạ tia X nêu Bảng 3.1 Kích thước tinh thể vật liệu Al2O3: 0,1%Cr3+ Thành phần vật liệu Nhiệt độ nung (oC) β (o) 2θ (o) Kích thƣớc tinh thể (nm) Al2O3: 0,1%Cr3+ 1100 0,238 43,269 35,89 Al2O3: 0,1%Cr3+ 1200 0,235 43,288 36,42 Al2O3: 0,1%Cr3+ 1300 0,231 43,312 37,04 34 3.2 Khảo sát hình thái bề mặt vật liệu Hình thái bề mặt kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất quang vật liệu huỳnh quang chúng ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ phát xạ vật liệu Vật liệu huỳnh quang ứng dụng thiết bị chiếu sáng phải có kích thước hạt đồng phù hợp hiệu suất hấp thụ phát xạ vật liệu tốt Vì vậy, chúng tơi tiến hành chụp ảnh SEM mẫu vật liệu tổng hợp với nhiệt độ ủ khác nhằm khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên hình thái kích thước hạt vật liệu Hình 3.2 ảnh SEM vật liệu Al2O3: Cr3+ ủ nhiệt độ 1100 oC 1300 oC thời gian Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu Al2O3: Cr3+ đƣợc ủ nhiệt độ 1100 oC 1300 oC thời gian Kết phân tích ảnh SEM cho thấy nhiệt độ ủ 1100 oC hạt tinh thể có kích thước khơng đồng từ 30-50 nm, biên độ hạt chưa rõ ràng hạt trạng thái vơ định hình (xem hình 3.1 phổ XRD) Khi tăng nhiệt độ ủ lên 1300 oC thấy bề mặt hạt nhẵn có biên độ rõ ràng, hạt có xu hướng kết tụ lại với để để tạo thành hạt to với kích thước khoảng vài trăm nm 35 3.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu Các vật liệu huỳnh quang Al2O3 pha tạp ion Cr3+ khảo sát tính chất quang qua phép đo phổ huỳnh quang (PL) phổ kích thích huỳnh quang (PLE) Hình 3.3 phổ kích thích huỳnh quang (PLE) vật liệu Al2O3: Cr3+ với tỷ lệ pha tạp 0,1% ủ nhiệt độ 1300 oC thời gian môi trường khơng khí kích thích bước sóng 695 nm Hình 3.3 Phổ kích thích huỳnh quang (PLE) vật liệu Al2O3: Cr3+ với tỷ lệ pha tạp 0,1% ủ nhiệt độ 1300 oC thời gian mơi trường khơng khí kích thích bước sóng 695 nm Quan sát phổ kích thích huỳnh quang (PLE) đo bước sóng 695 nm cho thấy hai dải hấp thụ kích thích mạnh bước sóng 401 nm 558 nm “Các vùng hấp thụ kích thích chuyển mức lượng từ A2g → 4T1g 4A2g → 4T2g ion Cr3+ mạng nền” [4] Kết cho thấy phát xạ vật liệu huỳnh quang phát xạ ion Cr3+ mạng vật liệu huỳnh quang Al2O3 Để khẳng định ý kiến trên, tiến hành chế tạo mẫu bột huỳnh quang Al2O3 pha tạp Cr3+ không pha tạp Cr3+ điều kiện; sau 36 đem đo phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang, kết cho thấy không chứa tâm tạp khơng có khả phát xạ điều kiện kích thích quang Hình 3.4 phổ huỳnh quang (PL) vật liệu Al2O3: Cr3+ 0,1% ủ nhiệt độ 1300 oC thời gian đo bước sóng 403nm Hình 3.4 Phổ huỳnh quang (PL) vật liệu Al2O3: Cr3+ 0,1% ủ nhiệt độ 1300 oC thời gian đo bước sóng 403nm Kết phân tích phổ PL hình 3.4 cho thấy phổ huỳnh quang vật liệu có dạng vạch hẹp, cường độ mạnh cực đại bước sóng 695 nm đỉnh yếu 693 nm Kết chứng tỏ ion Cr3+ tồn mạng thay ion Al3+ “Các vạch hẹp vạch R ion Cr3+ tương ứng với chuyển điện tử từ trạng thái 2E trạng thái 4A2” [4] 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ khuếch tán Để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuếch tán đến tính chất quang vật liệu, tiến hành đo phổ huỳnh quang vật liệu Al2O3: Cr3+ với nhiệt độ khuếch tán khác từ 1000 oC đến 1300 oC 37 Hình 3.5 hình 3.6 thể phụ thuộc cường độ phát quang vào nhiệt độ khuếch tán vật liệu Al2O3: Cr3+ Hình 3.5 Phổ huỳnh quang (PL) vật liệu Al2O3: Cr3+ (0,1%) với nhiệt độ khuếch tán từ 1000 oC đến 1300 oC bước sóng 403 nm Hình 3.6 Cường độ phát quang vật liệu Al2O3: Cr3+ (0,1%) đỉnh 695 nm nhiệt độ từ 1000 oC đến 1300 oC 38 Kết phân tích phổ PL hình 3.5 3.6 cho ta thấy có xuất phát xạ mạng phát xạ tạp ion Cr3+ Ở nhiệt độ khuếch tán 1000 oC 1100 oC cường độ đỉnh thấp, bán độ rộng phổ lớn nhiệt độ có phần vật liệu kết tinh Khi tăng nhiệt độ khuếch tán lên 1200 oC 1300 oC cường độ phát quang đỉnh tăng Sự tăng cường độ phát quang giải thích trình khuếch tán ion pha tạp Cr3+ thay cho ion Al3+ tăng lên, dẫn đến mật độ tâm phát xạ tăng lên Ở nhiệt độ khuếch tán 1300 oC cường độ phát xạ tốt với đỉnh phát xạ 695 nm Như vậy, vật liệu huỳnh quang Al2O3 pha tạp ion Cr3+ tổng hợp phương pháp khuếch tán nhiệt cho chất lượng tinh thể cường độ phát xạ tốt nung thiêu kết 1300 oC khoảng thời gian 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Cr3+ Tính chất quang vật liệu khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ khuếch tán mà bị ảnh hưởng nồng độ pha tạp ion Cr3+ Kết nghiên cứu phần cho thấy vật liệu hấp thụ mạnh bước sóng 403 nm phát xạ mạnh với mẫu ủ 1300 oC Trên sở đó, chúng tơi tiến hành đo phổ huỳnh quang vật liệu Al2O3 tổng hợp nhiệt độ ủ 1300 oC với tỷ lệ nồng độ pha tạp ion Cr3+ từ 0,01÷1% để tìm nồng độ tối ưu cho nhóm vật liệu Hình 3.7 hình 3.8 thể phụ thuộc cường độ phát quang vào nồng độ pha tạp ion Cr3+ vật liệu Al2O3: Cr3+ 39 Hình 3.7 Phổ huỳnh quang (PL) phụ thuộc vào nồng độ pha tạp ion Cr3+ vật liệu Al2O3: Cr3+ nhiệt độ ủ 1300 oC bước sóng 403 nm Hình 3.8 Cường độ phát quang vật liệu Al2O3: Cr3+ở đỉnh 695 nm nồng độ khác từ 0,01%÷1% 40 Kết đo phổ PL vật liệu Al2O3 pha tạp ion Cr3+ ( hình 3.7 3.8) cho ta thấy, nồng độ pha tạp ion Cr3+ từ 0,01%-0,05% xuất cường độ phát quang cường độ yếu đỉnh phổ thấp Điều chứng tỏ rằng, pha tạp ion Cr3+ nồng độ có thay ion Al3+ ion Cr3+ mạng bắt đầu hình thành pha tinh thể Khi tăng nồng độ pha tạp ion Cr3+ lên 0,1% cường độ phát xạ huỳnh quang tăng mạnh- phát xạ mạnh bước sóng 695 nm Từ đây, ta thấy tăng nồng độ ion pha tạp Cr3+ ion Cr3+ thay ion Al3+ nhiều dẫn đến hình thành pha tăng lên làm cường độ phát quang tăng lên Khi tăng tiếp nồng độ pha tạp ion Cr3+ lên 0,3% ÷1% ta thấy cường độ huỳnh quang giảm xuống Kết giải thích nồng độ pha tạp ion Cr3+ tăng lên lớn giá trị định dẫn tới kết đám ion Cr3+, làm cho mật độ tâm phát quang mẫu giảm dẫn đến cường độ phát xạ huỳnh quang giảm Hơn nữa, nồng độ pha tạp ion Cr3+ tăng cao truyền lượng tâm phát xạ xảy làm tăng q trình hồi phục khơng phát xạ, dẫn đến làm giảm cường độ phát xạ huỳnh quang mẫu Hiện tượng gọi dập tắt cường độ phát quang nồng độ pha tạp biểu diễn hình 3.9 Hình 3.9 a Sự phát huỳnh quang nồng độ pha tạp ion Cr3+ thấp b Sự dập tắt huỳnh quang nồng độ pha tạp ion Cr3+ cao 41 Qua việc phân tích kết trên, ta thấy nồng độ pha tạp ion Cr3+ tối ưu vật liệu 0,1% cho phát xạ huỳnh quang mạnh bước sóng 695 nm 3.4 Thử nghiệm vật liệu Al2O3: Cr3+ LED chiếu sáng nông nghiệp Để nghiên cứu ứng dụng vật liệu, tiến hành thử nghiệm phủ vật liệu Al2O3: Cr3+ 0,1% ủ nhiệt độ 1300 oC lên chip Violet LED hình 3.10 ON OFF Hình 3.10 Ảnh chụp LED phủ vật liệu Al2O3: Cr3+ chưa kích thích kích thích Violet LED Kết thử nghiệm cho thấy LED phát xạ ánh sáng đỏ Hiệu suất phát xạ LED tương đối lớn sử dụng nguồn điện chiều 9V-150mA Kết nhận cho thấy vật liệu Al2O3: Cr3+ hồn tồn sử dụng để chế tạo LED chiếu sáng đỏ Hơn nữa, vùng vùng phát xạ LED hoàn toàn phù hợp với vùng hấp thụ chất diệp lục xanh nên sử dụng LED chiếu sáng cho nông nghiệp 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu trên, đưa số kết luận sau: Tổng hợp thành công vật liệu phát quang Al2O3: Cr3+ phương pháp khuếch tán nhiệt với quy trình tổng hợp ổn định, hạt tạo thành đơn pha có kích thước 35- 50 nm Kết khảo sát phổ huỳnh quang cho thấy: Khi kích thích bước sóng 403 nm vật liệu chế tạo phát xạ mạnh vùng ánh sáng đỏ bước sóng cực đại 695 nm Đã tối ưu nồng độ pha tạp ion Cr3+ 0,1% nhiệt độ ủ 1300 o C cho phát xạ tốt Vật liệu huỳnh quang nhận phù hợp với ứng dụng chế tạo LED phát xạ ánh sáng đỏ có khả sản xuất LED nông nghiệp sản xuất quy mô công nghiệp Kiến nghị Khảo sát tính chất quang vật liệu Al2O3: Cr3+ nhiệt độ cao 1400 oC 1500 oC Khảo sát yếu tố tăng cường tính chất quang ion Cr3+ vật liệu Al2O3 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Tiến Hà (2016), “Nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang SrPb SrCl Y2O3 pha tạp Eu ứng dụng đèn huỳnh quang”, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [2] Lục Huy Hoàng (2003), Nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+ số vật liệu có cấu trúc spinel, Luận án tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [3] Trịnh Thị Loan (2011), Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang ion Cr3+ Co2+ spinel ZnAl2O4 oxit thành phần, Luận án tiến sĩ vật lý, Trường Đại học quốc gia Hà Nội- Đại học Khoa học Tự nhiên [4] Nguyễn Mạnh Sơn, Hoàng Phước Cao Nguyên, Nguyễn Văn Thanh (2015), Ion Mn4+ Cr3+ trường tinh thể  - Al2O3, Trường đại học Khoa học- Đại học Huế [5] Phan Văn Tường (1998), Vật liệu vơ cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (lưu hành nội bộ) Tiếng Anh [6] Biswas A, Maciel G S, Friend C S, Prasad P N 2003, Upconversion properties of a transparent Er3+-Yb3+ co-doped LaF3-SiO2 glassceramics prepared by sol-gel method, J Non-Cryst Solids 316, pp 393397 [7] Chen X, Dai P, Zhang X, Li C, Lu S, Wang X, Jia Y, and Liu Y (2014), A Highly Efficient White Light (Sr, Ca, Ba)(PO4)3Cl: Eu2+, Tb3+, Mn2+, Phosphor via dual energy transfert for white light- emitting diode, Inorganic Chemistry 53, pp 3443-3448 44 [8] Cheng B, Qu S, Zhou H and Wang Z (2006), Nanotechnology 17, pp 2981-2982 [9] Cheng B., Qu S., Zhou H and Wang Z (2006), Al2O3: Cr3+ nanotubes synthesized via homogenization precipitation followed by heat treatment, J.Phys Chem B 110, pp.15749-15754 [10] Chen D, Wang Y, Hong M (2012), Lanthanide nanomaterials with photon managementcharacteristics for photovoltaic application, Nano Energy 1, pp 73–90 [11] Dianguang Liu, Zhenfeng Zhu , Hui Liu, Zhengyang Zhang, Yanbin Zhang, Gege Li (2012), Al2O3 :Cr3+ microfibers by hydrothermal route: Luminescence properties, Materials Research Bulletin 47, pp 2332– 2335 [12] Feofilov S.P., Kaplyanskii A.A., Zakharchenya R.I (1996), Optical generation of nonequilibrium terahertz resonant vibrational excitations in highly porous aluminium oxide, J Lumin 66&67, pp 349-357 [13] Fleet M.E, Liu X, Pan Y (2000), Rare-earth elements in chlorapatite Ca10(PO4)6Cl2: Uptake, site preference, and degradation of monoclinic structure, American Mineralogist 85, pp 1437-1446 [14] Guo C, Luan L, Ding X, Zhang F, Shi F.G, Gao F and Liang (2009), Luminescent properties of Sr5(PO4)3Cl: Eu3+, Mn2+ as a potential phosphor for UV-LED-based white LEDs, Applied Physics B 95, pp 779-785 [15] Goldner P, Bagneux L.D, Ofelt G.S, Hubert S, Delamoye P, Kornienko A.A, and Dunina E.B (1996), Comparision between standard and madified judd ofelt theories in A Pr3+ doped fluoride glass, Acta Physica A 90, pp 191-196 [16] Geeta Rani , P.D Sahare (2014), Structural and photoluminescent properties of Al2O3 : Cr3+ nanoparticles, Advanced Powder Technology 25, pp 767–772 45 [17] Jenking H.G, Mckeag A.H and Ranby P.W (1949), Alkaline earrth halophosphates and relate photophors US Patent 2, pp 1-12 [18] Leverenz H W (1950), An introduction to luminescence of solids, John Wiley & Sons, Inc, pp 194-195 [19] N VU, Tran Kim Anh, Gyu- Chul Yi and W.Strek (2007), Photoluminescence and cathodoluminescence properties of Y2O3: Eu nanophosphors prepared by combustion synthesis, J Lumin 766, pp 122-123 [20] Singh V., Chakradhar R P S., Rao J L - Al-Shamery K., Haase M and Jho Y D.(2012) , Electron paramagnetic resonance and photoluminescence properties of α-Al2O3: Cr3+ phosphors, Appl Phys B 107, pp 489-495 [21] William M.Y, Shigeo S, Hajime Y (2007), Practical Applications of Phosphors, CRC Press, pp.105-106 46 ... ? ?Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang vật liệu Al2O3: Cr3+ phƣơng pháp khuếch tán nhiệt? ?? Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo vật liệu huỳnh quang sở vật liệu Al2O3 pha tạp Cr3+ phương pháp khuếch. .. Cr3+ phương pháp khuếch tán nhiệt * Khảo sát tính chất quang hệ vật liệu huỳnh quang Al2O3: Cr3+ tổng hợp đánh giá khả ứng dụng chúng thực tế Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lựa chọn... 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ khuếch tán Để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuếch tán đến tính chất quang vật liệu, tiến hành đo phổ huỳnh quang vật liệu Al2O3: Cr3+ với nhiệt độ khuếch tán khác từ 1000